在濾袋脈沖清灰過(guò)程中，粉塵脫落主要是由于濾袋上粉塵層的變形而引起的。在整個(gè)清灰機(jī)理中脈沖噴吹形成的濾袋壓力是主要清灰機(jī)制。脈沖噴吹時(shí)，濾袋由袋口至袋底連續(xù)出現(xiàn)膨脹變形，壓力峰值從濾袋口到濾袋底部依次出現(xiàn)，并且出現(xiàn)的先后隨濾袋部位的變化而有所不同。通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)濾袋脈沖清灰過(guò)程噴吹管和濾袋上的壓力進(jìn)行研究，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析其變化規(guī)律，供設(shè)計(jì)參考。

關(guān)鍵詞：袋式除塵器；脈沖噴吹；壓力分布；壓力峰值；濾袋

引言

近年來(lái)，各國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展非常迅速，工業(yè)粉塵排放量逐步上升，對(duì)人體健康、大氣環(huán)境及運(yùn)行設(shè)備等都會(huì)產(chǎn)生直接或間接的影響。隨著社會(huì)不斷的進(jìn)步和人們環(huán)保意識(shí)的提高，電袋復(fù)合除塵器以其有效的除塵效率在很多工業(yè)部門(mén)得到了廣泛的應(yīng)用。在袋區(qū)中，濾袋壽命、運(yùn)行阻力是除塵器的重要性能指標(biāo)，這些因素還會(huì)引起除塵效率的降低，而袋區(qū)除塵清灰效果的好壞會(huì)直接影響到濾袋壽命和運(yùn)行阻力。隨著除塵技術(shù)的發(fā)展，各種清灰方式的優(yōu)勝劣汰，目前使用較多的清灰方式為反吹風(fēng)清灰和脈沖噴吹清灰，脈沖噴吹清灰以強(qiáng)清灰能力、高過(guò)濾速度和低運(yùn)行阻力在電力、水泥、冶金等行業(yè)得到了更廣泛的應(yīng)用。

目前研究清灰效果的方法主要有兩類，一類是實(shí)驗(yàn)方法，一種是計(jì)算機(jī)模擬。近些年計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展為計(jì)算機(jī)模擬提供了方便，但計(jì)算機(jī)模擬也是建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的，且實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)更具有可信性。搭建脈沖噴吹實(shí)驗(yàn)臺(tái)，用于研究噴吹過(guò)程中的清灰效果。以實(shí)驗(yàn)臺(tái)為基礎(chǔ)，分析了濾袋脈沖噴吹清灰過(guò)程中噴吹管和濾袋上的壓力分布以及濾袋內(nèi)的壓力峰值等參數(shù)的變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果既可以用于計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬參考，同時(shí)對(duì)電袋復(fù)合除塵器袋區(qū)清灰裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)際應(yīng)用起到參考和指導(dǎo)作用。

1 實(shí)驗(yàn)裝置

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)介

濾袋脈沖噴吹清灰實(shí)驗(yàn)臺(tái)根據(jù)工程實(shí)際應(yīng)用的濾袋長(zhǎng)度按1：1全尺寸設(shè)計(jì)的作為超長(zhǎng)濾袋脈沖噴吹清灰研究實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，濾袋長(zhǎng)度規(guī)格為8m~10m，直徑為φ160mm，噴吹管直徑分為φ89mm、φ108mm、φ114mm三種規(guī)格，設(shè)計(jì)為分段法蘭連接的可調(diào)節(jié)式，行噴吹濾袋數(shù)量可以在14~35區(qū)間按實(shí)驗(yàn)條件實(shí)際需要進(jìn)行選擇。在不同規(guī)格、參數(shù)、結(jié)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)條件下通過(guò)該實(shí)驗(yàn)臺(tái)測(cè)試分析清灰性能，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中根據(jù)噴吹濾袋數(shù)量選擇相適應(yīng)的噴吹管組合安裝，不同規(guī)格噴吹管分別對(duì)應(yīng)相應(yīng)口徑脈沖閥。

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外工程上常用各種品牌、規(guī)格口徑的脈沖閥 (3寸、3.5寸、4寸、5寸)設(shè)定100ms、150ms、200ms脈沖閥導(dǎo)通時(shí)間以及0.25MPa、0.3MPa、0.35MPa、0.4MPa、0.45MPa、0.5MPa的噴吹壓力進(jìn)行噴吹測(cè)試，對(duì)以上各參數(shù)組合匹配采集分析相關(guān)數(shù)據(jù)，尋找各項(xiàng)綜合性能指標(biāo)均*優(yōu)的組合。

該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要由實(shí)驗(yàn)臺(tái)模型本體、壓力傳感器、加速度傳感器、空壓機(jī)、低壓控制柜、中控機(jī)和計(jì)算機(jī)采樣遠(yuǎn)程控制技術(shù)組成，建立了一套遠(yuǎn)程終端控制的濾袋脈沖噴吹清灰過(guò)程研究實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

