棉花加工除尘器的发展与展望

■ 翟跃辉

〔新疆锦棉棉业股份有限公司，新疆奎屯 833200〕

棉花加工企业在生产中使用了大量的风机，这些风机产生的风力主要用于输送籽棉、皮棉、尘杂等。风力系统给棉花加工生产带来便捷的同时，也产生了排风时粉尘处理的难题。长期以来，棉花加工企业都以旋风除尘器为主，其具有制作简单、价格低廉、维护容易的优点，但除尘效率低、粉尘排放浓度高、纤维不能有效回收的缺点也一直困扰着棉花加工企业。目前，机采棉的主要的特点是含杂率高，机采棉比手摘棉在加工过程中增加了多次籽棉清理和皮棉清理工艺。机采棉生产线为了提高产量和效率基本上都是按15 t/h的产量配备的，它的风机数量、风量都比手摘棉生产线大得多。机采棉生产线主要的籽棉输送系统以高压风机为主，会产生大量的尘杂和粉尘，如果说手摘棉生产线使用旋风除尘器排放还能勉强合格，那么机采棉生产线所产生的粉尘则会明显超标。

一、旋风除尘器

车间内的籽棉、皮棉、尘杂通过风机输送，一般是在卸料器有密集网孔的尘笼上完成物料和风的分离，物料进入下一工序进行加工。这时完成输送作用后含有大量尘杂的风被风机排向旋风除尘器进行除尘。旋风除尘的原理是使含尘气流沿筒壁圆柱体高速旋转运动，利用离心力将尘粒从气流中分离，尘粒在重力作用下沿筒壁螺旋下降并汇集在底部，通过灰斗、翻板、避风器等装置将尘杂排出旋风除尘器。气流在旋风除尘器中到达锥体底部后转而向上，沿轴心向上旋转，经排杂后的较洁净气流由中部上升，从排出管排出除尘器。

旋风除尘器使用历史悠久，有多种形态，很多参数已经标准化。旋风除尘器进气的方式、速度、各个部件的尺寸比例等都影响着处理风量、效率、压力损失和除尘效果，其中除尘器直径、进气口尺寸、排气管直径为主要影响因素。过于强调除尘效果可能会导致压力损失大，对前端输送工作造成影响，在轧花工作中，管道内气流和物料始终是动态变化的。手摘棉的籽棉含杂少，生产线总风量较小，一直使用的是旋风除尘器（如图1所示）。旋风除尘器在棉花加工使用中还有很多根据需要进行的改进形式，例如，旋风除尘器下面建设有尘房暂时存放杂质的，有绞龙排杂的，有避风器排杂的，也有为增加降尘效果将旋风除尘器串联使用的。

图1 在棉花加工使用的旋风除尘器

早期内地轧花企业也有使用尘房和布袋除尘的，但远没有旋风除尘器普及。

二、单圆笼式除尘器

2000年前后，南疆阿拉尔地区有部分棉花加工企业使用了单圆笼式除尘器。其工作过程是风机将含尘空气排进圆笼式除尘器，先经过60目～80目的平网进行一级处理。平网将较大颗粒灰尘、棉叶等与气流分离，配置的旋转吸嘴能及时清理平网网面使过风通畅，与平网旋转吸嘴相连的风机将尘杂排进滤袋，气流回入机箱内，尘杂通过压实器或避风器排出本机。通过平网的气流进入圆笼室进行二级处理，圆笼绕中心轴转动，圆笼表面由大网孔薄钢板为基体，上面包覆的钢丝网目数越高，排出的空气过滤效果越好，但是目数太高会影响处理风量。经平网过滤后的气流透过圆笼上面包覆钢丝网再次进行除尘，洁净空气从圆笼轴向端部排出本机。与圆笼配套的设计有往复式吸嘴，能及时吸走圆笼表面灰尘保持圆笼表面的透气性。圆笼式除尘器圆笼包覆钢丝网的面积与处理风量成正比，若圆笼包覆钢丝网为100目，直径φ 2 m，长2 m的包覆钢丝网面积为12.56 m2，按参数计算能处理75 000 m3/h～150 000 m3/h的风量。在实际使用时由于尘笼表面的“尘挡尘”现象和其他不稳定因素，只能按处理40 000 m3/h～80 000 m3/h风量使用，这样一台圆笼式除尘器也就只能处理2台～3台的风机排风。相对于近20台风机的生产线将要配套很多台才能满足全线的除尘需求，为此单圆笼式除尘器处理风量不大、占地面积较大的缺点也较明显。

