袋式除尘器脉冲清灰性能研究

1  前言
　　袋式除尘器主要由壳体、滤袋、清灰机构和输灰系统组成。清灰系统的好坏直接关系到除尘器能否高效、安全、经济运行。近年来，不少科研单位，大专院校发表了很多有关脉冲袋式除尘器及其清灰方面的研究论文，开展了计算机数值模拟计算，提出了不少观点，对脉冲袋式除尘器清灰系统的设计帮助很大。但是在工程实际应用中脉冲袋式除尘器也出现了诸多问题，有的清灰效果不良，滤袋阻力大；有的清灰强度过大，损伤滤袋；有的清灰强度不匀均，影响清灰效果。人们开始探索脉冲清灰中各相关因素的影响关系。为此我们建立了脉冲喷吹试验台。

2  研究内容
　　在袋式除尘器运行过程中，其主要的运作过程是“过滤—清灰—过滤”的循环过程，可见要保证袋式除尘器的长期安全稳定运行，清灰过程至关重要，清灰的好坏直接关系到滤料的再生能力。袋式除尘器的清灰方式主要有气体回转反吹、机器震打、气体脉冲等几种，气体脉冲又是袋式除尘器中一种常见的清灰方式。在一个喷吹管直径、文氏管构造、喷吹孔径及孔数、滤袋长度和直径、喷嘴到花板距离已定的脉冲喷吹机构中，气包压力、脉冲时间、脉冲阀类型、气包容积、脉冲周期就成为影响脉冲喷吹袋式除尘器清灰性能好坏的主要因素。而上述几种因素综合起来就是反映了不同的喷吹气量，不同的喷吹气量决定了滤袋袋内喷吹压力和袋壁反向加速度的大小，也就决定了脉冲清灰力度的大小。但并不能单单用喷吹气量大小这个因素来衡量喷吹效果的好坏。在工程实际应用中影响喷吹效果好坏的应该是单位时间喷吹气量，其主要受气包压力、脉冲时间等几个因素的综合影响。单位时间喷吹气量就是指在一个气脉冲时间内脉冲阀所喷吹出来的气体量。
　　脉冲阀的喷吹气体量主要通过测量气包喷吹前后的压力和根据脉冲气体管道的全压、静压和动压的关系来得出动压，而动压又是速度的表征量，进而根据速度得出气体流量。对比这两种方法，根据气包喷吹前后的压力关系得出的气包耗气量较后者得出的准确。本实验在每次喷吹前就已经截断气包的供气管道，因而根据喷吹前后气包压力的值可以准确的得出气包耗气量，这个耗气量就是脉冲阀的喷吹气体量。
2.1  确定影响喷吹气量的影响因素
本实验用正交实验法来安排试验，试验中正交影响因素有以下四种：
A ：不同厂家的脉冲阀；
B ：不同大小的气包容积；
C ：不同大小的气包压力；
D ：不同长短的脉冲时间。
而每种因素又有不同的水平：
A ：不同厂家的脉冲阀（3″淹没式α阀、3″淹没式β阀）；
B ：不同大小的气包容积（650L、1000L）；
C ：不同大小的气包压力（0.2MPa、0.3 MPa、0.4 MPa、0.5 MPa）；
D ：不同长短的脉冲时间（60ms、80ms、100ms、120ms）。
从而这个试验是一个四因素不同水平的正交试验。
根据上述关系作出因素水平表格（表-1）。

表-1

根据上面的因素和水平选取合适的正交表格L16(42×29)，这是一个有4水平和2水平混合组成的正交表格（表-2）。

表-2

从上述分析中可以看出，其中气包压力是对喷吹耗气量影响最大的因素，而脉冲时间是影响最小的一个因素。对喷吹气量的影响的大小顺序是C—A—B—D。
2.2  相同气包压力不同脉冲时间对喷吹气量的影响
在工程实际应用中，通常调节脉冲气压和脉冲时间来选择合适的清灰力度。一般来说，脉冲气压大于3kg/cm2称为高压脉冲，小于3kg/cm2称为低压脉冲。脉冲气压的选择通常与物料性质、过滤风速、过滤浓度和滤料材质等因素有关。而脉冲时间的选择相对来说比较灵活，一般可在60～150ms之间来选择。下面就谈谈在相同脉冲压力下不同脉冲时间对喷吹气量的影响。以α阀为例，稳定气包压力在0.2Mpa，调节不同的脉冲时间进行喷吹试验，测得的数据如下（表-3）。

表-3

喷吹前气包压力相差不大，则可以近似的把喷吹前压力统一成200.77kPa。根据上述表格作出不同脉冲时间下喷吹过后的气包压力曲线图（图1），气包耗气量曲线图（图2）。

             
　　从图1可以看出，在不同的脉冲时间下（20＜t＜200），脉冲喷吹后气包内的压力可以近似的看做一条直线，这条直线可以表示成P后＝P＋tan（α）×t脉冲，其中的tan（α）和P跟气包容积、脉冲阀类型、气包压力有关。上面试验中tan（α）＝-0.21561，P＝183.009，将数值带入方程可得P后＝183.009－0.21561×t脉冲。根据方程可以算出不同脉冲时间喷吹后的气包压力。再通过气包耗气量计算公式Q＝（P1－P2）V/1000P0，可得出不同脉冲时间下的气包耗气量，也就是单阀单次在该脉冲时间下的喷吹气量。

