何西榮 李凌霄 吳濤 曹春 胡緒升

摘 要：金屬纖維作為一種耐高溫、耐酸堿腐蝕的材料，可用于制作濾袋結(jié)構(gòu)，并滿足特殊工況的爐窯除塵凈化要求。但金屬纖維濾袋除塵器技術(shù)目前尚處于初始研究階段，在工業(yè)煙氣除塵領(lǐng)域并無(wú)太多應(yīng)用，且缺乏對(duì)這一類除塵技術(shù)的機(jī)理性研究，尤其是缺少系統(tǒng)阻力特性對(duì)除塵器性能影響的探討。本文借助實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，研究分析了常規(guī)滌綸針刺氈濾袋與金屬纖維濾袋的空載阻力特性和加載阻力特性差異，以及金屬纖維濾袋的空載清灰阻力特性等，得出金屬纖維濾袋在除塵過(guò)程中的阻力變化規(guī)律，為金屬濾袋的推廣應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：金屬纖維濾袋;除塵領(lǐng)域;阻力特性

在工業(yè)煙氣除塵領(lǐng)域，為了滿足國(guó)家超低排放的要求，很多工業(yè)爐窯將原有的電除塵器更換為除塵效率高、性能穩(wěn)定的袋式除塵器[1]。傳統(tǒng)袋式除塵器對(duì)低溫、低酸堿度的煙氣除塵有很好的工程應(yīng)用，但由于濾袋材料的限制，當(dāng)長(zhǎng)期處于較高溫環(huán)境時(shí)，會(huì)影響濾袋的再生利用，同時(shí)出現(xiàn)燒袋和糊袋現(xiàn)象。因此高溫?zé)煔饣蚋g性煙氣除塵一直是環(huán)保除塵技術(shù)的攻關(guān)方向。

金屬纖維濾袋由不銹鋼材質(zhì)制備，具有耐高溫、耐酸堿腐蝕、高精度除塵、使用壽命長(zhǎng)等特性[2]。但由于金屬纖維濾袋在過(guò)濾粉塵過(guò)程中的阻力特性和脈沖清灰效果存在很多不確定因素，影響了其在工業(yè)煙氣除塵領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。

本研究對(duì)比分析了常規(guī)滌綸針刺氈濾袋與金屬纖維濾袋在空載阻力、加載阻力和空載清灰阻力等方面的差異，探究了金屬纖維濾袋在除塵和脈沖清灰過(guò)程中的阻力特性，為金屬濾袋的后續(xù)研究提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)裝置及方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

圖1為搭建的濾袋阻力特性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在引風(fēng)機(jī)作用下，由喂料機(jī)輸入到進(jìn)口管道內(nèi)的粉塵與氣流充分混合形成實(shí)驗(yàn)煙氣。煙氣流經(jīng)濾袋區(qū)時(shí)，通過(guò)碰撞、凝聚、過(guò)濾攔截等作用，實(shí)現(xiàn)濾袋對(duì)粉塵的捕集，過(guò)濾除塵后的清潔氣體則通過(guò)凈氣室、出口管道，最終從煙囪排出。濾袋區(qū)可交替更換使用滌綸針刺氈濾袋和金屬纖維濾袋。

1-喂料機(jī);2-進(jìn)口管道;3-采樣孔;4-除塵裝置進(jìn)口;5-壓力變送器;6-脈沖閥;7-凈氣室;8-濾袋區(qū);9-灰斗;10-引風(fēng)機(jī);11-煙囪引風(fēng)機(jī)最大風(fēng)量9800m3/h，全壓2500Pa;滌綸針刺氈濾袋（以下簡(jiǎn)稱“布袋”）66條（Φ160mm×1900mm×30條、Φ160mm×2100mm×36條），總過(guò)濾面積66.62m2;金屬纖維濾袋（以下簡(jiǎn)稱“金屬濾袋”）66條（Φ160mm×2000mm），總過(guò)濾面積66.35m2。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)選用的粉塵是1250目滑石粉，其物化性質(zhì)見(jiàn)表1。

分別使用布袋和金屬濾袋進(jìn)行阻力特性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，利用溫濕度計(jì)測(cè)試并記錄環(huán)境空氣溫度和濕度;利用嶗應(yīng)3012H自動(dòng)煙塵分析儀，在進(jìn)出口管道采樣孔通過(guò)采樣獲得動(dòng)壓、靜壓、采樣粉塵質(zhì)量等參數(shù)，并計(jì)算得出系統(tǒng)流量、煙氣含塵濃度，進(jìn)而得到除塵裝置的除塵效率[3，4];利用進(jìn)出口壓力變送器采集進(jìn)出口靜壓，相互印證數(shù)據(jù)。由于不同工況下采樣孔處的煙氣溫度相同（即環(huán)境溫度），且測(cè)點(diǎn)標(biāo)高相差不大，煙氣流速也基本相同（管道直徑一致），即系統(tǒng)動(dòng)壓基本相等。因此可將系統(tǒng)進(jìn)出口靜壓的差值看作為裝置本體阻力。

