脈沖袋式除塵器清灰研究與分析

王玉鑫 宋嘉慧

（1、內蒙古平莊能源股份有限公司，內蒙古 赤峰024000 2、遼寧工程技術大學安全科學與工程學院，遼寧 阜新123000）

為響應國家“十三五”規劃，加大對粉塵控制力度的要求，不斷優化、創新除塵設備。在工業生產中大多會產生粉塵，這些粉塵都會不同程度影響工業生產與人體健康。粉塵中的呼吸性粉塵吸入肺部會使工作人員患塵肺病。對于塵肺病目前還不存在有效治療手段，且醫療費用高昂。細顆粒粉塵極易容易發生爆炸，不僅會造成人員大量傷亡、設備嚴重損壞，還會造成財產損失。相較于濕式除塵器需要大量的水資源，干式除塵器使用更加普及，而脈沖袋式除塵器是干式除塵器使用頻率最高的一種。近些年來，隨著化學工藝的發展，越來越多的纖維材料被開發出來，脈沖袋式除塵器的清灰效果也越來越好，應用也比之前更加廣泛。

1 脈沖袋式除塵器設計研究

脈沖噴吹袋式除塵器清灰效果突出，連續運行時間長，自動控制，操作方便。相較于濕式除塵器而言，不需要人員手動操作，它可以通過自動控制的方式進行工作，所以脈沖袋式除塵器的成本要比濕式除塵器低很多，可以節省大量的人工成本。在檢測維護方面，脈沖袋式除塵器相對于濕式除塵器也有較大的優勢，脈沖袋式除塵器在維護時不需要停止運行生產系統，可大大方便企業生產。

1.1 脈沖袋式除塵器設計原理

脈沖袋式除塵器主要利用壓縮外部空氣在極短的時間以一個比較快的速度進入濾筒內，高速氣流同時卷吸其周圍的空氣形成一個強烈的空氣擾動沖擊濾筒內部，濾筒內部的纖維材料受到沖擊而劇烈震動，其表面上的粉塵也隨之抖動脫落。脈沖噴吹清灰效果明顯，并且其噴吹強度和頻率都可隨時改動，能夠承受較高的過濾風速以及對應的阻力。由此可見，在相同的通風情況下，脈沖噴吹的效果優于其他方式。

脈沖袋式除塵器最重要的是清灰部分，清灰部分的優劣決定脈沖噴吹清灰效率的高低。脈沖袋式除塵器的清灰系統主要由電磁脈沖閥、氣包、噴吹管、噴嘴、脈沖控制儀等構成。在一定的脈沖間隔時間，當濾筒的內阻達到上限時便開始清灰，脈沖控制儀和脈沖閥開啟，氣包內的壓縮空氣經過脈沖閥、噴射管后，進入噴嘴高速噴出，噴射空氣在散射分流器的作用下將周圍的流體引入濾管，使濾管內發生劇烈沖擊從而實現灰分清潔。

1.2 脈沖袋式除塵器清灰機理

脈沖袋式除塵器的清灰過程通常都十分短暫，大約在0.1s-0.3s 之間，壓縮空氣的壓力一般在0.2MPa-0.7MPa 之間，其四周氣流流場復雜多變，國內外學者對脈沖袋式除塵器的清灰機理還沒有一個大家都能認同的理論。慣性理論支持者認為氣流在高壓下立即進入濾袋內，在濾袋自身的彈力作用下，在短時間內連續不斷地劇烈振動，獲得最大的反向加速度，并使其掉落。

脈沖袋式除塵器的清灰主要是確定噴吹周期和噴吹時間，是否停風噴吹。噴吹周期的長短由眾多因素確定，例如噴吹氣流的速度、周圍粉塵濃度的大小以及除塵器運行時受到的阻力等，其關系如表1 所示。脈沖袋式除塵器清灰時先將停風閥關閉，使含塵氣流先不能進入箱體，然后再將其所屬各脈沖閥依次開啟，進行噴吹清灰。上箱體的各凈氣通道由互補腔聯接，它呈箱形結構，中間是空腔，帶有與凈氣通道聯接的引射器和與脈沖閥聯接的噴吹出口，能從不處于噴吹狀態的凈氣通道引射二次氣流，以增強清灰效果。

