纺织除尘器的发展及适用于机采棉除尘器的设计

■ 王泽武 陈生超 臧利涛

〔郑州棉麻工程技术设计研究所，河南郑州450004〕

纺织除尘器的发展及适用于机采棉除尘器的设计

■ 王泽武 陈生超 臧利涛

〔郑州棉麻工程技术设计研究所，河南郑州450004〕

一、纺织除尘器的发展

在纺织生产中，最早的除尘方式是把纺织设备产生的粉尘直接排到室外大气中自由飘散，给周围环境带来严重污染，人们开始提出空气过滤问题，于是出现了尘室、尘塔（图1）。

为了提高除尘效率，进而出现了结合厂房土建结构建造的大布袋除尘方式（图2）。

图1 尘室、尘塔

图2 大布袋除尘方式

20世纪60年代末，英国出现了纺织专用转笼滤尘设备。直到20世纪70年代中期，我国才出现了早期真正意义上的纺织滤尘设备（图3）。

图3 纺织滤尘设备

20世纪80年代初，我国引进了瑞士LUWA（罗瓦）公司的回转式滤尘设备，给我国纺织滤尘改造增添了一定活力。我国在消化吸收基础上制造了仿罗瓦滤尘设备，一级过滤为旋风式预分离器，二级过滤为大转笼回转式过滤器，尘纤收集经由纤维分离器和集尘器完成，这是积极式除尘系统在我国应用的开端，同时配套使用的还有纤维分离压紧器、旋风分离集尘器或布袋集尘器。20世纪80年代末从德国LTG引进的除尘设备为组合式除尘设备的开发应用大开先河，在此基础上研制了成系列的圆盘圆筒两级组合式的除尘机组，其结构特征是：把LUWA圆筒式旋风分离器平面化设计，大大节省了空间，与此同时又增加了吸嘴传动系统（这就是目前几乎所有纺织滤尘设备的一级圆盘预过滤器的最早形式）；二级过滤利用内吸式清灰方式，整体结构组合性强，节省了土建费用和占地面积，但二级过滤能力依然未变。

随着国内环保要求的日趋严格和纺织工艺的快速发展，纺织行业要求排放浓度更低，适应更多机组、更大风量的高性能除尘设备。国内相关设备制造厂家经过多年努力研制出了多种型号的纺织用除尘设备，出现了扇形、螺旋式、星形等多种形式的板式滤尘器，反映出国内开发滤尘产品的能力已经紧跟国际水平并有了自己的滤尘产品。目前，以蜂窝式（图5）和多层圆笼式（图6）为代表的除尘器以可靠的性能和优异的除尘效果占据了纺织除尘的统治地位。

（一）蜂窝式过滤器

1994年江阴空调除尘设备厂研制了JYFO蜂窝式过滤器。蜂窝式滤尘器吸取了瑞士LUWA公司一级平网（图4）滤尘器和德国LTG公司内吸式滤尘器的优点，广泛应用于棉纺织、化纤、苎麻、亚麻以及造纸、烟草等行业的两级滤尘系统中。其设备主要由第一级圆盘过滤器（图4）和第二级蜂窝式除尘器（图5）组成。第一级圆盘预分离器由圆盘过滤器、密封箱体、纤维分离器和纤维风机组成，利用旋转吸嘴吸除集结在圆盘滤网上的纤维尘杂，通过纤维分离器分离后排出纤维，含尘空气由纤维风机排回箱体。本级主要过滤、分离、收集被处理空气中所含的纤维尘杂。

图4 圆盘预分离器

图5 蜂窝式除尘器

第二级蜂窝式除尘器（如图5）的滤料由多排内吸式小尘笼构成（形似蜂窝），采用机械吸臂带动一排小吸嘴依次对每排小尘笼进行自动清灰。这种除尘器大大增加了单位空间的滤料布置面积，提高了处理能力，机械吸臂采用先进的程序控制，自动进行横向、纵向以及多吸嘴的回转运动，具有占地少、过滤面积大、过滤效率高、阻力小、自动化程度高、能耗低的优点，其主要技术性能指标均优于内吸式、平板式过滤器。蜂窝式滤尘器的缺点是过滤周期（过滤面积清洁一遍所需时间）较长，同时由于其传动系统的间歇性和吸臂运动轨迹的复杂化，使得机械结构和控制系统比较复杂，给维修管理工作造成了一定的困难。

