8 m滤袋的喷吹实验研究

马学军邓四二

1. 河南科技大学，河南 洛阳 471023；2. 河南中材环保有限公司，河南 平顶山 467002

8 m滤袋的喷吹实验研究

马学军1,2邓四二1

1. 河南科技大学，河南 洛阳 471023；2. 河南中材环保有限公司，河南 平顶山 467002

针对袋除尘器中的8 m滤袋，建立清灰模拟实验台，通过改变清灰压力、喷吹时间，测试喷吹管前后端所带滤袋上、中、下部的压力值，进行对比，确定8 m滤袋在正常的清灰压力下、最薄弱的位置，清灰效果完全可以达到要求，在工程中可以应用。

袋除尘器 8 m滤袋 清灰 实验

0 引言

目前，水泥行业普遍可以接受的滤袋长度在6 m～7 m。一般认为，滤袋超过7 m时，受上升速度的影响，其间距必须足够宽，才能将上升速度控制在合理范围之内。但采用侧向进气技术后，滤袋长度理论上不再受上升速度的影响，可以任意加长[1]，但清灰仍然制约着滤袋加长，故水泥行业大量使用6 m～7 m滤袋，很少使用8 m及以上长度的滤袋。

本实验以8 m滤袋侧壁正压力峰值来反映除尘器的喷吹性能，结合除尘器结构设计中所要考虑的参数及本实验台的实验条件，实验选取喷吹压力（分气箱压力）、喷吹时间、脉冲阀所带滤袋前后位置作为变量，通过改变这些参数对滤袋上、中、下部的压力进行对比和研究。

1 实验原理

在脉冲清灰过程中，粉尘层受到多种力的共同作用，总体来说分为两种，即保留粉尘层的力和清除粉尘层的力。其中，保留粉尘层的力包括粉尘与滤料之间的粘附力及粉尘之间的粘附力。清除粉尘的作用力有以下三种: 惯性力、垂直于滤料表面的气流动压力和重力。

（1）惯性力。脉冲清灰时，压缩空气喷吹使滤袋内的压力急剧上升，滤袋以及滤袋表面的粉尘层一起受到强力冲击而获得很大的加速度，沿滤袋向外做径向运动（也就是膨胀）。当运动到极限位置（即最大位移处）时，滤袋在张力作用下加速度降为零并开始沿径向向内收缩，而滤袋上附着的粉尘层在惯性力的作用下仍然以原始速度向外运动，当惯性力足够大时，粉尘层就可以克服自身与滤料之间的粘附力与滤料分离，大量尘饼脱离滤袋表面，并在重力作用下降落至灰斗收集[2]。

（2）垂直于滤料表面的气流动压力。

（3）重力G。与滤料表面分离的粉尘依靠重力沉入灰斗。一些研究表明，重力在清灰过程中所起的作用很小，只要粉尘层所受的惯性力足够大就可以从滤料表面分离下来。

当选定滤料且过滤处于平衡状态后，影响清灰力的主要因素即为正压峰值和正压峰值到达时间，滤料所受的压力越大，受力时间越短，则粉尘分离力就越大。本实验台主要通过改变喷吹参数来研究正压峰值以及到达时间。

2 实验装置

脉冲喷吹实验台的总体结构设计见图1。脉冲喷吹实验台包含了以下设备：

（1）脉冲阀。脉冲阀是脉冲清灰系统中的执行机构。本实验台可用多种脉冲阀做测试，得到不同脉冲阀在同等条件下测试袋头、袋中、袋底的清灰压力。考虑工程中使用较多的脉冲阀是GOYEN牌，本实验台主要依据CA76mmGOYEN脉冲阀（淹没式）进行测试。

图1 脉冲喷吹实验台的总体结构

（2）分气箱。主要用于安装脉冲阀并和喷吹管连接，根据GOYEN公司提供的脉冲阀喷吹一次的耗气量数据可知，3″脉冲阀一次的喷吹气量为800 L/次，考虑到本实验台为在无粉尘情况下进行的实验室实验，且喷吹管较长、喷吹孔较多，所以分气箱需要做的足够大，以保证喷吹时有稳定的压力。为便于实验室测定，分气箱选择400 mm×400 mm矩形管焊接制作而成，容量靠与之串联的储气罐保证。

（3）喷吹管。工程实际应用中，由于处理烟气量的不同，袋除尘器的选型不同，每个脉冲阀所带的滤袋数目不同，也就是喷吹管的长度不同。为验证距离脉冲阀近端和远端的不同，将喷吹管孔个数设计为可调节的结构，可在1～23个孔之间变动。本实验选用23孔的喷吹管，喷吹管直径采用规格Φ89 mm×3.5 mm无缝管制作，喷吹孔径16 mm～16.5 mm。

