袋式除塵器脈沖清灰性能研究

1  前言
　　袋式除塵器主要由殼體、濾袋、清灰機構和輸灰系統(tǒng)組成。清灰系統(tǒng)的好壞直接關系到除塵器能否高效、安全、經濟運行。近年來，不少科研單位，大專院校發(fā)表了很多有關脈沖袋式除塵器及其清灰方面的研究論文，開展了計算機數值模擬計算，提出了不少觀點，對脈沖袋式除塵器清灰系統(tǒng)的設計幫助很大。但是在工程實際應用中脈沖袋式除塵器也出現了諸多問題，有的清灰效果不良，濾袋阻力大；有的清灰強度過大，損傷濾袋；有的清灰強度不勻均，影響清灰效果。人們開始探索脈沖清灰中各相關因素的影響關系。為此我們建立了脈沖噴吹試驗臺。

2  研究內容
　　在袋式除塵器運行過程中，其主要的運作過程是“過濾—清灰—過濾”的循環(huán)過程，可見要保證袋式除塵器的長期安全穩(wěn)定運行，清灰過程至關重要，清灰的好壞直接關系到濾料的再生能力。袋式除塵器的清灰方式主要有氣體回轉反吹、機器震打、氣體脈沖等幾種，氣體脈沖又是袋式除塵器中一種常見的清灰方式。在一個噴吹管直徑、文氏管構造、噴吹孔徑及孔數、濾袋長度和直徑、噴嘴到花板距離已定的脈沖噴吹機構中，氣包壓力、脈沖時間、脈沖閥類型、氣包容積、脈沖周期就成為影響脈沖噴吹袋式除塵器清灰性能好壞的主要因素。而上述幾種因素綜合起來就是反映了不同的噴吹氣量，不同的噴吹氣量決定了濾袋袋內噴吹壓力和袋壁反向加速度的大小，也就決定了脈沖清灰力度的大小。但并不能單單用噴吹氣量大小這個因素來衡量噴吹效果的好壞。在工程實際應用中影響噴吹效果好壞的應該是單位時間噴吹氣量，其主要受氣包壓力、脈沖時間等幾個因素的綜合影響。單位時間噴吹氣量就是指在一個氣脈沖時間內脈沖閥所噴吹出來的氣體量。
　　脈沖閥的噴吹氣體量主要通過測量氣包噴吹前后的壓力和根據脈沖氣體管道的全壓、靜壓和動壓的關系來得出動壓，而動壓又是速度的表征量，進而根據速度得出氣體流量。對比這兩種方法，根據氣包噴吹前后的壓力關系得出的氣包耗氣量較后者得出的準確。本實驗在每次噴吹前就已經截斷氣包的供氣管道，因而根據噴吹前后氣包壓力的值可以準確的得出氣包耗氣量，這個耗氣量就是脈沖閥的噴吹氣體量。
2.1  確定影響噴吹氣量的影響因素
本實驗用正交實驗法來安排試驗，試驗中正交影響因素有以下四種：
A ：不同廠家的脈沖閥；
B ：不同大小的氣包容積；
C ：不同大小的氣包壓力；
D ：不同長短的脈沖時間。
而每種因素又有不同的水平：
A ：不同廠家的脈沖閥（3″淹沒式α閥、3″淹沒式β閥）；
B ：不同大小的氣包容積（650L、1000L）；
C ：不同大小的氣包壓力（0.2MPa、0.3 MPa、0.4 MPa、0.5 MPa）；
D ：不同長短的脈沖時間（60ms、80ms、100ms、120ms）。
從而這個試驗是一個四因素不同水平的正交試驗。
根據上述關系作出因素水平表格（表-1）。

表-1

根據上面的因素和水平選取合適的正交表格L16(42×29)，這是一個有4水平和2水平混合組成的正交表格（表-2）。

表-2

從上述分析中可以看出，其中氣包壓力是對噴吹耗氣量影響最大的因素，而脈沖時間是影響最小的一個因素。對噴吹氣量的影響的大小順序是C—A—B—D。
2.2  相同氣包壓力不同脈沖時間對噴吹氣量的影響
在工程實際應用中，通常調節(jié)脈沖氣壓和脈沖時間來選擇合適的清灰力度。一般來說，脈沖氣壓大于3kg/cm2稱為高壓脈沖，小于3kg/cm2稱為低壓脈沖。脈沖氣壓的選擇通常與物料性質、過濾風速、過濾濃度和濾料材質等因素有關。而脈沖時間的選擇相對來說比較靈活，一般可在60～150ms之間來選擇。下面就談談在相同脈沖壓力下不同脈沖時間對噴吹氣量的影響。以α閥為例，穩(wěn)定氣包壓力在0.2Mpa，調節(jié)不同的脈沖時間進行噴吹試驗，測得的數據如下（表-3）。

表-3

噴吹前氣包壓力相差不大，則可以近似的把噴吹前壓力統(tǒng)一成200.77kPa。根據上述表格作出不同脈沖時間下噴吹過后的氣包壓力曲線圖（圖1），氣包耗氣量曲線圖（圖2）。

             
　　從圖1可以看出，在不同的脈沖時間下（20＜t＜200），脈沖噴吹后氣包內的壓力可以近似的看做一條直線，這條直線可以表示成P后＝P＋tan（α）×t脈沖，其中的tan（α）和P跟氣包容積、脈沖閥類型、氣包壓力有關。上面試驗中tan（α）＝-0.21561，P＝183.009，將數值帶入方程可得P后＝183.009－0.21561×t脈沖。根據方程可以算出不同脈沖時間噴吹后的氣包壓力。再通過氣包耗氣量計算公式Q＝（P1－P2）V/1000P0，可得出不同脈沖時間下的氣包耗氣量，也就是單閥單次在該脈沖時間下的噴吹氣量。

