关于回转反吹布袋除尘器滤袋内反吹流场的研究

何爱玲 王尚元

摘 要：回转反吹布袋除尘器具有结构紧凑，圆形外壳物理性能好，单位空间过滤面积大，进口参照旋风除尘器流形设计，结构简单等优点。因此在工业领域中得到广泛的应用。但是存在着清灰效果差且不均匀的缺点。为了解决上述问题，我们将研究滤袋内反吹流场的运行规律，为提高清灰效果提供理论及实验依据。

关键词：布袋除尘器;流场;滤袋

中图分类号：X701.2 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）03-0069-02

1 回转反吹风袋式除尘器的工作原理

回转反吹布袋除尘器是上世纪60年代由欧、美、日等西方国家新开发的一种新型布袋除尘器。1963年由日本首先研制成功。与此同时美国PN公司推出PN系列回转反吹圆袋式除尘器。我国于1976年开始着手开发回转反吹扁袋除尘器。1979年开始回转反吹圆袋式除尘器系列化设计，现有LMF、LDB等多个系列。

回转反吹布袋除尘器自问世以来，以其空间利用率高，无动力清灰，抗破损性能好，易维修等优点，迅速成为上世纪60-70年代袋式除尘器的首选设备。但是机械回转反吹布袋除尘器的性能及结构缺陷逐步放大：反吹动能不足，清灰效果差等成为制约其发展主要因素。除尘领域业相关人员虽采用新技术进行改进，但因为未涉及到根本痼疾而未获的广泛推广应用。

回转反吹布袋除尘器外体为圆柱形，受压抗破损性能好，进口参照旋风除尘器进口设计，具有预除塵功效，滤袋采用梯形截面（或长方形、长孔形）安装在不同的半径上，布置紧凑。该除尘器过滤面积参数一般为12m2/m3，是几种布袋除尘器中最高的。因此用钢量低，平均在20kg/m2～30kg/m2。

回转反吹布袋除尘器多为采外滤式，采用分层反吹方式。反吹风机的风压一般控制在4000Pa左右，属于高压反吹清灰方式，效能介于脉冲清灰和反吹风之间，不需要高压压缩空气。

图1所示的是PN型回转反吹布袋除尘器，主要由下花板、底座、卸灰装置、壳体、滤袋、保温层、回转反吹装置等部件组成。是由一个负责预处理的旋风筒和一个高效的布袋除尘器组成的复合式除尘器，当含尘气体经上部入口沿切线方向进入壳体的上部空间时，粒径大的颗粒首先分离出去，沿筒体内壁进入灰斗，颗粒小的颗粒穿过滤袋后粉尘被捕集下来，净化后的洁净气体通过上部气室排空。气体中的粉尘颗粒被滤袋捕获在外表面，通过反吹装置处理后达到除尘净化的目的。

2 滤袋内反吹流场的理论研究

2.1 反吹风速理论分布

图2为机械回转反吹布袋除尘器反吹清灰时滤袋内气流流动的示意图，图中取沿滤袋竖向方向定为x轴，原点在袋口中心处，反吹气流通过袋口进入滤袋，反吹风量为Q1，滤袋长度为H，初始轴向流速为v1，横向滤速为u1。

对距滤袋x位置处，长度为dx，直径为D的单元体能量方程如下：

式中vx——距袋口x长度位置处反吹气流纵向流速，m/s;

Px——距袋口x长度位置气体压力，Pa;

ρ——气体密度，kg/m3;

λ——滤袋中的沿程阻力系数;

D——滤袋直径，m。

对上式可以整理得：

即为滤袋在沿程有损失的情况下的能量微分方程。

袋式除尘器在反吹清灰时反吹气体进入滤袋后，距袋口x位置处的全压作用在滤袋上，从而克服粉尘层阻力将粉尘从滤袋表面上剥离。

则：

用整个过程的平均横向过滤速度替代某点处的过滤速度并积分得：

反吹风压力沿滤袋长分布为：

2.2 轴向风速理论分布

实验过程中横向风速ux很难实测，为了比较理论模型与实验测试结果的一致性，有必要将横向风速转化为轴向风速。

由图2可知：袋式除尘器反吹清灰时距滤袋口x长度处的流量与x处以下气体的流出量相等，即微单元体上气体连续性方程：

式中Qx——距滤袋口x长度处气体的流量，m3/s;

ux——距滤袋口x长度处反吹气流横向滤速，m/s。

整理可得：

最后得到轴向流速沿袋长分布，如下式所示：

如果已知粉尘负荷m、滤袋长度H、滤袋直径D、反吹风量Q1及袋内外压力差P1、粉尘的阻力系数C2，则只要再确定出阻力系数λ的值就可以确定滤袋反吹清灰时轴向流场分布。

2.3 滤袋长径比及不均匀系数

由此可见：对于反吹清灰的滤袋内，反吹分速分布的均匀性跟滤袋口与滤袋底部气流对粉尘的剥离力影响不大，因此可以保证滤袋整体良好的清灰效果。

理论计算结果表明：反吹风速的均匀程度与滤袋的长度、直径、粉尘的负荷情况及反吹风量等有关。我们可以得到如下结论：最小反吹气流的速度出现在滤袋末端处，即uL位置处;滤袋最大反吹气流的速度出现在滤袋入口处，即u1位置处。通常认为反吹气流的速度沿滤袋纵向方向变化率在5%范围内时清灰效果最好。如果变化率超过5%，则在滤袋口处容易清灰过大，而滤袋末端还没有清灰，整体清灰效果不佳。

从反吹风轴向流场的理论值与实验值的比较可知：合适的阻力系数λ可以使不同入口风量、不同粉尘负荷下的轴向流场的理论与实验果较好的吻合。因此可以说明：该理论推导出的ux表达式可以较好的描述横向风速沿滤袋长度方向的变化规律;该理论可以准确描述袋式除尘器反吹风清灰气流的轴向流场分布规律。

2.4 反吹风速分布

上述理论研究结果显示：揭示出了反吹风轴向流速与反吹风速之间的关系。因此利用已知的轴向流场分布，可以推到出径向风速分布即反吹风速的分布。

实验中轴向流速的实测结果已经证实轴向风速分布理论模型比较准确。因此可以通过轴向风速分布理论计算式得到径向风速即反吹风速沿袋长的分布情况。通过不同粉尘在不同风量工况下的反吹清灰滤袋内反吹风气流沿袋长分布数据而形成的曲线图可以看出：粉尘负荷低，反吹风量大时，反吹风气流分布呈不均匀状态，袋口上半部分下降很快，并随距袋口距离的增加逐渐平缓。粉尘负荷越大，轴向风速越则趋于直线，反吹风速沿袋长分布也越来越均匀。

3 结语

（1）滤袋气流的平均阻力系数可以看作沿程平均阻力系数和局部平均阻力系数的累加。气流向滤袋末端流动过程存在着沿程阻力损失，而在流动过程中的不断外漏可以看成是局部阻力。

（2）局部平均阻力系数主要与粉尘负荷情况有关，粉尘负荷大于2.1kg/m2时，局部平均阻力系数基本维持不变。

（3）袋式除尘器反吹清灰过程的横向反吹风速实验测定存在困难，但是根据理论推导得到的轴向风速与反吹风速的关系。可以通过实验测定出轴向风速的分布推导出出反吹风速分布。