脉冲袋除尘器清灰机理及技术分析

- 1 - 脉喷袋除尘器清灰机理及技术分析脉喷袋除尘器清灰机理及技术分析

作者： 徐平安 合肥水泥研究设计院

来源：中国水泥技术网 【摘 要】 分析了脉喷袋式除尘器的工作原理和清灰机理，分析比较了“离线清灰”技术和“在线清灰” 技术、“高压脉喷清灰”和“低压脉喷清灰”，及喷吹机构使用文丘里管对除尘器性能的影响，介绍了通过喷吹孔的不同孔径分布达到均衡清灰动能的效果。 【关键词】脉喷袋除尘器 清灰机理 喷吹机构 袋式除尘器按其清灰方式通常分为机械振动清灰、反吹清灰（含大气反吹清灰和负压反吸清灰）、气箱脉冲清灰、环隙脉喷清灰、中心脉喷清灰等几种形式。其中机械振动清灰、反吹清灰属于低能清灰，而气箱脉冲清灰和脉喷清灰属于高能清灰。一台高性能的袋式除尘器既要有高效的除尘效率，又要有较低的运行和维护成本，即除尘器的运行阻力低，清灰对滤袋的破坏性小。近几年来，基于中心脉喷清灰技术的袋式除尘器已成为国内袋式除尘器（尤其大型袋式除尘器）的主导产品。 1．中心脉喷袋式除尘器的清灰机理 中心脉喷袋式除尘器通常由净气室、箱体、灰斗及锁风卸灰装置、喷吹气路系统、均风风道、分室切换阀（离线清灰除尘器）、控制系统等组成。 中心脉喷袋式除尘器工作原理如图1所示。 喷吹清灰气路系统的作用是：当滤袋表面粉尘聚集到一定量，造成滤袋阻力增大时，对袋室内的滤袋逐行（排）进行清灰，使滤袋表面粉尘脱落后重新恢复其过滤性能。分室切换提升阀的作用是：当某一袋室离线清灰时,将该袋室与除尘器其他袋室隔离起来，在线清灰袋除尘器不需配切换提升阀。而灰斗及锁风卸灰阀的功能是：在确保系统不漏风的情况下，将除尘器收集的粉尘排出。

图1 在线清灰袋式除尘器工作原理图 - 2 -

由于该类脉喷袋式除尘器清灰时，通过喷吹孔或喷嘴喷出的清灰气源及其诱导而产生的气流是由滤袋的袋口中心进入滤袋的，与环隙喷吹（通过环隙喷嘴喷出的清灰气源及其诱导的气流由滤袋口内周边进入滤袋清灰）相对，我们称之为中心脉喷。该类喷吹系统的喷吹孔是开在喷吹管上，清灰时一只脉冲阀控制一根脉冲管下的一行（排）滤袋同时清灰，所以又称为行脉喷。 其工作程序为：含尘气体通过风道进行预除尘后，经除尘器灰斗进入袋室（在线清灰型，含尘气体可直接进入灰斗；分室离线清灰型由蝶阀及进风管进入除尘器灰斗），粉尘滞留于滤袋外表面（即外滤式），过滤后的干净气体由滤袋内经过袋口至净气室、除尘器出口排入大气。为使设备的阻力不超过某一特定值，除尘器每隔一定时间或当除尘器的阻力达到一定值时，清灰气体经脉冲阀产生气流脉冲，使气包内压缩空气由净气室内喷吹管孔（或喷嘴）喷出产生清灰气源，清灰气源诱导净气室内经过滤后的干净气体产生数倍于清灰气源（一次气流）的清灰气流（二次气流）进入滤袋，使滤袋在瞬间急剧膨胀，由于很大张力的作用产生强烈的冲击振动，在变形运动过程中，滤袋获得了最大反向加速度又开始向内收缩返回成自由的正常状态，准备继续投入下一轮过滤周期。在这个过程中，使粉尘脱落的因素有： ①喷吹气流的的反向作用破坏了吸附在滤袋上的粉尘层在过滤时吸附力和重力的平衡，使粉

尘脱落； ②附着在滤袋表面的粉尘层不受张力的作用，滤袋在膨胀和收缩的过程中产生的惯性使粉尘在重力的作用下产生脱落，滤袋膨胀到极限位置时的最大反向加速度越大，惯性也越大，清灰效果越好； ③喷吹逆向气流可以使部分滤袋表面粘附力小的粉尘粒子吹落。 研究认为，滤袋内的压力峰值﹑压力上升速率﹑最大反向加速度是衡量清灰效果三项指标。 压力峰值是指脉冲喷吹瞬间脉喷装置喷出的清灰气流产生的最大压力； 压力上升速率是指喷吹时滤袋内某点压力峰值与压力从零上升到峰值所经历时间的比值； 最大加速度是指脉冲喷吹瞬间滤袋内某点的“对象”产生的重力加速度的最高倍数。所谓滤袋膨胀到极限位置时的最大反向加速度是指脉冲喷吹时滤袋膨胀到极限位置由于滤袋张力作用而产生的最大反向加速度。 在脉冲喷吹过程中，其最大压力峰值出现在滤袋上半部的某一点而并非袋口，袋口附近为引流区，压力峰值反而很低，随着清灰气流由袋口逐步进入到袋底，最大压力峰值也由袋口的最低快速变为最高，然后逐步变小，到袋底变为较低，袋底压力峰值是设计袋除尘器的控制目标值，其大小要以保证袋底清灰干净而不产生过量冲击为宜；最大反向加速度出现的时间是先到袋口，后到袋底。 - 3 -

