浅谈袋式除尘器清灰装置的设计及清灰运行控制

钟永生

（福建龙净环保股份有限公司，福建 龙岩 364000）

袋式除尘器也称过滤式除尘器，它是利用滤料作为过滤介质制成袋状或筒状过滤元件来捕集含尘气体中粉尘的除尘器。袋式除尘器作为一种最有效的烟尘治理设备，不受粉尘特性的影响，除尘效率高，结构简单，工作稳定，被广泛用于电力、建材、冶金和化工等行业，且随着袋式除尘器结构的不断改进、清灰技术和滤料技术的不断提高，使袋式除尘器的寿命延长、运行更稳定、除尘效率更高，而且能有效控制PM10、PM2.5微细粒子和微量金属元素的排放，适应性越来越广，应用范围不断扩大。

滤袋是袋式除尘器的“心脏”，而清灰技术是保持袋式除尘器长期稳定运行的关键，对滤袋寿命、除尘器阻力、压缩空气消耗量等产生至关重要的影响，因此，清灰装置也是袋式除尘器的核心部件之一。目前，常用的清灰方式可分为低压行脉冲喷吹、低压回转脉冲喷吹、气箱脉冲喷吹等，其中低压行脉冲喷吹清灰方式综合性能较优，是当前袋式除尘器的主流清灰方式，本文主要介绍低压行脉冲喷吹清灰装置的设计及清灰运行控制。

1 清灰机理及清灰过程

袋式除尘器在实际运行过程中，我们通常根据喷吹压力、喷吹周期、脉冲宽度、脉冲间隔、除尘器阻力等运行参数来判断其清灰效果，要提高清灰效果，就要对脉冲喷吹清灰机理进行深入的研究。大量的研究表明，袋式除尘器的清灰主要依赖惯性力和反吹气流的作用，使滤袋外表面的粉尘层在滤袋发生快速膨胀变形产生的惯性力以及由压缩空气造成的反向吹落气流双重作用下，脱离滤袋表面而实现清灰。压缩空气喷入滤袋后，使滤袋内侧压力瞬间高于外侧压力，脉冲气流像一个“气泡”从上而下运动，在“气泡”所到之处，原先呈内凹状的滤袋发生快速地膨胀变形，使滤袋外表面的粉尘层变形、破裂，并在膨胀变形停止的瞬间，会产生一个惯性力，同时，脉冲气流在从上而下运动过程中，部分气体通过滤袋向外排出而产生反向吹落气流，滤袋外表面的粉尘层在惯性力和反向吹落气流的双重作用下，脱离滤袋表面而实现清灰。对于弹性较大的滤袋，惯性力起主导作用，一般较低的脉冲喷吹压力和较少的压缩空气量即可实现清灰；对于弹性较弱的滤袋，反向吹落气流起主导作用，需要较高的脉冲喷吹压力和较多的压缩空气量才可以实现清灰。滤袋清灰过程如图1。

图1 滤袋清灰过程

2 清灰装置的设计选型

2.1 清灰装置的结构及工作过程

低压行脉冲喷吹的滤袋呈行列矩阵式规则布置，每行滤袋的正上方安装一根喷吹管，一个脉冲阀控制一根喷吹管，一根喷吹管上设多个喷嘴，每个喷嘴对应一条滤袋，精确定位喷吹，清灰效果好。低压行脉冲喷吹清灰装置主要由脉冲阀、气箱、喷吹管和脉冲控制仪等组成。清灰装置工作时，气箱一端接压缩空气气源，另一端接喷吹管，脉冲控制仪控制脉冲阀急速开启，气箱内的压缩空气通过喷吹管的喷嘴高速喷出，同时引射数倍的周围气体吹入各条滤袋，滤袋内侧压力瞬间高于外侧压力，滤袋发生快速地膨胀变形，使附着在滤袋外表面的粉尘层脱落，实现滤袋的清灰。

低压行脉冲喷吹清灰装置的结构图，如图2所示。

图2 低压行脉冲喷吹清灰装置的结构

2.2 喷吹管的设计

喷吹管是清灰装置的关键部件，其结构设计的合理性直接影响清灰效果和滤袋的使用寿命。喷吹管无耐压要求，可选择薄壁焊接管，但应有足够的刚度来保证喷吹管不会因自重和高速喷吹气流产生的反向推力而发生弯曲变形，应根据喷吹管的刚度情况选择设置支撑、设置加强筋、壁厚加厚等方式对喷吹管进行加强处理。喷吹管的管径应与所选脉冲阀出气口的口径相当，如3″淹没式脉冲阀所选用的喷吹管一般采用外径为φ89mm的焊接管；喷吹管的长度根据所选脉冲阀能喷吹的滤袋数量、滤袋的直径及滤袋间距确定。

喷吹口的形状和直径是喷吹管设计的核心。根据数值模拟计算结果，压缩空气从脉冲阀喷吹后，沿喷吹管的长度方向上，各喷吹口的流量分配基本是按照从前到后逐渐增加的。

通过脉冲喷吹清灰机理实验研究可知，喷吹管压力沿气体流动呈逐渐增大趋势，而喷吹口的流量与喷吹管内的压力分布存在直接关系，越靠近尾部，喷吹口的流量越大。因此，为保证每个喷吹口的喷吹气量相当，在设计喷吹口孔径的大小时，离脉冲阀远的喷吹口孔径逐渐变小。一般来说，喷吹管上所有喷吹口孔径截面积之和应该为喷吹管内径截面积的50%～70%。数值模拟16个喷吹口的形状，喷吹效果好的喷吹口形状是一种带翻边的弧形孔，这种喷吹口不仅能减少喷吹阻力，而且能使压缩气流尽量汇中于一点喷出，从结构上减少了发散无序的气流冲刷滤袋的可能性。根据数值模拟计算结果，这种带翻边的弧形孔的半径应控制在R25～R50mm。

