布袋除尘器设计选型中的几个关键影响因素

李小强

（四川省冶金设计研究院，四川成都 610042）

目前市场上除尘器种类众多，但布袋除尘器因其较高的除尘效率而被广泛应用。特别是在钢铁冶金、有色金属冶炼等行业的应用［1-3］。除此之外还有一些原本没有使用布袋除尘器的工厂也逐渐将除尘设备改为布袋除尘器，如发电厂、燃煤工业以及垃圾焚烧厂等。其主要的原因是目前国家和地方都陆续出台了超低排放标准。而布袋除尘器能使粉尘的出口浓度降低至10mg/Nm3以内，满足超低排放的要求。所以布袋除尘器的应用前景和发展形势是非常好的［1,2,4,5］。本文结合本人多年工作实践，从设计的角度，对布袋除尘系统设计选型中涉及到的几个关键因素,作相关探讨。

1 过滤风速的选择

在除尘器除尘过程中，过滤风速是影响除尘效率和除尘质量的重要因素之一。工程上应用的布袋除尘器主要有脉冲布袋除尘器和反吹布袋除尘器两类。脉冲袋式除尘器因其在清灰效果好、过滤风速大、设备体积小等方面的优势而获得了大量的应用。目前国产布袋除尘器样本中推荐的过滤风速取值范围普遍较大，为了使布袋除尘器达到更好的除尘效果，多数设计者所选定的过滤风速往往低于产品的推荐风速，过滤风速越低，除尘效果越好，但是一味地降低过滤风速会在一定程度上增加设备投资成本，扩大设备占地面积，经济上是不合理的。

袋式除尘器的过滤风速可以通过分析清灰方式、含尘气体的初始浓度、滤料种类、粉尘性质来确定。在国内，布袋除尘器的滤布种类和清灰方式的选择性不多，因此其滤布种类和清灰方式的确定就比较容易。而含尘气体的初始浓度则需要通过相应的测试手段获得，也可以设计者的经验来衡算或估量。因此通过相应的数据分析及计算的方法容易获得合理的过滤风速。

总之，在确定袋式除尘器的过滤风速时，不可为了获得更好的除尘效果以及降低除尘器过滤阻力而盲目的调低过滤风速，应当在了解粉尘的相关性质之后通过相应计算得出合理的过滤风速。

2 设备阻力的确定

为确定除尘设备的阻力，先要确定除尘设备的型式，通过设备的型式来确定其阻力。通常将除尘器入口和出口的全压差定义为除尘设备的设备阻力。布袋除尘器的阻力主要由三部分组成，分别为除尘器滤布阻力、除尘器滤袋的粉尘层的阻力以及除尘器自身的设备结构的阻力。

除尘器阻力确定后，再计算整个除尘管网系统的阻力，依此来确定除尘风机的选型，应当注意，除尘器阻力在运行过程中可能存在一定的变动范围，除尘风机选型设计中需要考虑这部分阻力裕量，保证除尘系统的正常运行。

