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摘要：在濾袋脈沖除塵器清灰過程中，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。通過實(shí)驗(yàn)的方法對濾袋脈沖清灰過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，各國的工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展非常迅速，工業(yè)粉塵排放量逐步上升，對人體健康、大氣環(huán)境及運(yùn)行設(shè)備等都會產(chǎn)生直接或間接的影響。隨著社會不斷的進(jìn)步和人們環(huán)保意識的提高，電袋復(fù)合除塵器以其高效的除塵效率在很多工業(yè)部門得到了廣泛的應(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)，這些因素還會引起除塵效率的降低，而袋區(qū)除塵清灰效果的好壞會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，用于研究噴吹過程中的清灰效果。以實(shí)驗(yàn)臺為基礎(chǔ)，分析了濾袋脈沖噴吹清灰過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)裝置簡介

濾袋脈沖噴吹清灰實(shí)驗(yàn)臺根據(jù)工程實(shí)際應(yīng)用的濾袋長度按1：1全尺寸設(shè)計(jì)的作為超長濾袋脈沖噴吹清灰研究實(shí)驗(yàn)平臺，濾袋長度規(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)條件下通過該實(shí)驗(yàn)臺測試分析清灰性能，在實(shí)驗(yàn)過程中根據(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)格噴吹管分別對應(yīng)相應(yīng)口徑脈沖閥。

通過對國內(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)行噴吹測試，對以上各參數(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)均最優(yōu)的組合。

該實(shí)驗(yàn)平臺主要由實(shí)驗(yàn)臺模型本體、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程研究實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

采集系統(tǒng)將自動獲取相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，包括氣箱、儲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)各測量點(diǎn)壓力，以及自動計(jì)算標(biāo)況下噴吹耗氣量。

示意圖如圖1、圖2所示，旨在通過測試濾袋上的壓力峰值和最大反向加速度的分布，分析清灰效果最佳所允許的濾袋最大長度及噴吹濾袋的數(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濾袋噴吹實(shí)驗(yàn)通過安裝在儲氣罐、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，對脈沖噴吹實(shí)驗(yàn)臺進(jìn)行調(diào)整，換裝某品牌4寸脈沖閥和10m長直徑φ160mm濾袋，將14個(gè)噴嘴和各種數(shù)量噴嘴噴吹短管組合對接成28個(gè)噴嘴噴吹管，噴吹管總長度7313mm，直徑φ114mm。噴嘴長度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)的濾袋編號為1，沿噴吹管氣流方向?yàn)V袋編號依次為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)值見表格1。

2.2 噴吹管內(nèi)壓力分布

噴吹管內(nèi)壓力分布趨勢通過布置在噴吹管上的10個(gè)壓力傳感器測點(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10個(gè)測點(diǎn)的壓力曲線圖可得到以下數(shù)據(jù)和結(jié)論：

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、0.046s、0.048s、0.050s，從測點(diǎn)采集數(shù)據(jù)顯示壓力到達(dá)時(shí)間趨勢沿氣流方向呈線性逐漸增大。氣流從1號噴嘴移動到距離7000mm處的28號噴嘴耗時(shí)約22ms，通過計(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，從測點(diǎn)采集數(shù)據(jù)顯示壓力峰值到達(dá)時(shí)間趨勢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)過程中受壓縮反沖膨脹后，逐漸將動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，此時(shí)氣體沿著噴吹氣流反方向運(yùn)動。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)確的測量濾袋上的壓力分布狀況，首先在1號濾袋上較密集的開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(壓力最大值)、7815mm(壓力最小值)、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)測點(diǎn)，測點(diǎn)位置如圖4所示。

1號濾袋到28號濾袋分別在如圖4所示的離濾袋口455mm、2615mm、4165mm、7815mm、9165mm、9945mm位置布置測試點(diǎn)安裝壓力傳感器。實(shí)驗(yàn)得出：壓力峰值的最大值都出現(xiàn)在第1個(gè)測點(diǎn)處(距濾袋口455mm)，壓力峰值的最小值都出現(xiàn)在第4個(gè)測點(diǎn)處(距濾袋口7815mm)；從第1個(gè)測點(diǎn)到第4個(gè)測點(diǎn)，壓力峰值逐漸減小，從第4個(gè)測點(diǎn)到第6個(gè)測點(diǎn)，壓力峰值逐漸增大，因此從濾袋口至下，壓力越來越小，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基本是一致的，從第1號濾袋至第28號濾袋壓力值有增大趨勢，圖5為1號、28號濾袋壓力分布曲線對比圖，這和噴吹管上壓力分布沿氣流方向逐漸增大的趨勢是一致的。

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)到最小值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)臺模型，模擬與工程現(xiàn)場相同的工況下，測量了脈沖噴吹清灰過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)過程中受壓縮反沖膨脹后，逐漸將動能轉(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的位置壓力處于最低點(diǎn)，而不在最底部。