□ 王中醫(yī) □ 姜 鵬 □ 李 勇 □ 白學(xué)會(huì) □ 王 兵

1.青島科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院 山東青島 266061

2.軟控股份有限公司 山東青島 266042

1 研究背景

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,人民生活逐漸富裕,公眾的環(huán)保意識(shí)逐漸增強(qiáng),現(xiàn)代化工業(yè)的生產(chǎn)方式已經(jīng)發(fā)生轉(zhuǎn)變,粉塵造成的污染問(wèn)題得到重視。治理工業(yè)生產(chǎn)的粉塵問(wèn)題,不但可以改善生產(chǎn)車(chē)間的空氣環(huán)境質(zhì)量,保障工人的身體健康,提高工作效率,而且可以保證生產(chǎn)的安全有序進(jìn)行。

自19世紀(jì)80年代起獲得廣泛應(yīng)用的袋式除塵器是一種使用纖維材料過(guò)濾布將氣體中的粉塵過(guò)濾去除的設(shè)備。袋式除塵器與其它輔助設(shè)備相結(jié)合,可以去除氣體中的有毒有害物質(zhì),在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。袋式除塵器的除塵原理為含塵氣流通過(guò)濾袋纖維時(shí)產(chǎn)生篩濾、碰撞、鉤住、擴(kuò)散、重力、靜電等多方面共同作用,使含塵氣流經(jīng)過(guò)除塵器時(shí)粉塵滯留在濾袋表面,進(jìn)而使含塵氣體得到凈化,凈化效率可達(dá)99.5%以上。影響袋式除塵器除塵效果的因素有很多,包括濾袋濾料性能、過(guò)濾速度、工作條件、清理方式等。

對(duì)于袋式除塵器的排放標(biāo)準(zhǔn),不同行業(yè)有不同要求。關(guān)于粉煤灰的排放標(biāo)準(zhǔn),從一開(kāi)始的150 mg/Nm3提高到后來(lái)的100 mg/Nm3、50 mg/Nm3,至今有個(gè)別企業(yè)已全面控制在36 mg/Nm3以下。關(guān)于橡膠工業(yè)炭黑粉塵排放標(biāo)準(zhǔn),原為18 mg/Nm3,目前要求老企業(yè)為12 mg/Nm3,新企業(yè)為10 mg/Nm3。不同的國(guó)家,排放標(biāo)準(zhǔn)也不相同,一些歐洲國(guó)家甚至要求炭黑粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到5 mg/Nm3。對(duì)于炭黑粉塵達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)小于8 mg/Nm3要求,世界著名除塵公司唐納森無(wú)錫工廠建議采用兩級(jí)過(guò)濾,第一級(jí)采用脈沖濾筒,第二級(jí)采用高效空氣過(guò)濾膜保護(hù),濾材和箱體制作組裝必須完全進(jìn)口,這說(shuō)明國(guó)產(chǎn)除塵裝置與國(guó)際高端產(chǎn)品還存在較大的差距。

筆者通過(guò)研究圓形濾袋與扁形濾袋兩種濾袋形式袋式除塵器之間的差異,分析過(guò)濾速度、過(guò)濾面積、袋間氣流速度等參數(shù)的影響,確認(rèn)兩種濾袋形式袋式除塵器的除塵效果。與袋式除塵器相配套,筆者還設(shè)計(jì)了脈沖清灰裝置。

2 袋式除塵器分析

2.1 基本情況

選取同一濾料材質(zhì),以及相等的濾袋表面積進(jìn)行圓形濾袋與扁形濾袋袋式除塵器相關(guān)參數(shù)對(duì)比,見(jiàn)表1。在空間尺寸為1 000 mm×1 000 mm×1 300 mm的空間范圍內(nèi),袋式除塵器內(nèi)部垂直布滿圓形濾袋與扁形濾袋,布置方式如圖1所示。圓形濾袋直徑為135 mm,高為1 300 mm。扁形濾袋長(zhǎng)為185 mm,寬為30 mm,高為1 300 mm。單一圓形濾袋與單一扁形濾袋表面積相等,即過(guò)濾面積相等,外形尺寸如圖2所示。圓形濾袋需豎直安裝，需要較大的維修空間。如果水平或傾斜安裝，那么由于過(guò)濾的粉塵在重力作用下落在濾袋上，會(huì)造成實(shí)際過(guò)濾面積減小。扁形濾袋可豎直或水平安裝，水平安裝時(shí)長(zhǎng)邊上下布置,過(guò)濾的粉塵在重力作用下落在濾袋上，實(shí)際過(guò)濾面積減小的程度小于圓形濾袋。