式中：Q － 耗氣量 L/次；P1 － 噴吹前氣包壓力Pa；P2 － 噴吹后氣包壓力Pa；V － 氣包容積m3；P0 － 當地大氣壓Pa 

2.3  對兩種不同的脈沖閥在同一壓力不同脈沖時間下的對比
根據試驗數據，在同一坐標系中作出二個閥在0.2MPa脈沖壓力下，不同脈沖時間噴吹后的氣包壓力曲線圖（圖3）。對比兩條曲線可以看出，兩條曲線仍然可近似的表示成兩條直線P后＝P＋tan（α）×t脈沖，而兩條直線的tan（α）也近似的相等，所不同的是P的不同。P的不同主要是由于氣脈沖時間不同，β閥噴吹后的氣包壓力明顯小于α閥，噴吹后氣包壓力小，則可以說明氣包耗氣量上相對較高，這主要是初始P的影響。不能武斷的用氣包耗氣量的大小來衡量閥的好壞，而應該拿他們的單位時間的氣包耗氣量來衡量閥的噴吹氣量的優(yōu)劣。根據氣脈沖時間得出兩種閥的單位時間的氣包耗氣量曲線圖（圖4）。

       
　　從圖4可以知道，并不是脈沖時間越大越好，當脈沖時間在80ms左右的時候，脈沖閥單位時間噴吹量達到一個拐點，也就是出現一個峰值，而后隨著脈沖時間的增加，閥的噴吹氣量增加了，但閥的單位時間噴吹氣量反而減小了，從一個角度說明并不是脈沖時間越長越好。脈沖時間的增加有雙重效果，第一，閥的噴吹氣量增加了；第二，閥的氣脈沖時間也隨之增加。噴吹氣量的增加是一個線型增加，而氣脈沖時間的增加則不是一個線型增加的過程，從而最終導致閥的單位時間的噴吹氣量先增大再減小的一個過程。但從圖4知道在10ms左右的單位時間噴吹氣量要大于80ms左右的峰值單位噴吹氣量，為什么一般不選用10ms進行噴吹呢？這就得從濾袋袋內噴吹壓力和袋壁反向加速度曲線圖上找答案。
根據試驗數據，在同一坐標系中作出20ms、80ms和200ms三種脈沖時間在0.2MPa脈沖壓力下的濾袋袋底加速度曲線圖（圖5）。
　　從圖5可以知道，在很短的脈沖時間內濾袋還沒有來得及出現最大反向加速度峰值時噴吹就已經結束。再從閥的角度進行分析可知，在10ms的脈沖時間內，閥的膜片還沒有達到最大開度就已經收到電磁閥關閉的信號，從而膜片進入關閉狀態(tài)。況且在小于20ms的時候噴吹氣量是呈現一個指數關系，這時氣脈沖時間還處于一個很小的值。這兩方面綜合影響從而導致單位時間噴吹氣量的值大于80ms左右的峰值，這樣的脈沖時間不能作為脈沖清灰的指標時間。從加速度曲線圖上可以看出，70～120ms左右是最佳脈沖時間。
　　再由圖可知，三條曲線之間相差不大，這就反過來驗證了我們在正交試驗中得出的結論，即脈沖時間對脈沖噴吹的影響是最小的一個因素。但可以看出80ms脈沖時間下的袋底加速度要稍稍大于其他兩種的加速度，三種脈沖時間下的袋底加速度最大值見表-4。

表-4

　　從表-4我們可以看出，單位時間噴吹量大的80ms脈沖時間的袋底反向加速度要比其他兩種脈沖時間得出的要大，最大反向加速度值出現時間在70ms，結束時間在120ms左右，這說明70～120ms脈沖時間是閥在0.2MPa脈沖壓力下最佳脈沖時間。
　　再來看看濾袋內噴吹壓力情況。根據試驗數據作出脈沖壓力為0.2MPa、脈沖時間為100ms的濾袋袋底壓力曲線圖（圖6）。從圖6可以看出，在50ms以前袋內壓力基本為零，在80～150ms內袋底壓力為最大，壓力峰值出現在110ms左右。這也與上述袋壁加速度的分析是一致的。
　　在除塵器設計中我們應該要滿足噴吹氣量是所噴吹濾袋處理風量的2～3倍，這樣脈沖噴吹才能滿足清灰強度的要求。實際上脈沖氣體通過噴吹管從噴口以高壓高速的形式噴向濾袋，并且在噴吹過程中誘導數倍的氣體噴向濾袋，迫使濾袋產生強大的沖擊波，以清除濾袋上的塵餅。上述是我們選擇最佳脈沖時間的前提。

3  分析總結
　　濾袋袋內噴吹壓力和袋壁反向加速度是影響脈沖清灰力度的重要因素，我們在設計過程中不能想得到高的氣體噴吹量而選擇高的脈沖時間，而是必須考慮濾袋袋內壓力和袋壁反向加速度峰值到達的時間。采用高的脈沖時間可以得到較高的氣體噴吹量，卻往往得不到更高效的清灰效果。高的脈沖時間不僅浪費氣源氣體量，而且使單位時間的清灰能力變差。從節(jié)約能源的角度上說低的脈沖時間可以節(jié)省氣源氣體，但低的脈沖時間卻變相的增加了脈沖次數，也就是在單位時間內對濾袋噴吹的次數增多了，這樣不利于濾袋壽命，同時氣體消耗量也變相的增加。在工程實際應用中，我們合理選擇脈沖時間對脈沖清灰和能源節(jié)約起到雙重作用。試驗證明，脈沖時間在60～150ms左右是合適的脈沖時間，這也與工程實際中一般選用100ms脈沖是相吻合的。