布袋除尘器脉冲阀的分类与选择

张占军

(中国铝业青海分公司， 青海 西宁 810108)

0 前言

布袋除尘器的脉冲阀是指受电磁动力装置控制的气压动力原件。它能在带电瞬间开启高压气源，并能使除尘器产生瞬间的高压脉冲。脉冲阀是布袋除尘器进行布袋清灰的常用装置。布袋除尘器的清灰方式按照工作方式不同进行区分。它可以分为机械振动式、脉冲振动式和逆气流式三种。机械振动式清灰方式清理效果好、性能稳定，但布袋容易受机械力的作用产生布袋磨损和破损。该类设备的后期维护和修复工作较频繁。脉冲振动式清灰方式可实现全自动清灰。同时，机械磨损较少。日常使用的除尘设备普遍采用这种清灰方式。逆气流清灰结构简单、机械损伤较小。但这种清灰方式较多使用在粉尘粘性小及使用玻璃型布袋的场合。除尘设备可以根据清理方式和技术能力的不同选择清灰方式。下文对脉冲阀分类及性能等进行阐述。

1 脉冲式布袋除尘器脉冲阀的分类

1.1 布袋除尘器脉冲阀的分类

布袋脉冲阀的动力源一般为电磁吸力。按照布袋除尘器电磁脉冲阀压缩风的输入端和输出端的安装结构不同分为直角式脉冲阀、淹没式脉冲阀和直通式脉冲阀三类，其工作条件首先是电磁脉冲阀工作介质为0.2～0.6 MPa的压缩空气。其次脉冲阀需要按照厂家的要求选择合适的喷吹持续时间。通常情况下，脉冲阀的喷吹时间设定在0.1～0.2 s。最后，脉冲阀的脉冲周期。脉冲产生的冲击波使收尘布袋产生从端口至端尾的脉冲振动。这种作用力将附着在布袋外表面的粉尘全部脱离开来。脉冲式除尘器的脉冲阀进行一次清灰喷吹的过程叫一个脉冲。脉冲装置从第一个脉冲到最后一个脉冲的时间被称为脉冲周期，通常情况下脉冲间隔周期设定在60 s以内。

直通式脉冲阀输入端和输出端夹角呈0°。由于这种结构使用较少此处不再阐述。直角式脉冲阀压缩风输入端与输出端之间的夹角呈90°，直角式脉冲阀的结构示意图如图1所示。淹没式脉冲阀压缩风的输入端与输出端之间的夹角为180°(输入和输出为重合状态)，淹没式脉冲阀的结构示意图如图2所示。

1.2 布袋除尘器脉冲阀的工作原理

布袋除尘器脉冲阀最低工作压差在0.04 MPa以上时电磁脉冲阀使用先导式脉冲阀；当工作压力低于0.4 MPa以下时可以选用直动式或分步直接式脉冲阀(此种脉冲阀使用情况较少)[1]。国产脉冲阀的工作压力是0.1～0.8 MPa(通过使用效果看，建议将脉冲阀的使用压力设置为0.3～0.4 MPa之间即可)。脉冲阀的输入端和输出端之间除布置位置不同外，其它内部工作原理和结构均基本相同。下文以间接式直角式脉冲阀为例进行介绍。

1.电磁线圈 2.卸荷孔 3.小膜片 4.膜片后腔 5.大膜片 6.膜片前腔图1 直角式布袋除尘器脉冲阀结构图

当压缩风在接通状态时脉冲阀的大小膜片的后腔的受力面积和作用力均大于前腔，后腔气体压紧作用力也大于前腔，使得脉冲阀的大小膜片处于闭合状态。当脉冲控制仪输入电磁信号时脉冲阀带电，先导阀的柱状衔铁因为电磁力的作用向上方移动。电磁阀首先将先导脉冲阀的卸荷孔在打开状态。卸荷孔常开将先导脉冲阀的小膜片后腔压缩空气直接排出设备。膜片后腔的风压迅速降低使小膜片保持关闭状态的作用力迅速小于直到最后处于打开状态。小膜片的动作将大膜片处的卸荷孔和后腔接通。大膜片的后腔压缩空气的压力迅速降低，促使大膜片保持关闭的作用力迅速变小。当这个作用力持续变小至大膜片向上移动时，脉冲阀的压缩空气进口和喷吹口瞬间就形成了开启接通状态。高压的压缩空气瞬间通过喷吹口进入布袋内部，压缩空气瞬间膨胀的体积和作用力从布袋端口至端部移动完成布袋的脉冲振动清灰工作。