2 結(jié)果與討論

2.1 空載阻力特性

本文選用的風(fēng)機(jī)共4個(gè)風(fēng)門檔位，調(diào)節(jié)不同檔位時(shí)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量不同（1檔風(fēng)量最小，4檔風(fēng)量最大），同時(shí)還可通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)變頻器的頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)量的控制。在不同風(fēng)機(jī)檔位和變頻器頻率的工況下，通過(guò)觀察濾袋區(qū)使用布袋和金屬濾袋時(shí)的空載阻力特性曲線，可以看出：（1）金屬濾袋的阻力系數(shù)ζ（曲線斜率）小于布袋阻力系數(shù)ζ′;（2）隨著風(fēng)機(jī)頻率達(dá)到最高（對(duì)應(yīng)過(guò)濾風(fēng)速升高至2～2.3m3/m2·min），金屬濾袋與布袋的壓差基本相同。

這是由于金屬濾袋材質(zhì)較硬，在引風(fēng)機(jī)作用下，金屬濾袋表面雖然承受負(fù)壓，但金屬纖維所形成孔隙的變形較小;而布袋材質(zhì)較軟，滌綸纖維所形成孔隙受擠壓力的變形較大，導(dǎo)致透氣性變差。因此當(dāng)風(fēng)機(jī)頻率升高、負(fù)壓增大時(shí)，布袋阻力比金屬濾袋阻力升高更快，即空載狀態(tài)下布袋阻力系數(shù)高于金屬濾袋阻力系數(shù)，同時(shí)也反映出金屬濾袋比布袋的抵抗變形能力更強(qiáng)。

2.2 加載不清灰阻力特性

加載實(shí)驗(yàn)時(shí)，停止脈沖清灰，分別標(biāo)定布袋和金屬濾袋的過(guò)濾風(fēng)速為1.2m3/m2·min、1.6m3/m2·min和1.8m3/m2·min，并使用喂料機(jī)進(jìn)行持續(xù)均勻給料，保證入口粉塵濃度在15g/m3左右。同時(shí)利用花板上下的壓力變送器進(jìn)行壓力數(shù)據(jù)采集，并實(shí)時(shí)傳輸至DCS系統(tǒng)進(jìn)行記錄。實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間為1.5～2小時(shí)，各工況條件下的花板上下壓差變化情況見(jiàn)圖2。

由圖3可知，在加載不清灰工況下，花板壓差隨時(shí)間逐漸增大。其中，當(dāng)過(guò)濾風(fēng)速相同時(shí)，花板壓差在使用金屬濾袋比使用布袋時(shí)的上升速度更快，表現(xiàn)為金屬濾袋在捕集粉塵后的阻力變化比布袋更明顯。分析原因如下：

（1）在以往實(shí)驗(yàn)中，由于金屬濾袋材質(zhì)較硬，金屬纖維孔在正常脈沖清灰作用下的膨脹變形較小，一些超細(xì)粉塵不能被完全清除而殘留在濾袋，造成孔隙阻塞;布袋則由于材質(zhì)較軟，在正常清灰壓力作用下會(huì)有一定膨脹變形，孔隙內(nèi)的大部分超細(xì)粉塵可被清除;

（2）布袋的孔隙率比金屬濾袋高，當(dāng)粉塵在濾袋表面逐漸堆積時(shí)，金屬濾袋的孔隙更容易被封堵，布袋的孔隙則不易被封堵或者僅有部分被封堵。

綜上可知，金屬濾袋在粉塵堆積后的透氣性明顯變差，而布袋由于自身材質(zhì)結(jié)構(gòu)等原因，比金屬濾袋的透氣性好很多。

為了盡可能地排除其他影響因素，并將布袋和金屬濾袋的阻力特性進(jìn)行量化對(duì)比，本文重復(fù)進(jìn)行加載不清灰阻力特性實(shí)驗(yàn)，在結(jié)合給粉時(shí)間、給粉量并估算扣除管道內(nèi)沉積、灰斗內(nèi)自然沉降、以及殼體粘附的粉塵后，認(rèn)為喂料機(jī)添加的粉塵已基本全部到達(dá)濾袋表面，并由此得出除塵器花板上下壓差隨濾袋表面粉塵層厚度的變化曲線，如圖3所示。該圖可作為布袋和金屬濾袋在不同粉塵濃度和過(guò)濾風(fēng)速下，調(diào)整噴吹周期的參考依據(jù)。