（4）滤袋。本实验选用Φ160 mm×8 000 mm玻纤覆膜滤袋进行测试。

（5）控制柜。通过PLC实现脉冲发生功能、调节脉冲时间宽度，验证在不同脉冲时间宽度下清灰时，滤袋上中下部的压力。

（6）供气系统。

空压机：实验采用螺杆式空气压缩机，其工作压力为0.8 MPa，容积流最小为0.6 m3/min，转速860 r/min，外形尺寸为128 mm×45 mm×92 mm。

储气罐：用来保证脉冲阀每次喷吹后分气箱内的压力能快速恢复至设定压力，容积1 m3。

过滤器和减压阀：过滤器保证进入储气罐和分气箱的气体没有固体颗粒物，过滤压缩空气中的杂质，确保脉冲阀正常工作。减压阀的作用主要是将0.7 MPa的压缩空气压力调整至实验压力。

（7）数据采集系统。

压力传感器：滤袋上、中、下部喷吹时压力一般小于2 000 Pa，故选择采用传感器量程为0～5 kPa，根据滤袋长度，在袋口、袋身（中部）、袋底各放置一个，测量滤袋从上至下清灰时压力到达时间和大小；分气箱、喷吹管的压力一般在0.4 MPa以下，故选用传感器参量程为0～0.7 MPa，在分气箱上安装一个，喷吹管前、后端各装一个。

数据采集仪：本系统采集控制软件选用中商用组态软件“组态王”。

3 实验结果

定义：靠近脉冲阀的一端称为喷吹管前端，远离脉冲阀的一端称为喷吹管后端。

（1）首先对喷吹管前端和后端的喷吹压力进行验证，在喷吹时测量喷吹管前后端的压力变化是否有差异，实验如下：

当喷吹压力为0.3 MPa，喷吹时间分别为100 ms、150 ms、200 ms时，测得喷吹管前后端的压力分别见图2。

当喷吹压力为0.3 MPa，喷吹时间分别为100 ms、

150 ms、200 ms时喷吹管前端、后端压力对比，见图3。

图2 测得喷吹管前后端的压力

（2）由于喷吹管前端的压力小于后端，如果前端滤袋清灰能达到要求，则后端的滤袋是没有任何问题的，故采用第3孔（前端）进行测试（总孔23孔）。

当喷吹压力为0.3 MPa，喷吹时间分别为100 ms、150 ms、200 ms时，滤袋上中下部的压力对比分别见图4。

由图4可知，滤袋上部的压力远远大于滤袋中下部，在0.3 MPa喷吹压力下，袋口的压力可以达到750 Pa以上，而中下部小于300 Pa，但滤袋上部衰减快，中下部衰减慢。脉冲时间的延长只是减缓了压力衰减的时间，并没有提高袋口的喷吹压力，而中下部的喷吹压力有一定幅度的提升。

0.4 MPa喷吹压力，脉冲时间100 ms、150 ms、200 ms，滤袋上中下部的压力对比见图5。

0.3 MPa喷吹压力，不同脉冲时间下，滤袋上部的压力对比及下部的压力对比见图6。

由图6可知，延长脉冲时间未能提高袋口的喷吹压力，只是延长了压力衰减时间。对滤袋中下部来说，脉冲时间的延长，可以适当提高喷吹压力，当脉冲时间从100 ms提高到200 ms时，喷吹压力可以提升180 Pa左右。

图3 喷吹管前端、后端压力对比

图4 喷吹压力为0.3 MPa滤袋上中下部的压力对比

图5 喷吹压力为0.4 MPa滤袋上中下部的压力对比

图6 0.3 MPa喷吹压力不同脉冲时间下滤袋上部、下部的压力对比

脉冲150 ms，不同喷吹压力下，滤袋上部、下部压力对比分别见图7。

由图7可知，在相同的脉冲时间下，提高气源的喷吹压力，在滤袋的上口与滤袋下部的压力均可以得到相应提高（气源的喷吹压力由0.3 MPa提高到0.4 MPa后，袋口的喷吹压力可以提升200 Pa左右，底部的压力大约提高了60 Pa）。

由上述分析可知，在滤袋允许的范围下适当提高喷吹压力、延长脉冲时间可以提高袋除尘器的清灰能力，对较长滤袋下部的清灰显得尤为重要。

图7 脉冲150 ms不同喷吹压力下滤袋上部、下部压力对比

（3）对于喷吹管后端的滤袋，根据上述实验，在同样的喷吹压力下，由于后端较前端压力高，滤袋上、中、下部的清灰压力也更高。为此，在喷吹压力0.3 MPa、喷吹时间150 ms的条件下，将滤袋各部位压力进行测试。