（二）多层圆笼式除尘器

20世纪90年代后期，我国引进了瑞士LUWA公司的MDV叠鼓式除尘器，此种鼓式除尘器规格少，处理风量有限，吸尘方式为双吸臂、多吸嘴同时连续吸尘，吸尘能耗较高。为了增大过滤面积、降低吸尘能耗，我国的除尘设备生产厂家在滤料布置、设备结构和吸尘机构上不断创新，形成了具有我国特色的鼓式滤尘器，其某些性能指标甚至超过进口设备。鼓式滤尘器成为继蜂窝除尘器后又一代新型纺织除尘产品的代表（图6为邯郸纺织机械有限公司的多层圆笼式）。

图6 多层圆笼式除尘器

图7 多层圆笼滤尘器

多层圆笼式除尘器主要由第一级圆盘预分离器（图4）和第二级多层圆笼滤尘器（图7）组成。

第一级圆盘预分离器原理和蜂窝式的一级类似。第二级由多层圆笼、箱体、粉尘压实器和吸尘风机组成。含尘空气在经过多个同心套装的圆筒形滤料时粉尘被阻留在滤料内表面，通过滤料的空气即被净化。点吸吸嘴沿滤筒内表面做往复螺旋运动，在吸尘风机的作用下逐点吸除滤料表面的粉尘并将其送入粉尘分离布袋，落入粉尘压实器压实后排出，布袋分离后的含尘空气经回风管排回滤尘器内，防止二次污染。本级用于过滤、分离、收集经过第一级过滤后的空气中所含的粉尘微粒，使空气净化到可以排放和回用的标准。

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二、内地棉花加工企业除尘器的发展

棉花加工企业相对于纺织企业所需风量更大，物料的杂质更多，更需要除尘设备的配合。但长期以来，棉花加工企业大部分归属农业口并散布在偏远乡镇，对除尘的标准和要求远低于除尘后空气还要再回车间维持平衡的纺织企业，棉花加工企业除尘设备基本上是以传统的沙克龙（图8）为主。

图8 沙克龙

在内地人口稠密地区的轧花企业，生产加工期虽经沙克龙除尘，但还是有大量的粉尘被排放到大气中自由飘散，给周围环境带来严重污染，引起当地居民的强烈不满，很多企业因排放不达标被当地环保部门勒令停工整改。于是内地有的轧花企业借鉴纺织企业的除尘经验，将纺织企业常用的蜂窝式除尘器和多层圆笼式除尘器用到轧花除尘上。

通过几年的摸索试用，蜂窝式除尘器基本退出了轧花企业的除尘系统，其主要原因是二级吸嘴动作复杂，在杂质含量远大于纺企的工况下清理不及时、可靠性不高、不易维护，同时更换滤料也很麻烦。蜂窝式除尘器其本身处理风量远小于轧花生产线的总风量，需要多台处理关键工艺点的排尘，其它的工艺点还需要沙克龙来处理。多层圆笼式除尘器也被应用到轧花除尘上。因为二级吸嘴动作简单可靠，故障率较低，所以目前有些轧花企业还在应用，但也存在处理风量小的问题。

笔者分析认为：内地的轧花厂以小机型、手摘棉为主，所以使用纺织用多层圆笼式除尘器取代部分沙克龙还是勉强可以的。我国的棉花种植、加工在迅速地向新疆转进，内地的轧花厂近几年开工率逐年创新低，对除尘工艺、设备的研究探索也失去了发展的动力。

