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袋式除尘的过滤和清灰机理—清灰基本理论

  袋式除尘器主要由袋室、滤袋、框架、清灰装置等部分组成。袋式除尘器的除尘过程主要是由滤袋完成的。滤袋是各种滤料纤维织造后缝制而成。过滤机理取决于滤料和粉尘层多种过滤效应。

  清灰基本理论

  对袋式除尘器而言,清灰理论与过滤理论一样重要,因为只有过滤一清灰两个环节连续不断地交替进行才能组成完整的除尘过程。由于清灰因素比过滤因素变化更多更为复杂,再加上论点不一致,所以著作中介绍不多。

  1、滤布的流体阻力特点
  滤布的流体阻力是衡量袋式过滤器的重要指标之一。滤布流体阻力的高低不仅决定除尘设备的动力消耗,而且影响到设备的清灰制度和工作效能。
  在相同的流速条件下,由于滤布的编织结构不同,阻力系数不同,其阻力也不同,如针刺毡的阻力比玻璃丝布和工业涤纶绒布低1/4—1/2左右。
  同一种滤布在过滤风速相同的条件下滤布表面粉尘负荷不同,其压力损失是不相同的。同种滤布在不同粉尘负荷下压力损失的变化情况:①在相同过滤风速下,随着滤布表面粉尘负荷的增加,气流
通过滤布的流体阻力也增加,其增加程度与表面粉尘负荷密切相关;②当表面粉尘负荷大于800Gg/m2后,气流通过滤布的流体阻力随过滤风速增加而急剧增加,这对于决定除尘设备的反吹清灰制度有积极意义。
  在粉尘负荷相同的条件下不同的滤料压力损失值也是不同的,原因是滤布上形成的粉尘层空隙率受粉尘的物理性质和负荷、滤布结构、过滤速度等因素的影响。所以,粉尘的阻力是很复杂的,从而出现各种清灰方式清灰理论。

  2、袋式除尘器振打清灰原理
  清灰是袋式除尘器正常工作的重要环节和影响因素。常用的清灰方式主要有三种,即机械清灰、脉冲喷吹清灰和反吹风清灰。对于难于清除的粉尘,也可同时并用两种清灰方法,如采用反吹风和机械振动相结合清灰以及声波辅助清灰。机械清灰是指利用机械振动或摇动悬吊滤袋的框架,使滤袋产生振动而清灰的方法。
  常见的三种基本方式:①是水平振动清灰,有上部振动和中部振动两种方式,靠往复运动装置来完成;②是垂直振动清灰,它一般可利用偏心轮装置振动滤袋框架或定期提升除尘骨架进行清灰;③是机械扭转振动清灰,即利用专门的机构定期地将滤袋扭转一定角度,使滤袋变形而清灰。也有将以上几种方式复合在一起的振动清灰,使滤袋做上下、左右摇动。
  机械清灰时为改善清灰效果,要求停止过滤情况下进行振动。但对小型除尘器往往不能停止过滤,除尘器也不分室。因而常常需要将整个除尘器分隔成若于袋组或袋室,顺次地逐室清灰,以保持除尘器的连续运转。
  机械清灰方式的特点是构造简单,运转可靠,但清灰强度较弱,故只能允许较低的过滤风速,例如一般取0.6—1.0m/min。振动强度过大会对滤袋会有一定的损伤,增加维修和换袋的工作量。这正是机械清灰方式逐渐被其他清灰方式所代替的原因。机械清灰原理是靠滤袋抖动产生弹力使沾附于滤袋上的粉尘及粉尘团离开滤袋降落下来的,抖动力的大小与驱动装置和框架结构有关。驱动装置动力大,框架传递能量损失小,则机械清灰效果好。
  荷尘滤布的阻力是除尘布袋和残留粉尘层阻力的总和,这些粉尘残留量和比率,是由滤布、粉尘性质和数量、清除灰尘的能量等决定。机械振动清除灰尘时振打机构的振动数次和残留粉尘量的关系如图所示。振动次数一次,振动幅度小的话,则粉尘残留粉尘量大,则阻力也大。
  清灰时间延长可以使滤布上的粉尘层稳定在一定数值而不再增加,图表示了振动时间与清除灰尘量之间的关系。Stphan等人测定了上下振动时滤布上残留的粉尘分布后得出图。

