角式快开阀应用于袋式除尘器的可行性研究*

朱召平

（福建龙净环保股份有限公司国家环境保护电力工业烟尘治理工程技术中心，福建 龙岩 364000）

0 引言

袋式除尘器以其高效稳定的除尘特点，已成为了除尘行业主流的技术之一。清灰系统性能好坏是袋式除尘器高效稳定的重要保障。目前国内袋式除尘主要采用的脉冲清灰，又以膜片式脉冲阀应用较为广泛，其采用橡胶膜片密封结构，具有开关性能好、流动阻力小、流量特性好、喷吹气量大的特点，对于清灰系统清灰性能影响较大［1］。但是膜片式脉冲阀使用温度一般不超过250℃，耐压不超过1 MPa，目前工程应用设计清灰压力一般不超过0.35 MPa［2］，所以膜片式脉冲阀无法应用在如煤化工等高温、高压气体净化领域。一种应用于航空工业的角式快开阀采用了金属波纹管动态密封结构替代橡胶膜片密封，是一种喷吹量大、耐高温、耐高压的脉冲阀，最高耐温可达400℃，耐压可达10 MPa，适用于高温、高压工况。目前国内外暂无角式快开阀应用在袋式除尘器的清灰阀的研究。脉冲阀的清灰性能受喷吹压力等因素影响，张一帜［3］和颜翠平等［4］研究表明，喷吹压力越大，滤袋内部压力越大，喷吹效果越好。同时由于压力损失，滤袋侧壁压力峰值呈现从滤袋口到滤袋底减小的趋势，导致滤袋底部出现清灰效果差的现象。杨迪等［5］研究表明，喷吹压力对正压力峰值及到达该峰值的时间这两个指标的影响较大，喷吹压力提高可改善清灰系统的清灰性能，但脉冲宽度的变化对这两个指标的影响不明显。李珊红［6］和万凯迪等［7］利用数值模拟方法研究表明，提高喷吹压力与增加喷嘴直径可以提高清灰效果，滤袋过长对滤袋上部清灰性能几乎没有影响，但会导致滤袋底部峰值压力逐渐降低，不利于滤袋底部清灰。

本研究通过搭建大型脉冲喷吹实验台，对膜片式脉冲阀和角式快开阀进行对比实验，分别在定压条件且不同脉冲宽度下，定脉冲宽度且不同喷吹压力工况下，研究喷吹量大小变化、喷吹波形变化、不同喷吹距离的正压力峰值变化以及滤袋内正压力峰值分布情况，探索角式快开阀在袋式除尘器清灰系统应用的可行性，为高温高压袋式除尘的清灰设计及工程应用等提供参考。

1 实验装置与方法

1.1 实验装置

脉冲喷吹清灰系统实验台是依托目前国内最大的电袋复合除尘器实验平台搭建。实验系统主要由测量控制系统、喷吹系统、滤袋支撑系统、空气压缩系统4个部分组成，测量控制系统主要用于采集滤袋、气包、喷吹管上的压力峰值；喷吹系统主要为滤袋进行脉冲喷吹；滤袋支撑系统主要用于支撑实际使用1∶1的滤袋、花板等支撑作用；空气压缩系统主要为滤袋提供压缩空气；脉冲阀分别采用3寸膜片式脉冲阀和3寸角式快开阀。图1为全尺寸脉冲喷吹实验台示意图。

图1 全尺寸脉冲喷吹实验台

1.2 实验内容及方法

滤袋长8 m，直径160 mm，在滤袋上设置10个测点，并安装了压力传感器，测点离滤袋上端口距离依次为2、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.8 m（设置为测点1~9）。喷吹管管长4.8 m，管径89 mm，喷吹孔径16 mm，在喷吹管上设置9个测点，并安装了压力传感器，距气包中心距离分别为0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5 m（设置为测点1~9）。

通过空气压缩机调节喷吹压力，脉冲控制仪调节脉冲宽度，在喷吹压力0.35 MPa不变，调节脉冲宽度200、250、300 ms和在脉冲宽度200 ms不变，调节喷吹压力0.35、0.45、0.55 MPa的工况下，测量不同条件的下2种阀门的喷吹量、喷吹波形、喷吹管内随喷吹距离正压力峰值变化以及滤袋内正压力峰值分布情况。测试数值经压力传感器的数据采集仪采集后在计算机上显示，读取个条件下各测点的正压力峰值，每组实验重复5次并取平均值，从而评价角式快开阀的清灰性能。