三、新疆棉花加工企业机采棉除尘器的发展

新疆已经成为我国的棉花加工生产基地，近十余年来，机采棉生产工艺由兵团到地方，由北疆到南疆得到了大力发展。随着兵团的城市化发展，很多原来远离城镇中心的轧花厂也被“包”到了城市里，对排放的要求更严格了，部分企业尝试使用了除尘机组代替沙克龙除尘。国内相关除尘设备厂家借鉴纺织除尘早期的产品制造出了针对棉花加工使用的主动式除尘机组（图9），其一级过滤为圆盘式预分离器（图10），二级过滤为大转笼回转式过滤器（图11）的设备。目前有少数几台还在兵团轧花厂应用。因为要处理较大的风量，过风量大小的关键是滤料的过风面积，所以在设计时加大了一级平网的直径和二级圆网的直径和长度。外观上看比纺织用除尘器的体积大了很多。即使这样应用多台，其处理风量也远远不能达到排放总量，目前也只是在灰尘较多的工艺点使用主动除尘机组，其他的还是使用沙克龙。由于这种除尘器的滤料是不锈钢丝网，因此，除尘效果也不是太好。这种除尘器处理机采棉的局限性很大，在处理籽棉货场外吸风机的风量时，因为机采籽棉夹杂有大量的沙尘，所以二级圆笼无法及时处理，沙尘沉降将吸嘴和尘笼下沿埋住，导致设备损坏，这样就形成了最需要除尘的外吸风机排风无法使用过滤机组的局面。在一级圆盘处也由于沉降的沙尘太多无法排走，阻碍甚至损坏了吸嘴。有的企业迫不得已将除尘机组架高或下面建尘室（图12），使除尘器内自然沉降的沙尘落入尘室，这样无疑大大增加了除尘器的使用成本，这也是这种除尘器没有在新疆广泛使用的原因之一。

图9 主动式除尘机组

图10 圆盘式预分离器

图11 大转笼回转式过滤器

图12 高架的除尘器

四、适用于机采棉除尘器的设计

（一）设计的必要性

随着人们环保意识的加强和环保法规的不断完善，努力降低棉花加工企业的扬尘已经成为团场领导、职工的强烈意愿。目前针对轧花生产线，除尘器除沙克龙外可选择的除尘机组品种很少，特别是专用于机采棉生产线的除尘机组几乎没有。笔者长期跟踪纺织除尘工艺、设备的发展，总结除尘设备在轧花手摘棉生产线和机采棉生产线的经验，设计了适用于机采棉的除尘器。

专门设计机采棉除尘器的主要原因是：1.机采棉的普及已经成为大趋势，随着我国棉花生产综合成本（特别是人工成本和租地成本）的大幅上涨、农业机械化水平的不断提高、机采棉种植模式和加工技术的逐渐成熟，我国机采棉产业呈现快速发展趋势。近几年兵团新上的生产线均是机采棉生产线，更多的地方、民营企业也在跟进，并不断将原有的手摘棉生产线改造为机采棉生产线，为此适用于机采棉的除尘器有广阔的市场需求和空间。2.机采棉加工的工况远远恶劣于手摘棉加工的工况，能适用于机采棉工艺的除尘器在手摘棉的工艺应用上更游刃有余。