表1 袋式除塵器參數(shù)對(duì)比

2.2 選用

分析圓形濾袋和扁形濾袋的設(shè)計(jì)參數(shù)，將扁形濾袋與圓形濾袋分別安裝在1 000 mm×1 000 mm×1 300 mm的矩形空間中,圓形濾袋安裝的數(shù)量為16個(gè),全部濾袋的總表面積為8.8 m2,扁形濾袋安裝的數(shù)量為32個(gè),全部濾袋的總表面積為17.6 m2。在相同空間條件下,扁形濾袋安裝數(shù)量是圓形濾袋安裝數(shù)量的2倍,扁形濾袋總表面積也是圓形濾袋總表面積的2倍。

袋式除塵器的過(guò)濾總面積A為：

▲圖1 袋式除塵器布置形式

▲圖2 濾袋外形尺寸

A=(Q+QL)/V

(1)

式中：Q為需要過(guò)濾的氣體流量，m3/min；QL為系統(tǒng)的漏風(fēng)量，m3/min；V為過(guò)濾速度，m/min。

可見(jiàn)，扁形濾袋的布置比圓形濾袋緊湊,在總面積相等的條件下,扁形濾袋布置的數(shù)量可以比圓形濾袋少很多,設(shè)備體積也將大大減小。扁形濾袋在袋式除塵器上的應(yīng)用,極大提升了除塵設(shè)施的空間利用率,減小了除塵設(shè)施的占地面積,與采用圓形濾袋袋式除塵器相比,更具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)[2]。

2.3 氣流上升速度與過(guò)濾速度

在處理氣體流量為23 m3/min的條件下,圓形濾袋間氣流流通面積為0.772 m2,氣流通過(guò)濾袋間最大上升速度為0.49 m/s;扁形濾袋間氣流流通面積為0.827 m2,氣流通過(guò)濾袋間最大上升速度為0.46 m/s。

過(guò)濾速度Vf為：

Vf=Q/S

(2)

式中：Q為通過(guò)濾料的風(fēng)量,m3/min;S為濾料的面積,m2。

過(guò)濾速度與氣流通過(guò)濾袋間最大上升速度是衡量袋式除塵器處理氣體能力的兩個(gè)重要技術(shù)指標(biāo),對(duì)粉塵的捕集效率和處理風(fēng)量有明顯影響。選取合理的過(guò)濾速度,可以最大程度發(fā)揮經(jīng)濟(jì)性作用。

過(guò)濾速度通常根據(jù)粉塵性質(zhì)、需要的過(guò)濾效率和清灰方式選擇,慢的過(guò)濾速度使阻力減小,效率升高,但是會(huì)加大設(shè)備體積,費(fèi)用高?？斓倪^(guò)濾速度可以減小設(shè)備尺寸,降低費(fèi)用,會(huì)使阻力和濾袋負(fù)荷增大,降低過(guò)濾效率,縮短濾袋使用壽命。較快的過(guò)濾速度還會(huì)加速粉塵層的形成,縮短清灰的時(shí)間間隔。因此,通常在允許的條件下選擇較慢的過(guò)濾速度,使阻力減小,提高過(guò)濾效率,延長(zhǎng)清灰間隔時(shí)間和濾袋壽命。扁形濾袋的過(guò)濾速度要慢于圓形濾袋，這對(duì)于減小阻力、提高過(guò)濾效率、延長(zhǎng)清灰間隔時(shí)間和濾袋壽命有明顯的作用。