式中：Q － 耗气量 L/次；P1 － 喷吹前气包压力Pa；P2 － 喷吹后气包压力Pa；V － 气包容积m3；P0 － 当地大气压Pa 

2.3  对两种不同的脉冲阀在同一压力不同脉冲时间下的对比
根据试验数据，在同一坐标系中作出二个阀在0.2MPa脉冲压力下，不同脉冲时间喷吹后的气包压力曲线图（图3）。对比两条曲线可以看出，两条曲线仍然可近似的表示成两条直线P后＝P＋tan（α）×t脉冲，而两条直线的tan（α）也近似的相等，所不同的是P的不同。P的不同主要是由于气脉冲时间不同，β阀喷吹后的气包压力明显小于α阀，喷吹后气包压力小，则可以说明气包耗气量上相对较高，这主要是初始P的影响。不能武断的用气包耗气量的大小来衡量阀的好坏，而应该拿他们的单位时间的气包耗气量来衡量阀的喷吹气量的优劣。根据气脉冲时间得出两种阀的单位时间的气包耗气量曲线图（图4）。

       
　　从图4可以知道，并不是脉冲时间越大越好，当脉冲时间在80ms左右的时候，脉冲阀单位时间喷吹量达到一个拐点，也就是出现一个峰值，而后随着脉冲时间的增加，阀的喷吹气量增加了，但阀的单位时间喷吹气量反而减小了，从一个角度说明并不是脉冲时间越长越好。脉冲时间的增加有双重效果，第一，阀的喷吹气量增加了；第二，阀的气脉冲时间也随之增加。喷吹气量的增加是一个线型增加，而气脉冲时间的增加则不是一个线型增加的过程，从而最终导致阀的单位时间的喷吹气量先增大再减小的一个过程。但从图4知道在10ms左右的单位时间喷吹气量要大于80ms左右的峰值单位喷吹气量，为什么一般不选用10ms进行喷吹呢？这就得从滤袋袋内喷吹压力和袋壁反向加速度曲线图上找答案。
根据试验数据，在同一坐标系中作出20ms、80ms和200ms三种脉冲时间在0.2MPa脉冲压力下的滤袋袋底加速度曲线图（图5）。
　　从图5可以知道，在很短的脉冲时间内滤袋还没有来得及出现最大反向加速度峰值时喷吹就已经结束。再从阀的角度进行分析可知，在10ms的脉冲时间内，阀的膜片还没有达到最大开度就已经收到电磁阀关闭的信号，从而膜片进入关闭状态。况且在小于20ms的时候喷吹气量是呈现一个指数关系，这时气脉冲时间还处于一个很小的值。这两方面综合影响从而导致单位时间喷吹气量的值大于80ms左右的峰值，这样的脉冲时间不能作为脉冲清灰的指标时间。从加速度曲线图上可以看出，70～120ms左右是最佳脉冲时间。
　　再由图可知，三条曲线之间相差不大，这就反过来验证了我们在正交试验中得出的结论，即脉冲时间对脉冲喷吹的影响是最小的一个因素。但可以看出80ms脉冲时间下的袋底加速度要稍稍大于其他两种的加速度，三种脉冲时间下的袋底加速度最大值见表-4。

表-4

　　从表-4我们可以看出，单位时间喷吹量大的80ms脉冲时间的袋底反向加速度要比其他两种脉冲时间得出的要大，最大反向加速度值出现时间在70ms，结束时间在120ms左右，这说明70～120ms脉冲时间是阀在0.2MPa脉冲压力下最佳脉冲时间。
　　再来看看滤袋内喷吹压力情况。根据试验数据作出脉冲压力为0.2MPa、脉冲时间为100ms的滤袋袋底压力曲线图（图6）。从图6可以看出，在50ms以前袋内压力基本为零，在80～150ms内袋底压力为最大，压力峰值出现在110ms左右。这也与上述袋壁加速度的分析是一致的。
　　在除尘器设计中我们应该要满足喷吹气量是所喷吹滤袋处理风量的2～3倍，这样脉冲喷吹才能满足清灰强度的要求。实际上脉冲气体通过喷吹管从喷口以高压高速的形式喷向滤袋，并且在喷吹过程中诱导数倍的气体喷向滤袋，迫使滤袋产生强大的冲击波，以清除滤袋上的尘饼。上述是我们选择最佳脉冲时间的前提。

3  分析总结
　　滤袋袋内喷吹压力和袋壁反向加速度是影响脉冲清灰力度的重要因素，我们在设计过程中不能想得到高的气体喷吹量而选择高的脉冲时间，而是必须考虑滤袋袋内压力和袋壁反向加速度峰值到达的时间。采用高的脉冲时间可以得到较高的气体喷吹量，却往往得不到更高效的清灰效果。高的脉冲时间不仅浪费气源气体量，而且使单位时间的清灰能力变差。从节约能源的角度上说低的脉冲时间可以节省气源气体，但低的脉冲时间却变相的增加了脉冲次数，也就是在单位时间内对滤袋喷吹的次数增多了，这样不利于滤袋寿命，同时气体消耗量也变相的增加。在工程实际应用中，我们合理选择脉冲时间对脉冲清灰和能源节约起到双重作用。试验证明，脉冲时间在60～150ms左右是合适的脉冲时间，这也与工程实际中一般选用100ms脉冲是相吻合的。