另外除尘器的清灰程序中也需要设备阻力的数值，当除尘器阻力达到清灰程序启动的预设值时，一般为1200Pa～1500Pa，脉冲阀自动清灰。

3 除尘器效率核算

除尘器的效率指的是除尘器从气流中捕集粉尘的能力，其主要包括全效率、穿透率和分级效率，是除尘器性能的重要评价指标之一。

3.1 全效率计算

（1）质量算法

除尘效率定义为通过除尘器的粉尘量占进入除尘器的粉尘总量的百分数，定义式中使用η表示。其定义式结果如下所示：

图1 除尘器粉尘量之间的关系

（2）浓度算法

除尘器的效率除了能用质量计算，在除尘器结构严密的情况下，还能使用除尘器空气含尘浓度计算。通过换算，可以将上式（1）改写成如下表达式：

注：L，y1，y2分别指的是除尘器的处理空气量，入口空气含尘浓度和出口空气含尘浓度，其单位分别为m3/s，g/m3和g/m3；

相比较以上两种计算方法，质量法的测试结果比较复杂但结果较精确，通常用于实验室处理数据，而浓度法的测试比较简单但是结果误差较大，通常用于作业现场测试。

（3）多台除尘器串联总效率

在除尘系统中常常使用多个除尘器串联的方法来提高除尘器的效率，如图2所示为两个除尘器串联的结构示意图，其总的除尘效率可以通过（3）式计算。

注：η0，η1，η2，分别表示除尘器的总效率；除尘器1的效率和除尘器2的效率。

3.2 穿透率

对于一些高效率的除尘器，除了用除尘效率来衡量外，还要使用穿透率来衡量除尘器的性能。例如在两台除尘器的全效率非常接近时，由于大气的污染程度的影响，两者的实际除尘效率差别很大。此时应使用除尘器的穿透率来衡算除尘效率，其表达式如下式（4）所示：

3.3 除尘器的分级效率

将除尘器一定粒径范围的除尘效率定义为除尘器的分级除尘效率，可以通过该数值对不同的除尘器的除尘效率进行对比，实用价值较高，其计算表达式如（5）式所示：

4 除尘器滤料的选择

滤袋是布袋除尘器的核心过滤组件，滤袋由不同材质的滤料制作而成，因此选用的滤料材质对除尘器的各项性能参数有直接的影响。布袋除尘器滤料一般根据含尘气体的性质、粉尘的性质及除尘器的清灰方式进行选择［6］。

4.1 根据含尘气体性质选择

4.1.1 气体温度

气体的温度是影响除尘滤料选择过程中的重要因素，以130℃的温度为分界线，高于其值的为高温含尘气体，反之低于其值的为常温含尘气体，据此滤料则可以分为常温和高温两种。常见的常温滤料有550g/m2的涤纶针刺毡，常见的高温滤料有氟美斯（FMS）和800g/m2的玻纤针刺毡。

高温滤料的耐温需要注意连续长期和瞬间短期的区别，根据滤料的耐温使用时长将滤料的耐温分为连续长期使用温度和瞬间短期温度两种，其分别适用于长期连续运行和10分钟内的短期操作最高温度。

4.1.2 气体湿度

气体的湿度也是滤料选择过程中不可忽视的重要因素。按照气体的状态分为干燥气体、一般状态气体和高湿气体，其气体的相对湿度为30%以下、30%～80%之间和80%以上。值得注意的是，当高湿气体从高温状态到低温状态时会使滤布的表面结垢，从而造成滤布堵塞等问题。

许多粉尘易潮解，具有很强的吸水性，当尘气的湿润性过高时，普通滤料容易引起糊袋，故应当选择具有防油、防水功能的滤料或覆膜滤料。另外，选择滤袋时尽量选用圆形滤袋，不采用菱形滤袋和扁滤袋，当气体的湿度过大时，对于气体的温度必须严格的限制，需要保证含尘气体的温度高出露点温度10℃～30℃。

4.1.3 气体的化学性质

在生产中产生的废尘气通常含有大量的化学成分，如碱性气体、酸性气体、挥发的氧化剂、有机溶剂等。这些化学物质在温度和湿度的影响下，对滤料的腐蚀性增强，从而大大缩短了滤料的使用寿命，因此在选择滤料时，要结合气体温度和湿度，并对含尘气体的化学成分进行分析，选出最佳滤料。

4.2 根据粉尘性质选择

4.2.1 粉尘的湿润性和黏着性

有些粉尘中含有的化学物质（如CaO、CaCl2、KCl、MgCl2、Na2CO3等）在吸潮后会发生化学反应，产生新物质，使得粉尘的形态和物质成份发生了一定的变化，这种现象被称之为潮解。潮解后的粉尘容易糊袋，不利于滤袋的除尘效果，因此对于易潮解的粉尘应当选用表面光滑、不起绒且憎水性较强的滤料。目前常用的有覆膜滤料和塑烧板等。

4.2.2 粉尘的可燃性和荷电性

滤料的材质以化纤居多，而化纤具有荷电性，通过滤袋的粉尘同时也具有荷电性，较容易因摩擦产生静电火花，从而引起粉尘爆炸。故当粉尘为可燃性和荷电性的煤粉、焦粉、氧化铝粉和镁粉等粉末时，宜选用阻燃型滤料和导电滤料［7］。