氣流通過(guò)濾袋間最大上升速度一指標(biāo)非常重要,特別是袋式除塵器內(nèi)堆積密度小的粉塵顆粒,氣流通過(guò)濾袋間最大上升速度快于0.5 m/s,清灰過(guò)程中豎直下落的粉塵在向上氣流的作用下無(wú)法落入灰斗,會(huì)在濾袋間上下翻滾，造成濾袋阻力增大。一旦風(fēng)機(jī)停止工作,收集的粉塵會(huì)突然下落。對(duì)于質(zhì)量較輕的粉塵,如粉狀白炭黑和噴霧炭黑,其堆積密度一般為每立方米幾十千克,需要大的袋間距或者采用大過(guò)濾面積的除塵器。氣流上升速度對(duì)袋式除塵器的影響如圖3所示。

▲圖3 氣流上升速度對(duì)袋式除塵器的影響

為了避免氣流上升速度不均勻,可以采用上進(jìn)風(fēng)方式,使袋間氣流方向和粉塵下落方向一致，如圖4所示。也可以采用側(cè)進(jìn)風(fēng)方式,減慢濾筒或者濾袋最下端袋間最大氣流上升速度,避免清灰下落的粉塵受到向上的氣力再次揚(yáng)起。

▲圖4 上進(jìn)風(fēng)形式

2.4 安裝方式

長(zhǎng)度為1 300 mm、表面積為17.6 m2的扁形濾袋內(nèi)部總?cè)萘繛?.225 m3,而要達(dá)到相等的濾袋表面積，圓形濾袋長(zhǎng)度需改為2 600 mm,此時(shí)圓形濾袋內(nèi)部總?cè)萘繛?.593 m3?？梢钥闯觯嗟鹊臑V袋過(guò)濾表面積,扁形濾袋內(nèi)部總?cè)萘窟h(yuǎn)小于圓形濾袋的內(nèi)部總?cè)萘?。?duì)于外濾式濾袋而言,濾袋內(nèi)部空間僅提供過(guò)濾后的干凈氣體流動(dòng),與粉塵沒(méi)有關(guān)系,這部分空間應(yīng)該盡量小。在相等過(guò)濾表面積的條件下,圓形濾袋直徑越大,內(nèi)部總?cè)萘吭酱?在氣流上升速度相同的條件下,需要的除塵設(shè)備體積越大。橢圓形濾袋如圖5所示，其內(nèi)部總?cè)萘枯^小。扁形濾袋內(nèi)部總?cè)萘孔钚?。?nèi)部總?cè)萘啃?意味著設(shè)備總尺寸小,安裝空間小。

▲圖5 橢圓形濾袋

扁形濾袋既可以豎直安裝,也可以水平安裝,而圓形濾袋大多為豎直安裝。圓形濾袋傾斜或水平安裝,會(huì)造成上部濾袋清灰時(shí)粉塵落到相鄰下部濾袋上表面,使該部分始終處于粉塵覆蓋狀態(tài),減小了有效過(guò)濾面積。扁形濾袋水平安裝,采用水平抽拉換袋,可以節(jié)約安裝空間,適用于多種工業(yè)場(chǎng)合。

3 脈沖清灰裝置的設(shè)計(jì)

袋式除塵器工作時(shí),含塵氣流通過(guò)濾袋纖維時(shí)產(chǎn)生篩濾、碰撞、鉤住、擴(kuò)散、重力、靜電等多種作用,使含塵氣流經(jīng)過(guò)除塵器時(shí)粉塵滯留在濾袋表面,并逐漸堆積,形成粉塵初層。粉塵初層形成后起主要過(guò)濾作用。隨著工作時(shí)間的增加,袋式除塵器效率會(huì)逐漸降低,此時(shí)需要對(duì)袋式除塵器進(jìn)行清灰操作,清灰時(shí)不應(yīng)破壞粉塵初層。