为了保证喷吹气流全部进入滤袋中心，减少能量浪费，提高清灰效果，喷吹口上还应设计结构合理的喷嘴，喷嘴应能够均匀地将压缩空气喷入滤袋中，并能够产生足够大的引流，引射数倍的周围气体喷入滤袋中。喷嘴的大小和长度与喷吹管与花板面的距离有关，喷嘴通常选用1″管，长度取50～70mm。各种形式喷吹口的流量分配如图4。

图3 喷吹口形状及喷嘴

图4 各种形式喷吹口的流量分配

2.3 喷吹管距离花板面的距离

喷吹管的喷嘴口与滤袋口的距离对喷吹清灰效果有重要影响，距离太小，引射的气流也会太小，影响清灰效果；距离太大，喷射的气流不能有效喷入滤袋。喷吹管花板距离实验表明，在给定的喷吹条件下，合适的距离可以保证喷吹气流全部进入滤袋中心，减少能量浪费，提高清灰效果。

喷吹管的喷嘴口与滤袋口的距离可根据等温圆射流原理和试验确定，通常在200～300mm。射流原理示意图，如图5所示。

图5 射流原理示意图

2.4 脉冲阀的选型和安装

电磁脉冲阀是脉冲喷吹清灰的动力元件，目前袋式除尘器应用较多的是膜片式脉冲阀。膜片式的脉冲阀不易受清灰气源清洁程度和低温环境时冷凝水结冰的影响，阻力较小，长期运行可靠稳定，清灰效果较好。脉冲阀应选择阀门开启速度越快、压力上升速度快、喷吹气量大、阀门关闭速度越快、压力峰值大、膜片寿命长的产品。单个脉冲阀喷吹的滤袋数量与进入袋区入口含尘浓度、脉冲阀品牌、滤袋长度等均有关系，通过大量的工程应用及试验，3寸膜片式脉冲阀，其单阀最大可喷吹大口径滤袋数量建议为17条；4寸膜片式脉冲阀，其单阀最大可喷吹滤袋数量建议为28条。表1为某品牌脉冲阀喷吹试验。

表1 某品牌脉冲阀喷吹试验

膜片式脉冲阀有竖装和平装两种方式，工程应用表明，由于较大尺寸脉冲阀的膜片自重较大，脉冲阀竖直安装时，在使用过程中膜片容易下坠而偏心，影响寿命，因此，大于3寸的膜片式脉冲阀，应尽量选择平装方式，以提高膜片寿命。

2.5 气箱设计

气箱用于储存脉冲阀一次喷吹的压缩空气量，气箱的容积必须保证脉冲阀在一次脉冲喷吹后，气箱内的压缩空气压降不能高于原压力的1/3。根据理想气体状态方程可以得出气箱的容积：

式中，△n为脉冲阀一次耗气量摩尔数；R为气体常数，R=8.314J/(mol×K)；T为气体温度，K为此处按常温20℃；P为喷吹压力，Pa。

实际上，由于气箱位于除尘器上部，受空间限制，气箱无法做得太大，因此，为了保证脉冲阀一次喷吹时，气箱储存有足够的压缩空气量，在设计时各个气箱应采用连接管连成一个整体，同时，连接管管径应尽可能的大，以满足分气箱短时的补气要求。

2.6 清灰气源

低压行脉冲喷吹清灰用气一般采用通过冷冻干燥后无油、无水、无尘的压缩空气，防止滤袋内部受到污染和受潮，其净化等级应符合GB/T 13277.1要求。通过脉冲喷吹清灰机理实验研究可知，脉冲阀的喷吹量与喷吹压力成正比关系，根据脉冲阀的膜片寿命试验，喷吹压力一般控制在0.2～0.5MPa，压缩空气气源压力应大于0.5MPa。

3 运行控制

滤袋区的清灰运行控制直接影响滤袋的清灰效果、除尘器阻力、压缩空气消耗量以及滤袋寿命等，袋式除尘器在实际运行过程中，应根据除尘器的阻力高低随时调控修正喷吹压力、喷吹周期、脉冲宽度、脉冲间隔等运行参数。在投运初期，运行阻力较低，可设定较低的喷吹压力、调大脉冲间隔、延长清灰周期；随着投运时间延长，运行阻力逐渐升高，应适当调高喷吹压力、调小脉冲间隔、缩短清灰周期。

对低压行脉冲清灰方式，喷吹压力在0.2～0.3MPa时，滤袋尘饼呈片状剥落，二次扬尘较小；当喷吹压力大于0.4MPa时，滤袋粉饼呈粉状崩落，二次扬尘较大，所以喷吹压力不宜太高。除尘器的运行阻力适宜控制在800～1200Pa，过高的阻力，会降低系统风量，增加风机运行能耗；过低的阻力，说明滤袋尚未建立稳定的“一次粉尘层”，不能实现高效过滤。清灰运行控制方式有定时清灰与定压清灰。定时清灰控制方式的系统简单、运用稳定，适宜用于工况单一、系统较小、负荷稳定的场合；定压清灰控制方式可根据除尘器运用阻力设定值自动调节清灰周期，较好地适应工况复杂、系统较大、负荷波动的场合，也可以采用定时清灰与定压清灰相结合的控制方式，有利于降低清灰能耗，延长滤袋寿命。

4 结语

为了维持袋式除尘器长期运行的稳定性，必须设置可靠的清灰装置。在设计方面，要不断总结经验，优化喷吹管结构、设置合理的运行参数等，提高设备性能。