采集系統(tǒng)將自動(dòng)獲取相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，包括氣箱、儲(chǔ)氣罐噴吹前后的壓力和溫度、大氣壓力、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、噴吹管內(nèi)和濾袋內(nèi)各測(cè)量點(diǎn)壓力，以及自動(dòng)計(jì)算標(biāo)況下噴吹耗氣量。

示意圖如圖1、圖2所示，旨在通過(guò)測(cè)試濾袋上的壓力峰值和*大反向加速度的分布，分析清灰效果*佳所允許的濾袋*大長(zhǎng)度及噴吹濾袋的數(shù)量，應(yīng)用于工程實(shí)際指導(dǎo)，從而節(jié)約成本、減少占地面積，提高電袋復(fù)合除塵器的整體性能。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法與工況

本次實(shí)驗(yàn)是在噴吹管上布置10個(gè)壓力傳感器，濾袋上布置6個(gè)壓力傳感器，在相同工況下脈沖閥對(duì)濾袋噴吹實(shí)驗(yàn)通過(guò)安裝在儲(chǔ)氣罐、氣箱、噴吹管、濾袋上的傳感器全面獲得噴吹量、噴吹管內(nèi)壓力分布、濾袋內(nèi)壓力分布等數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算機(jī)軟件處理后獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果，每次采集10組數(shù)據(jù)計(jì)平均值。

根據(jù)工況要求，對(duì)脈沖噴吹實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行調(diào)整，換裝某品牌4寸脈沖閥和10m長(zhǎng)直徑φ160mm濾袋，將14個(gè)噴嘴和各種數(shù)量噴嘴噴吹短管組合對(duì)接成28個(gè)噴嘴噴吹管，噴吹管總長(zhǎng)度7313mm，直徑φ114mm。噴嘴長(zhǎng)度50mm，直徑φ26mm，在噴吹管和第1~28條濾袋上布置壓力傳感器，靠近脈沖閥一側(cè)的濾袋編號(hào)為1，沿噴吹管氣流方向?yàn)V袋編號(hào)依次為2到28。各參數(shù)設(shè)定值：脈沖寬度150ms、噴吹壓力0.35MPa，采樣時(shí)間1s，其中噴嘴兩側(cè)開(kāi)孔，作用是誘導(dǎo)引射噴嘴外面的空氣，提高清灰效果。

2 噴吹量及壓力分布研究

2.1 噴吹壓力與噴吹量關(guān)系的測(cè)試

下面以某品牌4寸脈沖閥，噴吹管直徑為φ114mm條件下，在脈沖閥導(dǎo)通時(shí)間設(shè)定為150ms時(shí)為例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其他參數(shù)條件不變的情況下，測(cè)量了噴吹壓力0.25~0.5MPa區(qū)間脈沖閥噴吹所消耗的壓縮空氣體積，實(shí)驗(yàn)得出：噴吹量與噴吹壓力呈線性關(guān)系，具體數(shù)值見(jiàn)表格1。

表1 某品牌4寸脈沖閥在脈沖寬度為150ms各噴吹壓力下壓縮空氣的噴吹量

2.2 噴吹管內(nèi)壓力分布

噴吹管內(nèi)壓力分布趨勢(shì)通過(guò)布置在噴吹管上的10個(gè)壓力傳感器測(cè)點(diǎn)獲得，位置布置如圖3所示，實(shí)心箭頭所指位置為傳感器安裝位置，傳感器安裝與噴嘴同心。

依照實(shí)驗(yàn)工況，采集10組數(shù)據(jù)求平均值作為參考數(shù)據(jù)，如圖3布置通過(guò)10個(gè)測(cè)點(diǎn)的壓力曲線圖可得到以下數(shù)據(jù)和結(jié)論

圖3 傳感器位置布置示意圖

氣流壓力值抵達(dá)各采集點(diǎn)用時(shí)依次為0.029s、0.030s、0.031s、0.032s、0.036s、0.042s、0.044s、0.046s0.048s、0.050s，從測(cè)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)顯示壓力到達(dá)時(shí)間趨勢(shì)沿氣流方向呈線性逐漸增大。氣流從1號(hào)噴嘴移動(dòng)到距離7000mm處的28號(hào)噴嘴耗時(shí)約22ms，通過(guò)計(jì)算氣流平均速度約320m/s左右。

氣流壓力峰值抵達(dá)各采集點(diǎn)用時(shí)依次為0.084s、0.083s、0.082s、0.078s、0.072s、0.067s、0.065s、0.063s、0.061s、0.059s，從測(cè)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)顯示壓力峰值到達(dá)時(shí)間趨勢(shì)沿氣流方向逐漸減小。氣體進(jìn)入噴吹管后高速射流，瞬間抵達(dá)尾部，在氣流從氣箱流向噴吹管尾部的整個(gè)過(guò)程中受壓縮反沖膨脹后，逐漸將動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ埽藭r(shí)氣體沿著噴吹氣流反方向運(yùn)動(dòng)。膨脹氣體從尾部返回到第1個(gè)噴嘴所耗時(shí)約22ms。