脈沖清灰裝置具有性能穩(wěn)定、清灰效率高、維護(hù)運(yùn)行成本較低等優(yōu)點(diǎn)。筆者設(shè)計(jì)了一種新型脈沖清灰裝置,由電磁脈沖隔膜閥、噴射管、帶噴嘴的支撐籃、開(kāi)槽板、帶密封的濾袋等組成,結(jié)構(gòu)如圖6所示。開(kāi)槽板將工作室分隔為清潔室與臟氣室,臟氣室為濾袋所在的工作室。夾板將濾袋密封在開(kāi)槽板上,濾袋上方固定有帶噴嘴的支撐籃，通過(guò)管道與噴射管相連。噴射管與電磁脈沖隔膜閥連接,壓縮空氣通過(guò)電磁脈沖隔膜閥進(jìn)入裝置。

濾袋連接如圖7所示。

▲圖6 脈沖清灰裝置結(jié)構(gòu)

▲圖7 濾袋連接

電磁脈沖隔膜閥從右至左編號(hào)依次為1號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、2號(hào),其中,與奇數(shù)號(hào)電磁脈沖隔膜閥連接的噴射管位于右側(cè),同時(shí)關(guān)閉與打開(kāi);與偶數(shù)號(hào)電磁脈沖隔膜閥連接的噴射管位于左側(cè),同時(shí)關(guān)閉與打開(kāi)。與1號(hào)和3號(hào)電磁脈沖隔膜閥連接的噴射管之間互不連通。每個(gè)電磁脈沖隔膜閥負(fù)責(zé)不相鄰兩列濾袋的清灰作業(yè),以1號(hào)與2號(hào)電磁脈沖隔膜閥為例進(jìn)行說(shuō)明。清灰作業(yè)時(shí),1號(hào)電磁脈沖隔膜閥打開(kāi),壓縮氣體通過(guò)噴射管對(duì)不相鄰兩列濾袋進(jìn)行清灰,同時(shí)2號(hào)電磁脈沖隔膜閥處于關(guān)閉狀態(tài)。待1號(hào)電磁脈沖隔膜閥清灰結(jié)束后,1號(hào)電磁脈沖隔膜閥關(guān)閉,2號(hào)電磁脈沖隔膜閥打開(kāi),進(jìn)行清灰作業(yè)。

扁形濾袋的密封依靠帶噴嘴的支撐籃壓緊固定,密封可靠,可以做到無(wú)泄漏。采用一個(gè)大規(guī)格的電磁脈沖隔膜閥噴吹多排濾袋,可以減少脈沖隔膜閥的使用數(shù)量,從而使除塵器故障點(diǎn)減少。

4 結(jié)束語(yǔ)

在同樣空間內(nèi),扁形濾袋布置的數(shù)量比圓形濾袋多,且扁形濾袋的布置比圓形濾袋緊湊,設(shè)備體積大大減小。橢圓形濾袋、扁形濾袋在袋式除塵器上的應(yīng)用,極大提高了除塵設(shè)施的空間利用率,并減小了除塵設(shè)施的占地面積。

扁形濾袋的過(guò)濾風(fēng)速低于圓形濾袋，受到更小的工作阻力,除塵效率較圓形濾袋高。扁形濾袋清灰的間隔時(shí)間較圓形濾袋長(zhǎng),濾袋的使用壽命更長(zhǎng)。扁形濾袋既可以豎直安裝,也可以水平安裝,相比圓形濾袋采用豎直安裝方式，更能適用于各種不同的工作場(chǎng)合。綜上所述，相同尺寸的扁形濾袋除塵器與圓形濾袋除塵器相比,具有更多的濾袋數(shù)量、更大的過(guò)濾面積、較低的空間利用率、較慢的過(guò)濾速度,安裝方式也更加靈活。

扁形濾袋袋式除塵器運(yùn)行阻力小,清灰裝置可以采用大規(guī)格脈沖隔膜閥噴吹多排多條濾袋,減少閥門(mén)數(shù)量。與圓形濾袋袋式除塵器相比,扁形濾袋袋式除塵器更具有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì),是今后袋式除塵器的發(fā)展方向。