2 实验结果与分析

2.1 喷吹量的变化

喷吹压力和脉冲宽度变化对喷吹量的影响见图2。

图2 喷吹量对比

从图2中可以看出，同一种脉冲阀，脉冲宽度一定，喷吹量随着喷吹压力的增大而增大；喷吹压力一定，喷吹量随着脉冲宽度的增大而增大。对比膜片式脉冲阀和角式快开阀在脉冲宽度固定200 ms时，在喷吹压力为0.35、0.45、0.55 MPa时，膜片式脉冲阀对应的喷吹量都大于角式快开阀。在喷吹压力固定为0.35 MPa时，在脉冲宽度为200、250、300 ms时，膜片式脉冲阀对应的喷吹量依然都大于角式快开阀。可见，随着喷吹压力和脉冲宽度的增加，角式快开阀的喷吹量逐渐增大，但其整体喷吹性能不如膜片式脉冲阀。

2.2 喷吹波形的变化

喷吹压力和脉冲宽度变化对喷吹波形的影响见图3。

图3 喷吹波形

从图3可以看出，在脉冲宽度一定，增加喷吹量或在喷吹量一定，增加脉冲宽度都会使喷吹波形曲线呈近似抛物线变化，同时喷吹压力的增大，抛物线呈纵向升高，即增加喷吹压力，可显著提高喷吹的正压力峰值，提高清灰的清灰性能，脉冲宽度的增大，抛物线呈横向变宽，对提高喷吹的正压力峰值相比增加喷吹压力影响较小，但可以增加正压力峰值的持续时间，与杨迪等［5］研究结果相符。脉冲宽度固定200 ms时，在喷吹压力为0.35、0.45、0.55 MPa时，膜片式脉冲阀对应的曲面面积都大于角式快开阀。在喷吹压力固定为0.35 MPa时，在脉冲宽度为200、250、300 ms时，膜片式脉冲阀对应最大压力峰值仍然都大于角式快开阀。另外，角式快开阀到达压力峰值的时间明显长于膜片式脉冲阀，更不利于清灰。可见，从最大压力峰值和到达压力峰值的时间分析，角式快开阀清灰性能不如膜片式脉冲阀。

2.3 喷吹管内压力随距离的变化

喷吹压力和脉冲宽度变化对喷吹管内压力的影响见图4。

图4 喷吹管内不同距离的压力

从图4可以看出，随着离气包中心的距离越远，喷吹管不同测点压力值整体呈下降趋势，但在测点9都出现喷吹压力局部突然增加，分析是由于测点9处于喷吹管尾部，当气流被滤袋尾部密封挡板阻挡后，造成局部气流紊乱，导致测点9处喷吹压力增加。在测点6或7小概率出现喷吹压力的明显增大，分析可能是因为气流的流动不均匀性所导致。

在脉冲宽度一定时，增加喷吹压力，可显著提高喷吹管压力，但在喷吹压力一定时，增加脉冲宽度，对喷吹管的压力几乎没有影响。另外，脉冲宽度固定200 ms时，在喷吹压力为0.35、0.45、0.55 MPa时，膜片式脉冲阀各测点的压力值都大于角式快开阀。在喷吹压力固定为0.35 MPa时，在脉冲宽度为200、250、300 ms时，膜片式脉冲阀各测点的压力值也都大于角式快开阀。可见，角式快开阀在喷吹管各点的清灰性能不如膜片式脉冲阀。

2.4 滤袋内正压力峰值的变化

喷吹压力和脉冲宽度的变化对袋内正压力峰值的影响见图5。

图5 袋内正压力峰值变化

从图5可以看出，对于2种阀门，在脉冲宽度一定时，增加喷吹压力，都可显著提高滤袋内正压力峰值，但在喷吹压力一定时，增加脉冲宽度，对滤袋内正压力峰值几乎都没有影响。同时，测点离滤袋口距离越远，正压力峰值逐渐变小，且在滤袋底部出现回升，分析是由于气流被滤袋底阻挡后，造成局部气流紊乱，压力增加。

另外，角式快开阀在滤袋内各测点的压力值均低于膜片式脉冲阀，滤袋内各测点的清灰性能不如膜片式脉冲阀，但角式快开阀各喷吹压力下产生的滤袋上最低压力峰值（0.17 kPa），高于按工程应用实例配置测得的最小压力峰值（纤维滤袋0.13 kPa），即在同等条件下，虽然角式快开阀在滤袋的喷吹效果不及膜片式脉冲阀，但仍可以满足预期的喷吹效果。

3 结论

1）在同等条件下，从喷吹量、最高压力峰值、到达最高压力峰值的时间、喷吹管内和滤袋内的压力值的变化来看，角式快开阀各项指标都不如膜片式脉冲阀，清灰性能不及膜片式脉冲阀，但角式快开阀在滤袋上最低压力峰值仍高于工程应用实测的最小压力峰值，可以满足相关实际使用要求。

2）不论角式快开阀还是膜片式脉冲阀，增加喷吹压力，可显著提高角式快开阀的正压力峰值、喷吹管压力、滤袋内正压力峰值等，可显著提高清灰效果；但仅依靠增加脉冲宽度，则对喷吹参数几乎没有影响。