三、多圆笼式除尘器

在特定条件下，每种滤料过滤的风量是一定的，为了提高除尘器处理风量，最有效的办法是增加滤料面积。由于单圆笼式除尘器占地体积很大，再单纯地增加圆笼的直径和长度已经不现实，因此，为了弥补单圆笼式除尘器风量处理的不足，相关研究机构推出了多圆笼式除尘器。多圆笼式除尘器（详见图2）由4个小的圆笼组成，因为4个小的圆笼表面滤料展开总面积大于圆笼式除尘器，所以多圆笼式除尘器以较小的体积可以达到比单圆笼处理风量大的效果，同时多圆笼式除尘器还增加了有效纤维回收的功能。多圆笼式除尘器虽然比单圆笼式除尘器有一定进步，但相对于机采棉的高尘、高杂、高风量仍然显示出处理风和尘的能力不足，在棉花加工中没有得到普遍应用。

图2 多圆笼式除尘器

四、多层圆笼式除尘器

多层圆笼式除尘器在纺织上普遍使用（详见图3），一级使用了80目的不锈钢丝平网，平网上设置有旋转吸嘴清洁网面，保持透风。被初步过滤的空气进入二级滤尘室。由多个同圆心的长毛绒滤网组成的二级滤尘室是层层套在一起的，能在最小空间内最大程度地增加滤料的面积，从而处理更多的风量。长毛绒滤料以阻燃基布和长毛绒组成，对细微尘粒的捕捉能力更强，通过长毛绒滤料的空气含尘可小于1 mg/m3。多层圆笼式除尘器在每层之间都设置有吸管能及时吸走尘土，使长毛绒滤料保持通透以便持续工作。处理过的气体通过每两层之间的通道排出机体，尘杂通过布袋落入压实器排出机体。

图3 多层圆笼除尘器

在2016年前后，基于在内地棉花加工除尘取得的成功经验，有多个厂家将多层圆笼式除尘器进一步放大尺寸或层数，增加滤料面积用于新疆机采棉生产线（详见图4）。使用中发现了很多问题并逐步进行了改进：1.机采棉生产线中的高压风机多，对除尘器整体强度要求较高；2.机采棉生产线在轧花工作中连续加工，有的生产线24小时不停机，要求除尘器运转可靠性强；3.机采棉含杂质很大，对除尘器上的管路、风机磨损严重，当管路漏风和风机磨损严重时，除尘器失效；4.由于机采棉含杂质很大，除尘器不能迅速将其排出，易造成“堵车”；5.排出的尘土容易造成扬尘等二次污染。

图4 多层圆笼式机采棉加工除尘器

经过几年的摸索改进，大部分厂家在高压风机回风进除尘器前设置了沉降箱，使大杂提前降落，降低除尘器的压力。有的厂家在一级、二级尘室设置了绞龙，使沉降的杂质通过绞龙排出；对排出的尘土采取了进入除尘房防止二次扬尘的方式。目前多层圆笼式除尘器在南、北疆得到了广泛应用。多层圆笼式除尘器长毛绒滤网在北疆雨雪条件下容易板结导致失效，更换长毛绒滤网成本高、工作量大。长毛绒虽然是阻燃材料，但长时间工作后存有短绒和油分，一旦生产车间的火源进入就容易发生火灾事故，还需要进一步深入研究如何解决上述问题。

五、展望

随着人们环保意识的加强和环保法规的不断完善，降低棉花加工企业的排尘已经成为团场领导、职工的强烈意愿。近几年，棉机生产厂家加紧了研发进度，多款新型的棉花加工除尘器投入了使用。通过考察，笔者认为在机采棉生产线使用的除尘器还需在以下课题进一步进行研究：1.设备的稳定性方面，由于机采棉含杂率高，特别在南疆塔里木地区，籽棉含沙子较多，这些因素使设备快速磨损失效，因此在机采棉生产线中的除尘器最好降低机械结构的复杂性和精密性，提高硬度、强度和耐磨性；2.最近使用较广泛的多层圆笼式除尘器和滤袋式除尘器的滤材分别使用了长毛绒和锦纶材料，过滤性能很好，这些滤材虽然用的是阻燃材料，但在使用中有着火现象且着火速度很快，为此应联合滤料厂家研制更耐火的滤材，同时，应用已经成熟的火星探测技术，在火源进入除尘器后迅速报警并自动关闭风机等助燃因素，减少火灾隐患；3.机采棉回潮率大，特别是在北疆雨雪环境下，为保证皮棉质量和产量必须使用烘干设备，籽棉烘干后产生的湿热风排入滤袋除尘器中易黏附在滤袋上，影响滤袋的过风量且容易产生板结现象；4.滤袋材料由于单位面积处理风量不大，需要大量的滤袋来保证过滤面积，这样使滤袋式除尘器体积较大，增加了厂房配套设施的成本，制约了经济实力不足的企业和老企业改造。笔者建议进一步研究除尘机理，用造价低、寿命高、性能可靠的除尘产品满足棉花加工的需要。