（二）基本原理

1.设计思路。

2.工作过程。

图13 适用于机采棉除尘器的设计图

如图13所示，风机排风由轧花含尘气体入口7进入本机箱体10，先进入到一级滤尘箱，经过一级平网6过滤进入二级多层圆笼滤尘。一级平网6由目数80到100的不锈钢丝网构成，在一级滤尘箱内大量沙尘、碎棉叶沉降，落入下部的一级排杂左右旋绞龙15中，此绞龙将大量沙尘、碎棉输送到中间位置落入地绞龙16中排出本机。在一级平网6上会吸附有碎棉叶、短纤维，较多时会降低平网6的透风率阻碍新的气体进入，这时一级吸尘系统8以中心为圆转动，一级吸尘系统8的长狭缝吸嘴及时地将平网表面的杂物吸走，保持平网的透风率。吸走的含尘纤空气由一级吸尘软管9经一级吸管排风管排到一级布袋滤尘箱14，尾气排至二级圆笼滤尘箱中。经初步滤尘的空气通过一级平网6进入二级圆笼滤尘箱中。二级圆笼滤尘箱中最主要的部件是多层圆笼，由多层长毛绒滤料4贴在钢丝网上呈环状排布。在每两层长毛绒滤料4之间形成过风通道，通道尽头有封板11、圆笼封板12封堵。含尘空气穿过长毛绒滤料4到图13中阴影处的排气通道，经毛绒滤料4精细过滤过的洁净气体由排气通道排至大气中。在二级箱体中存在大量一级平网6没过滤掉的沙尘，由于这种沙尘不像短纤维能被长毛绒滤料4吸附，因此沉降在滤料之间，这时二级吸尘系统5旋转并轴向进给，点吸吸嘴在圆笼内表面做往复和旋转运动，在吸尘风机的作用下逐点吸除滤料表面的粉尘并将其送入粉尘分离布袋。吸不走的沉积沙尘由二级吸尘系统5上的管臂将积沙扫落至缺口并落入地绞龙16排出机外。二级吸尘系统5由滤尘通道数目2倍的吸管组成，吸管一长一短交错排列，长吸管是短吸管长度的2倍。长吸管长度和圆笼纵向长度一致。这样二级吸尘系统5旋转并轴向进给的距离和短吸管是一致的，减小了设备的整体长度。吸尘系统5的含尘气体由二级吸管排风管13进入二级布袋滤尘箱14，尾气排入二级箱体，尘杂由压实器压实后排出本机。本设计与普通纺织用多层圆笼最大的不同是多层圆笼均不是封闭的，而是在下部开有缺口，缺口由中间位置的圆笼开始，向下逐步加大。由吸管臂扫落或滤料表面滑落的沙尘从缺口掉落，缺口逐步加大也是防止掉落的沙尘进入下面的滤料层之间。沙尘落入箱体10下面地沟中的地绞龙16中，由地绞龙16将一级和二级的尘杂统一排出本机。喷淋降尘装置17为地绞龙16中的尘杂进行喷淋，防止飘散在大气中造成二次污染。喷淋过的尘杂经压实避风器18后被提升机2提升至一定高度排入天绞龙1中，由天绞龙1将尘杂排入尘房或其他装置统一处理。所有暴露于大气中的绞龙均需要用盖板密封，防止尘杂飘散。

（三）本机特点

1.能处理机采棉中的高浓度沙尘气体。

笔者在轧花厂观察到中后期的机采棉中含有大量细沙，这种情况和采收工艺、当地气候、地理环境有关，也不排除售棉者的掺杂使假行为。特别是货场吸棉回风是生产线中含沙量最大的工艺点，单圆网除尘器无法处理大量的沙尘，笔者注意到沙尘会埋住半个圆笼，导致除尘器报废。纺织用多层圆笼除尘器的大量沙尘会积在每个圆笼底部无法排出，造成设备报废。本机吸取纺织用多层圆笼滤尘的优点，在圆环状的滤料底部开设缺口利于沙尘的排出，所以本机能处理机采棉中的高浓度沙尘气体。

2.能处理机采棉中的大风量。

处理风量的多少和过风滤料的面积成正比，因为多层圆笼滤料展开面积远远大于单圆网的滤料面积，所以能处理更多的风量。

3.处理过的空气洁净度高。

本机使用了纺织除尘器的滤料——长毛绒，比现有轧花生产中的滤料——不锈钢丝网更能捕捉到细微尘杂，经长毛绒后排出的空气更洁净。

4.性价比高、自动化程度高、造价低、易维护。

本机多层圆笼相套，在最小空间使滤料面积最大，相同的占地空间，本机处理风量最大。本机的沙尘利用绞龙统一排走，下面不需要建专用的尘房，尘房土建的造价成本远远大于除尘器本身，这也是除尘器在棉花加工领域用量很少的重要因素。本机的滤料和所附着的钢丝网能快速更换、传动简单可靠，除了定期保养外，较高的自动化程度和稳定性使其几乎不需另外的人工。

5.针对性强、可模块化设计。

本机的一级圆网面积和多层圆笼的层数决定了可处理风量的多少，可以所要处理的风量为主要参数来有针对性的、模块化、系列化设计本机。

五、后记

目前棉花加工生产中，机采、开模、喂给、清理、轧花、成包工艺都已较成熟，设备也几经更新换代，然而轧花生产中的除尘工艺还延续着五、六十年代的传承，除尘设备相对于主机几乎没有进展。随着人们环保意识的提高，环保法规的日趋严厉，棉花加工生产企业也强烈期盼有适用于机采棉除尘设备的出现。笔者愿抛砖引玉，希望有更好的除尘设备来满足棉花加工企业的需求。☆

“十二五”国家科技支撑计划项目（2015BAD19B04）棉花产后增值关键技术装备研发与产业化示范