当电磁脉冲阀脉冲控制仪输入电磁类信号消失后脉冲阀恢复到关闭状态。首先，由于失电的原因电磁先导头的复位弹簧带动电磁衔铁复位。衔铁会使卸荷孔关闭。其次，由于先导脉冲阀的小膜片后腔内从阻尼孔进入的压缩空气压力不断提高，在气体压力和复位弹簧的联合作用力下小膜片会恢复到原有的关闭状态。最后，脉冲阀的小膜片复位后将主脉冲阀的卸荷孔关闭。主脉冲阀阻尼孔进入的压缩风压力会不断的提升。当大膜片后腔压力增加到关闭的作用力大于开启的作用力时，大膜片就瞬间从开启状态恢复到脉冲阀关闭状态。

淹没式脉冲阀的工作原理与直角式脉冲阀相同。由于淹没式脉冲阀的结构形式不同，在使用过程中减少了通过脉冲阀的压力损失。这种结构降低了除尘器对气源喷吹压力的要求。所以淹没式脉冲阀更适合压力较低的场合。另一方面，淹没式脉冲阀也能降低能源消耗并延长脉冲阀膜片的使用寿命[2]。现在新使用的脉冲阀厂家往往更加喜欢使用淹没式脉冲阀，这一方面也是一个重要原因。对淹没式脉冲阀的工作原理不在阐述，其结构原理图如图2所示。

1.电磁线圈 2.卸荷孔 3.小膜片 4.膜片后腔 5.大膜片 6.膜片前腔图2 淹没式布袋除尘器脉冲阀结构图

2 布袋除尘器脉冲阀的关键性能参数

布袋除尘器脉冲阀性能判定标准根据厂家和国内外的不同而不同。但是脉冲阀的主要性能数据还可以参照以下性能参数进行比较。这些性能参数可以反应一个脉冲阀的优劣。

2.1 流通系数

它是衡量电磁脉冲阀性能参数的重要参数。生产电磁脉冲阀的厂家一般会在产品说明书中列出相关产品的通流系数。该数值越高，说明电磁脉冲阀的流通能力越好。同时，也说明在同等喷吹条件下，除尘器的清灰效果也越好[3]。为了增强对国外电磁脉冲阀的认识，以通径25 mm的脉冲阀为样本列举了流通系数的相关数据,如表1所示。

表1 国外名牌脉冲阀流通系数[以1″(25 mm)口径为基准]

另外，上海袋式除尘配件有限公司各个尺寸的流通系数参数，如表2所示。

通过以上对比可以看出：国外各个品牌的电磁脉冲阀的流通性能也不一致，国内相同通径的流通性能较国外有明显的提升。所以在单一的流通性能可优先考虑国内优质厂家的产品。如果维护保养及技术支持方面能得到保证，那么国内产品的性价比更高。

2.2 喷吹压力

喷吹压力越大，引导的二次气流越多。脉冲阀形成的压缩风流速会越大，布袋除尘器的清灰效果也就会越好。布袋除尘器布袋内压缩风的压降也会明显下降。如果脉冲阀的喷吹压力值越高，那么布袋除尘器的清灰处理能力也会越大。但是，除尘器脉冲阀的喷吹压力过高，布袋的过滤面积较小时就会出现除尘器过度清灰的现象[4]。在使用过程中曾多次出现喷吹压力过高导致除尘器 "冒灰”的故障。因此，喷吹压力过低或者过高都会影响除尘效果，一般脉冲阀的压力设置在0.4 MPa左右。

表2 ABOUT US公司淹没式和直角式脉冲阀流通系数对比

2.3 喷吹时间(开关特性)

脉冲除尘器脉冲阀的喷吹时间越长，布袋除尘器的清灰效果也会越明显。同时，脉冲阀喷入布袋内部的压缩空气的风量也会越多。但是除尘器的喷吹时间如果增加到一定值后由于除尘集风箱内风量等的原因，除尘器清灰效果的提升就会变得不再明显。此观点可以由图3的反应信息进行验证。因此，通过调节脉冲阀的喷吹时间等参数一方面由于参数限定比较困难，另外方面也会降低除尘器布袋内部压缩风的压降。一般情况下，布袋式除尘器脉冲阀的喷吹时间设定在0.1～0.2 s之间。喷吹时间对布袋内压力平均值的影响如图4所示[5]。