采集點(diǎn)氣流壓力峰值依次為0.181MPa、0.184MPa、0.186MPa、0.190MPa、0.193MPa、0.197MPa、0.199MPa、0.201MPa、0.206MPa、0.211MPa，從測(cè)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)顯示壓力峰值沿氣流方向呈線性逐漸上升。受噴吹管尾部封板影響28個(gè)噴嘴處的氣流壓力峰值沿氣流方向逐漸增大。第28個(gè)噴嘴與第1個(gè)噴嘴的壓力峰值比較差值約+0.023MPa左右。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明靠近噴吹管尾部其對(duì)應(yīng)的濾袋清灰力度較大。

2.3 濾袋內(nèi)壓力峰值分布

在實(shí)驗(yàn)初期，為了能更準(zhǔn)確的測(cè)量濾袋上的壓力分布狀況，首先在1號(hào)濾袋上較密集的開(kāi)40個(gè)孔用于安裝壓力傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，找出了壓力峰值曲線的3個(gè)拐點(diǎn)分別為到濾袋口距離455mm處(壓力*大值)、7815mm(壓力*小值)、9945mm(濾袋底部壓力上升為較大值)，在這3個(gè)拐點(diǎn)基礎(chǔ)上，在濾袋上分布6個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)位置如圖4所示。

圖4 10m濾袋測(cè)點(diǎn)位置示意圖(mm)

1號(hào)濾袋到28號(hào)濾袋分別在如圖4所示的離濾袋口455mm、2615mm、4165mm、7815mm、9165mm、9945mm位置布置測(cè)試點(diǎn)安裝壓力傳感器。實(shí)驗(yàn)得出：壓力峰值的*大值都出現(xiàn)在第1個(gè)測(cè)點(diǎn)處(距濾袋口455mm)，壓力峰值的*小值都出現(xiàn)在第4個(gè)測(cè)點(diǎn)處(距濾袋口7815mm)；從第1個(gè)測(cè)點(diǎn)到第4個(gè)測(cè)點(diǎn)，壓力峰值逐漸減小，從第4個(gè)測(cè)點(diǎn)到第6個(gè)測(cè)點(diǎn)，壓力峰值逐漸增大，因此從濾袋口至下，壓力越來(lái)越小，直到底部，氣體積壓，壓力略微上升。28個(gè)濾袋上形成的壓力分布整體趨勢(shì)基本是一致的，從第1號(hào)濾袋至第28號(hào)濾袋壓力值有增大趨勢(shì)，圖5為1號(hào)、28號(hào)濾袋壓力分布曲線對(duì)比圖，這和噴吹管上壓力分布沿氣流方向逐漸增大的趨勢(shì)是一致的。

圖5 1號(hào)袋、28號(hào)袋壓力分布對(duì)比

分析數(shù)據(jù)和曲線可知，在距濾袋口400~2600mm處，脈沖氣流速度比較大，充分膨脹，此處的壓力變化非常劇烈，壓力峰值較大，大約在3.5~12kPa之間。距濾袋口2600mm至濾袋底部處，脈沖氣流逐漸衰減，壓力峰值逐漸減小，壓力峰值為1.2~3.5kPa，壓力變化比較緩慢，在7815mm附近達(dá)到*小值1.2~1.8kPa，由于到達(dá)濾袋底部的氣體受壓迫并反沖，7815mm之后壓力開(kāi)始上升，至濾袋底部時(shí)壓力值為1.9~2.1kPa，此處的脈沖氣流速度很小，壓力雖然有所上升，但壓力曲線變化已非常平緩了。因此通常采用壓力峰值在濾袋上、中、下部的分布狀況來(lái)判斷濾袋的清灰效果的好壞。

3 結(jié)論

(1) 借助于現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)臺(tái)模型，模擬與工程現(xiàn)場(chǎng)相同的工況下，測(cè)量了脈沖噴吹清灰過(guò)程中噴吹管和濾袋上的壓力變化規(guī)律，可以指導(dǎo)計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬。

(2)氣體進(jìn)入噴吹管后高速射流，瞬間抵達(dá)尾部，在氣流從氣箱流向噴吹管尾部的整個(gè)過(guò)程中受壓縮反沖膨脹后，逐漸將動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ埽蛎洑怏w由噴嘴高速射出，誘導(dǎo)周圍空氣形成射流氣流到達(dá)濾袋，在濾袋內(nèi)形成徑向反吹氣流進(jìn)行清灰。

(3) 沿氣流方向噴吹管上測(cè)點(diǎn)壓力值由近端到遠(yuǎn)端逐漸上升變大，而濾袋上壓力值曲線趨勢(shì)同樣出現(xiàn)相似規(guī)律。

(4) 壓力峰值由袋口至袋底依次出現(xiàn)，濾袋內(nèi)外壓差急劇變化，使得原本吸附在濾袋表面的粉塵層脫落。位于濾袋口的上部位置壓力大，清灰力度大，隨著脈沖氣流逐漸衰減，壓力也隨之減小。因氣體在濾袋底部受壓迫并反沖，因此在距離濾袋底部大約2200mm的位置壓力處于*低點(diǎn)，而不在*底部。