表1 噴吹周期與過濾風速及入口粉塵質量濃度的相互關系

2 各因素影響清灰效果實驗

為了提高脈沖袋式除塵器清灰效率，需要對能夠影響清灰效率的因素進行分析，本文通過實驗對散射器、噴吹壓力、噴吹距離等對清灰效果的影響進行分析改進。

2.1 實驗儀器

首先搭建一個脈沖噴吹清灰的實驗臺。脈沖閥通常有4 種形式，分別為淹沒式、直通式、直角式、直角速連式。本次實驗使用直角式電磁脈沖閥，其氣流入口與氣流出口之間為90°，主要分為三部分，分別為膜片、電磁導頭、閥門箱體。脈沖噴吹控制儀輸出電信號控制電磁脈沖閥的閉合，決定是否使高速氣流進入濾筒內部進行清灰，保證整個系統是否能夠平穩的進行。脈沖噴吹控制儀發出一個連續電信號的時間被稱為脈沖寬度。本實驗脈沖噴吹控制儀采用QYJ 型無觸點脈沖控制儀。氣包安裝在電磁脈沖閥的下部，氣包底部安裝排污閥門，并定期的把裝置內的油污、粉塵等雜質排出，提高設備的運行效率。依據多年的經驗，進行噴吹時氣包內必須留有一定的氣體，不得低于原來壓力的30%。本實驗采用長1m 的噴吹管，管徑為23mm，噴吹孔徑為20mm，噴吹孔下安裝誘導噴嘴。本實驗主要采用圓形濾筒，長800mm，內徑為200mm，外徑為300mm。將濾筒側壁壓力峰值作為分析清灰作用的參考數據，使用壓力傳感器、數據采集器采集數據，并連接電腦記錄分析數據。

2.2 實驗步驟

此實驗分為五部分，改變噴吹距離、噴吹壓力、有無散射器等比較清灰效率，分析它們的變化對脈沖袋式除塵器清灰的影響。

首先安裝噴吹管，使噴吹管保持水平。然后安裝濾筒，確保噴吹管內的氣流能夠正對進入濾筒內。接著連接壓力傳感器、數據采集器，確定噴吹距離與散射器高度。之后開啟空壓機、冷干機為系統供氣，調節氣包壓力。最后開啟數據采集器與電磁脈沖閥進行實驗，記錄濾筒側壁各測點壓力數值。

2.3 實驗結果與分析

為研究方便，在濾筒側壁方向取4 個測點，從測點1 到測點4 分別距離濾筒頂部為100mm、300mm、500mm、700mm。將QYJ型無觸點脈沖控制儀的脈沖寬度設定為80ms，選定噴吹管的管徑為23mm，噴吹孔徑為20mm。

為探究安不安裝散射器對脈沖清灰的影響，設定噴吹距離為160mm，噴吹壓力為0.5MPa，濾筒側壁壓力峰值如表2 所示。從圖表中可以明顯的看出，有散射器時濾筒側壁壓力峰值變化較平穩，而沒有散射器時濾筒側壁壓力變化起伏較大，說明安裝散射器有助于脈沖袋式除塵器的清灰。

表2 有無散射器時壓力峰值

為探究噴吹壓力對脈沖清灰的影響，在安裝散射器的情況下，設定噴吹距離為160mm，通過調節氣包來改變噴吹壓力，將噴吹壓力變為0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa，觀察比較不同壓力下濾筒側壁壓力峰值的變化。通過采集數據得到濾筒側壁壓力峰值數據如表3 所示。從表3 中可以明顯的觀察到，當噴吹壓力從0.3MPa 提高到0.5MPa，濾筒側壁壓力峰值均明顯增加，增幅為200Pa 左右。表明提高噴吹壓力能夠有效的增強脈沖袋式除塵器的除塵效率。這是因為噴吹壓力越大，進入濾筒內的氣流沖擊也越大，濾筒上的固體顆粒也更加容易離開纖維表面。

表3 不同噴吹壓力時濾筒側壁壓力峰值

為探究噴吹距離遠近對脈沖清灰的影響，在安裝散射器的情況下，設定噴吹壓力為0.5MPa，將噴吹距離變為140mm、160mm、180mm，觀察比較不同噴吹距離下濾筒側壁壓力峰值的變化。通過采集數據得到濾筒側壁壓力峰值數據如表4 所示。從圖表中可以明顯的看出，隨著噴吹距離的增加，濾筒側壁壓力峰值的變化起伏越來越平穩，濾筒側壁壓力峰值的數值也明顯降低，表明噴吹距離越大，對脈沖袋式除塵器清灰效果影響越小，這是因為噴吹距離越大，噴吹氣流在到達濾筒的過程中損失也越大，對濾筒側壁壓力峰值的影響越小。

表4 不同噴吹距離時濾筒側壁壓力峰值

3 結論

隨著國家對環保問題和安全問題的重視，粉塵污染問題越來越得到重視，各種除塵設備也越來越優化。脈沖袋式除塵器憑借性價比高、除塵效果好越來越受到企業的青睞。脈沖袋式除塵器最關鍵的技術便是清灰，提高脈沖袋式除塵器清灰技術成為研究發展的重點。本文通過實驗研究分析了散射器、噴吹壓力與噴吹距離對脈沖袋式除塵器清灰的影響，僅希望此研究內容可以為以后的脈沖袋式除塵器的發展優化提供一定的理論基礎。