图3 喷吹时间与压降关系

图4 袋内压力平均值与喷吹时间关系

2.4 喷吹周期(也称为脉冲周期)

脉冲周期的长短直接影响到除尘器布袋内部的压缩风压降。在不影响除尘器正常使用的条件下应尽量将脉冲阀的脉冲周期时间延长。这样不仅减少压缩空气的消耗量，还可延长脉冲阀膜片和布袋的使用寿命。一段时间内附着在除尘布袋上的粉尘不会积累太多，清灰周期也不需过于频繁。另外，喷吹周期的长短还影响空压机的耗电量。如脉冲阀的喷吹周期比较短，那么对压缩空气的消耗量也会增加。这样压缩空气的需求量也变多，空压机的电耗也会增多。反之则会降低空压机的耗电量。另外，微细、黏附性大的粉尘需缩短脉冲阀的喷吹周期，粗大、干燥的粉尘可适当延长脉冲阀的喷吹周期。一般情况下脉冲阀的喷吹周期设定在60 s左右即可。

2.5 膜片使用寿命

按照电磁脉冲阀国家标准要求将电磁阀直接接入0.6 MPa的压缩空气，输入相应要求的脉冲信号，对输入的电信号进行计数统计。电磁脉冲阀能够连续不断或间断累计产生喷吹的数值达到100万次时脉冲阀的大小膜片无破损使用的时间称为膜片使用寿命。有些脉冲阀厂家也会将脉冲阀的使用寿命标准直接设定为5年。膜片作为电磁脉冲阀的易损件，它的使用材制为丁晴橡胶。膜片的使用寿命也反应该产品性能优劣的一个关键指标。

2.6 压缩空气消耗量

压缩空气消耗量主要限制的因素比较多，但主要包括喷吹压力、喷吹周期、喷吹时间、结构类型及通经等因素。图5为喷吹压力条件下喷吹时间和脉冲阀耗气量的关系[5]。

图5 喷吹时间和耗气量的关系

除上述关键指标外，电磁脉冲阀的指标还包括开启电压、关闭能力、耐压性能、绝缘性能及温湿度性能等。这些指标共同决定了电磁脉冲阀的综合性能。

3 布袋式除尘器脉冲阀的选择

作为脉冲阀的使用者，国内外各电磁脉冲阀厂家的产品因为性能参数、质量等原因参差不齐，使用性的差距也较大。从工程实际角度出发，除电磁脉冲阀具备的性能指标以外，使用者还需对比脉冲阀生产厂家的产品质量、后期服务能力和现场测试来选择自身所需产品。根据目前除尘器更新的结果发现国产脉冲阀的使用性能和使用案例在不断增加。

布袋式除尘器脉冲阀选用方法：(1)查看生产脉冲阀厂家的信誉保证和服务能力。最好根据已有工程的实践性能选择性价比高的脉冲阀。这一方法可提供可信性高的参考，另外使用相同的产品可以增加备件替代性和产品供应方面的便利。这对设计单位和使用单位而言都是利好的。(2)查看产品外观。一般情况下电磁脉冲阀的阀体材质为铝合金，先导组件的材质为430FR不锈钢，紧固件的材质为302不锈钢。脉冲阀是在特殊环境条件下使用的产品，要求其表面必须经过防腐处理，另外表面还应无毛刺和裂纹。标牌上的文字保证清晰，外观质量是一个直观反映产品质量的因素。(3)根据现场工程的实际条件及脉冲阀的安装环境不同决定选用脉冲阀的使用防护等级。一般场所脉冲阀的防护等级达到IP64级(防尘等级6：柜体内在20毫巴的低压时不应进入灰尘；防水等级4：它表示从每个方向喷水时不应引起损害的要求)即可满足防护要求。

4 结束语

现在布袋除尘器已经在有色、钢铁、建材、电力、化工、垃圾焚烧等行业广泛的应用。除尘设计人员需要通过科学合理的设计和参考以往成功案例来综合选择适合自己的布袋除尘器。