  3、反吹风清灰方式与机理
  反吹风清灰是利用与过滤气流相反的气流,使滤袋变形造成粉尘层脱落的一种清灰方式。除了滤袋变形外,反吹气流速度也是粉尘层脱落的重要原因。
  采用这种清灰方式的清灰气流,可以由系统主风机提供,也可设置单独风机供给。根据清灰气流在滤袋内的压力状况,若采用正压方式,称为正压反吹风清灰;若采用负压方式,称为负压反吸风清灰。
  反吹风清灰多采用分室工作制度,利用阀门自动调节,逐室地产生反向气流。
  反吹风清灰的机理,一方面是由于反向的清灰气流直接冲击尘块;另一方面由于气流方向的改变,滤袋产生胀缩变形而使尘块脱落。反吹气流的大小直接影响清灰效果。
  反吹风清灰在整个滤袋上的气流分布比较均匀。振动不剧烈,故过滤袋的损伤较小。反吹风清灰多采用长滤袋(4—12m)。由于清灰强度平稳过滤风速一般为0.6—1.2m/min,且都是采用停风清灰。
  采用高压气流反吹清灰,如回转反吹袋式除尘器清灰方式在过滤工作状态下进行清灰也可以得到较好的清灰效果,但需另设中压或高压风机。这种方式可采用较高的过滤风速。
  对反吹风清灰,曼得雷卡.A.C研究认为,没有压密实的粉尘层的脱落阻力不大。对于中位径为1um、密度为6×103kg/m3的粉尘层,其阻力仅有50Pa。然而,气流压力并不是作用在粉尘层整个面积上,而是只作用在开孔的地方,因此,为使粉尘脱落就需要在过滤布上施加更高的反吹压力。滤材的孔隙率越高,使粉尘层脱开所需的余压越低,其清灰达到阻力下降程度越高。对每种滤布都有反吹清灰的最大流速,再超越该数值并不能明显地增加粉尘的脱离,而只能引起多余能耗。
  从粉尘的分散试和质量看,粉尘在滤袋上沿高度的分布是不均匀的。最粗的组分沉积的滤袋的下部和中间部分,难以分离的组分在上部。
  试验表明,过滤周期开始阶段的净率在很意义上取决于清灰程度。清灰后的阻力降为270—230Pa时,开始从滤袋层透出的含尘浓度高达清灰前的7倍之多。本试验是用石英粉尘对涤给予滤的做的试验。
反吹风的持续10—15s。过长时间的反吹将不会沉降余留阻力,而只会增加能耗和粉尘穿透率。
  在某些情况下,为了改善微细尘部分的分离效果并降低反吹空气耗量,将反吹过程安排为间歇式的,中间有1—2次中断,每段反吹持续4—6s。由于滤布的补充形变,粉尘的脱落状况能得到一定的改善, 。反吹次数超过2次以后,对阻力下降的影响就渐趋减弱。所以,间断只设计1—2次即可。
  冶金部建筑研究总院对袋式除尘器反吹清灰剩余阻力进行了试验研究。试验用滤布为不同玻纤滤布,试验粉尘为滑石粉和硅石粉。所谓剩余阻力是指滤布在清灰后的剩余压差。剩余阻力是由粉尘颗粒引起的,它附着在滤布纤维上未被清除。

  4、脉冲喷吹清灰方式与机理
  (1)特点脉冲喷吹清灰是利用压缩空气(通常为0.15/0.7Mpa)在极短暂的时间内(不超过0.2s)高速喷入滤袋,同时诱导数倍于喷射气流的空气,形成空气波,使滤袋由袋口至底部产生急剧的膨胀和冲击振动,造成很强的清落积尘作用。
  喷吹时,虽然被清灰的滤袋不起过滤作用,但因喷吹时间很短,而且滤袋依次逐排地清灰,几乎可以将过滤作用看成是连续的,因此,可以采取分室结构的离线清灰,也可以采取不分室的在线清灰。
  脉冲喷吹清灰作用很强,而且其强度和频率都可调节,清灰效果好,可允许较高的过滤风速、相应的阻力为1000—1500Pa,因此在处理相同的风量情况下,滤袋面积要比机械振动和反吹风清灰要少。不足之处是需要充足的压缩空气,当供给的压缩空气压力不能满足喷吹要求时清灰效果大大降低。
  (2)脉冲喷吹理论脉冲喷吹清灰的机理通常有两种解释:一种观点认为粉尘从上落下来是压力变化的结果,滤袋内外压力不同引起粉尘的脱落,并用压力峰值、压力变化和大小来判断;另一种观点认为瞬间的喷吹气流使袋产生运动、变形和冲击,从而使粉尘从滤袋脱落下来,并用最大加速度、气流峰值和压力上升速率来衡量。作者认为,脉冲喷吹清灰是压力变化和加速度同时作用产生的结果,因为压力理论难以解释粉尘离开滤袋时的速度问题,而加速度理论又无法说明塑烧板除尘器在塑烧板不产生加速度的条件下粉尘脱落的缘由。
  根据试验,脉冲阀动作时压缩空气产生的波形。各厂家生产的脉冲阀性能有所不同,但基本形状不变。脉冲气流进入滤袋后气流在滤袋内波形变化见图。从图可以看出压力波峰过后出现一个负波,理论上讲该波对清除滤袋上的粉尘是不利的。设计中应增大正波峰减小负波值对清灰是有利的。
  (3)脉冲清灰试验脉冲袋式除尘过程十分复杂,发生时间短,测量手段不完善,所以,对袋式除尘器实现清灰的机理众说不一。但总的来说,可归结为以下三种。
  ①反吹气流作用。②惯性作用。③弹性作用。④清灰能量消耗。

  5、联合清灰
  联合清灰是将两种清灰方式同时用在同一除尘器内,目的是加强清灰效果。例如,采用机械振打和反吹风相结合的联合清灰袋式除尘器,以及脉冲喷吹和反吹风相结合的袋式除尘器等,都可以适当提高过滤风速和清灰效果。
  联合清灰除尘器一般分成若干袋滤室,清灰时将该室的进排气口阀门关闭,切断与邻室的通路,以便在联合清灰作用下,使清下粉尘落入灰斗。
  联合清灰方式部件较多,结构比较复杂,从而增加了设备维修的工作量和运行成本。