4.2.3 粉尘的流动和摩擦性

粉尘的表面形态、粒径和流动性对滤布的磨损影响较大，例如形态不规则粉尘的磨损性比形态规则的光滑球形粉尘高出10倍。另外，磨损性的大小与气流速度和粒径的2～3次方成正比例关系，故可以通过减小气流速度和粒径的方式来减少滤布的损耗。当然对于自身具有较高磨损性的含尘气体，则可选用一些耐磨性较好的滤布材料。

5 清灰方式

为保持布袋的长期的正常的运行，需对布袋进行清灰处理。清灰处理要保持布袋完整性的同时消耗最少的能耗，使得沉淀的粉尘从布袋上均匀而迅速的脱落，且不可使其完全脱落，要在滤袋上保留一定的粉尘层。清灰处理直接影响滤袋的阻力，若清灰处理效果不好会提高滤袋的阻力，从而降低除尘器的除尘效果。布袋的清灰方式主要有人工敲打、声波清灰、反吹清灰以及脉冲喷吹清灰等。

5.1 人工敲打

利用人工敲打的方式除去滤袋上的粉尘的方式称之为人工敲打清灰。这种除尘方式具有简单方便的优点，但易造成时间和人力的浪费，且在振动不均匀的情况下容易造成布袋的损坏，因此目前生产作业过程中使用较少。

5.2 声波清灰

采用声波的方式使布袋产生振动而使粉尘脱落的方式称为声波清灰，声波清灰通常使用专门的声波清灰器清理布袋。此方法的优点是对除尘器的损耗较小，但成本较高，不适合工业生产。

5.3 反吹清灰

通过建立分室，并使阀门调节每个分室的气流方向，使其进行反向流动，使布袋产生振动而使粉尘脱落的清灰方式称为反吹清灰，通常也被人们称为反吹气流清灰方式。但该种方法的清灰效果较弱，清灰不彻底。

5.4 脉冲喷吹清灰

脉冲喷吹清灰是目前布袋除尘器最常用的清灰方式。脉冲清灰是指固定滤袋用的多孔板（花板）设在箱体的上部，在每排滤袋的上方有一喷吹管，喷吹管上对着每一滤袋的中心开一压气喷射孔（嘴），喷吹管的另一端与脉冲阀、控制阀等组成的脉冲控制系统及压缩空气储气罐相连接，根据规定的时间或阻力值，按自动控制程序进行脉冲喷吹清灰［8］。

脉冲清灰包括在线清灰和离线清灰两种方式，其区别主要在于在进行脉冲喷吹时是否同时进行含尘气体的过滤，若同时进行则为在线清灰，若在没有含尘气体过滤的情况下进行喷吹的清灰方式称之为离线清灰。前者的优点主要是对除尘系统的波动影响较小，但清灰不彻底，且不能在线检修；而离线清灰的优点主要是清灰效果更好，清灰更彻底，且能够在线检修，但存在制造成本高，对系统的波动影响较大的缺点。

脉冲喷吹清灰方式的选择主要根据生产作业的实际情况而定，对于小型的除尘设备且入口浓度较低时选用在线清灰，反之则使用离线清灰方式。而大型的除尘设备一般设计为离线清灰结构，但是采用在线和离线切换功能，前提是无论那种清灰方式，均不影响除尘器正常运行。

6 结论

综上所述，在众多的除尘设备中选用合适的除尘器，在工业生产中十分重要。通过计算结果来选择合适的设备，可以平衡环保和成本两方面的要求。在布袋除尘器的设计选型计算前，首先要对含尘气体进行基本的参数和性质分析，如成份、浓度、温度、湿度以及黏度等。在确定相应的参数后，通过计算得到过滤面积、过滤风速、滤料及设备阻力，然后再根据现有的数据进行设备的选型，才能做到既能保证污染物达标排放，又能节能和维持设备的长期稳定运行。