前端和后端滤袋上部、中部及下部的压力比较见图8。

由图8可知，在0.3 MPa喷吹压力和150 ms的喷吹时间下，喷吹管前端和后端滤袋上部的压力大约相差600 Pa。滤袋中部的压力相差大约150 Pa，从上部到中部，压力急剧下降，尤其是前端的滤袋，中部压力只有400 Pa左右，该处的滤袋清灰时压力最小，因此当前端滤袋的中部压力满足清灰要求时，整台设备就可满足清灰要求。在0.3 MPa喷吹压力和150 ms的脉冲时间下，滤袋下部的压力均超过了400 Pa，二者之间相差大约220 Pa。

图8 前端和后端滤袋上部、中部及下部的压力比较

（4）增加文氏管前后滤袋各部位压力检测的结果。

行业内对文氏管的作用存有争议。有人认为，除尘滤袋清灰时，在高速气流通过文氏管时诱导5～8倍于喷吹压缩空气的二次空气进入滤袋，造成滤袋瞬间急剧膨胀，由于气流的反向作用，使积附在滤袋上的粉尘脱落，可以大大提高脉冲电磁阀喷吹强度与效果，降低压缩空气耗用量，节省了能源。也有人认为，文氏管的内径急剧变小，通过的气流在此处形成瓶颈，增加了花板上下的阻力，从而导致除尘器整机阻力上升。

这里暂且不讨论过滤状态下的阻力升高问题，我们对增加文氏管前后的滤袋各部位压力值进行检测，发现无论是0.3 MPa还是0.4 MPa，加上文氏管之后，滤袋上中下部的喷吹压力峰值明显降低，持续时间也没有延长，并不能合理解释引流的作用，反而使正常过滤状态下的设备阻力增大，建议不使用文氏管。目前，工程应用中不使用文氏管而正常工作的实例还是很多的。

4 结束语

本实验从喷吹压力（0.3 MPa、0.4 MPa）、喷吹时间（100 ms、150 ms、200 ms）和喷吹管前后端三个方面，通过调整各个参数，取得了滤袋上、中、下部的压力值，并在调整某个参数时对前后滤袋上、中、下位置处的压力进行了对比。

从喷吹压力上说，随着压力的增加，滤袋上、中、下部的压力也随之上升，滤袋上部压力的提升尤为明显。但滤袋上部的压力衰减很快，持续时间较短。滤袋中下部的压力虽然较低，但相对于滤袋上部持续时间较长。由此可知，提高喷吹压力也是改善清灰效果的一种手段。在工程实用中，由于滤袋承受的喷吹压力极限不同，需要针对不同的滤袋采用不同的喷吹压力。如，玻纤覆膜滤袋要求的喷吹压力在0.25～0.4 MPa，毡类、芳纶等可以承受的喷吹压力可达0.6 MPa，在满足清灰的前提下，尽可能使用低压喷吹。若滤袋使用时间较长，阻力较高，在滤袋可承受范围内，可以适当提高清灰压力，以达到提升清灰效果的目的。

从喷吹时间上说，本实验通过调整脉冲宽度，从100 ms到150 ms再到200 ms，对滤袋上部、中部、下部的压力分别做了检测。结果表明，当脉冲宽度在100 ms到150 ms间增加时，滤袋上、中、下部的压力也随之提高，但当脉冲宽度达到200 ms时，滤袋各部分的压力不升反降，说明一味延长脉冲宽度时间并不能有效提升清灰效果。一般情况下，脉冲宽度设置在150 ms就可以满足清灰要求，实验结果也证明此时是喷吹效果最好的时候。

从喷吹管前后位置上说，喷吹管后端比前端的压力大，无论是0.3 MPa还是0.4 MPa的喷吹压力，前后端的压力相差大约600 Pa。前后端压力的差异在设计上要充分考虑，避免后端过度清灰，前端达不到清灰的最低压力，而造成附着在滤袋表面的灰不能彻底清除，在使用中除尘器阻力增大。

根据上述实验可知，相同的喷吹压力下，喷吹管前端滤袋上部的压力最大，喷吹管后端滤袋下部的最小。对于同一滤袋，上部的压力最大，下部的较小，中部最小。因此只要喷吹管前端滤袋中部的压力足够，整台设备的清灰问题就可以满足，但同时，滤袋其它部位的压力要在滤袋可以承受的范围之内。

在上述实验中选择8 m玻纤覆膜滤袋作测试用，从各个部位的参数看，完全可以满足工程使用要求，在低压脉冲袋式除尘器上可以推广使用。

[1] 成庚生.中国硅酸盐学会环境保护分会学术年会论文集[C],北京: 中国硅酸盐学会,2009.

[2] 袁彩云, 长滤袋脉冲喷吹清灰性能的研究[D]. 绵阳: 西南科技大学, 2012.

2016-09-28）

TQ172.688

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1008-0473(2016)06-0093-05

10.16008/j.cnki.1008-0473.2016.06.020