2“离线清灰”和“在线清灰”的比较 2.1 “在线清灰”特点: ⑴除尘器内部是一个大气室，气流分布均匀，所有滤袋所承受的过滤负荷平均，有利于延长滤袋寿命。 ⑵所有滤袋同时参与过滤，有效过滤面积最大，钢耗低，设备成本低。 ⑶除尘器阻力基本稳定，不会因除尘器清灰使阻力波动、而对系统产生影响。 ⑷除尘器设备结构简单，省去隔离阀门，可动部件少，控制简单，故障率低。 ⑸清灰时有“二次吸附”现象发生，清灰能耗较大。 ⑹必须在停机状态下检查或更换滤袋。 2.2“离线清灰”特点： ⑴除尘器内部被分成若干气室，气流由进风管进入袋室，由于清灰时气室与系统脱离，滤袋所承受的过滤负荷常有变化，不利于延长滤袋的寿命。 ⑵可动部件较多，控制较复杂。 ⑶清灰袋室不参与过滤，有效过滤面积小于总过滤面积，设备成本较高。 ⑷设备结构比较复杂，可动部分较多，故障率比“离线清灰”高。 ⑸清灰时袋室停止工作，无“二次吸附”现象发生。 ⑹每个袋室都安装入口隔离截止阀，可通过入口和出口隔离阀门将其中任一袋室与除尘器隔离开来，可实现除尘器正常工作时(即在线)检查或更换滤袋。 2.3结论： ⑴在清灰周期及其它参数不变的前提下，由于“在线清灰”要克服过滤气流的阻力，因此须提高清灰气流动能才能获得“离线清灰”同样的清灰效果。 ⑵通过除尘器参数的调整（如调高喷吹气源压力等），可以使“离线清灰”与“在线清灰”达到基本相同的清灰效果。 ⑶在除尘器袋室数量较少，过滤风速不高（<1.0m/min）的工况下，推荐使用“在线清灰”袋式除尘器。 3“高压脉喷清灰”和“低压脉喷清灰”比较 脉冲喷吹袋式除尘器按照其清灰气源压力的高低将其分为“高压脉喷清灰”和“低压脉喷清灰”两类或者分为“高压脉喷清灰”﹑“中压脉喷清灰”和“低压脉喷清灰”三类。为阐述的方便，我们不妨先将其分为“高压脉喷清灰”（>0.4MPa）和“低压脉喷清灰”（<0.4MPa）两类。 （1）与“低压脉喷清灰”相比，“高压脉喷清灰”的使用更为广泛，这是由于： ①高压清灰用较少量的气源诱导喷嘴周围较多的干净气体形成清灰气流，对滤袋实现较大的清灰动能，节约气源用气量，气路的阻力对气源动能损耗小，设备运行费用低；特别是高温脉喷袋除尘器清灰时气源诱导的是经过滤后的干净高温气体，有利于设备抗结露。 ②与低压清灰相比，高压清灰喷吹系统所用的气包容积小﹑管道和喷吹管的直径也小，喷吹系统及气路的钢耗低；同时由于喷吹系统在设备顶部，采用高压清灰不仅降低设备整体钢耗，还降低了设备重心，大大减轻了设备钢结构支腿的负担。 ③工厂常用除尘器所用压缩空气压力范围为0.4～0.8Mpa，便于气路统一管理等。 （2）通过对脉喷清灰机理分析，可得出如下结论： ①“高压脉喷”与“低压脉喷”对滤袋的影响相同。因为大量的清灰气体是靠气源诱导后形成气流进入滤袋清灰，只不过高压气源动能大用气量少，低压气源动能小用气源量多。如果参数设置不合理，“高压脉喷”同样有可能清灰动能不足，“低压脉喷” 也有可能清灰动能过量，对滤袋产生过量冲击。 ②设备加工及安装精度对滤袋的影响并非“高压脉喷”大，“低压脉喷”小。如果袋笼不直，喷吹孔加工误差过大，喷吹管安装偏离，造成清灰气流不是由袋中心对准袋底而是对准滤袋侧 - 4 -

面冲击，不管“高压脉喷”还是“低压脉喷”，对滤袋的影响都基本相同。 （3）喷吹气源压力与除尘器喷吹系统形式、喷吹管的长度、脉冲阀口径、喷吹时间、滤袋口径、滤袋长度、每个脉冲阀所所需清灰滤袋的数量等参数相关。在实际使用过程中，用户可调的参数仅仅为喷吹气源压力和清灰周期，其他参数都是不可调的，当除尘器的滤袋阻力在使用一段时间逐渐增高后，现场可通过把气包压力逐渐提高，保持除尘器的阻力在设计值之内。 （4）通常是按照气包气源压力来给脉喷袋除尘器分类，而实际对除尘器清灰性能指标影响的是喷吹机构出口的压力。普通的喷吹机构（配普通直角式脉冲阀）仅脉冲阀的压力损失就达0.2~0.3Mpa，在这种情况下，高压脉喷气源的喷吹机构最终的清灰效果与配低阻的喷吹机构低压脉喷袋除尘器相同，甚至还要差。一台好的脉喷袋除尘器必须配好的喷吹机构，而好的喷吹机构要配低阻的直通式脉冲阀，同时尽量要降低喷吹机构中每一部件的阻力。因此，我们不能简单地下结论是“高压脉喷”好还是“低压脉喷”好，我们只能说配低阻喷吹机构的袋式除尘器好，当然，对配低阻喷吹机构小型袋式除尘器而言，由于每只脉冲阀负责清灰的滤袋面积小，因此不需要高压气源，否则会对滤袋过冲击，大型袋式除尘器每只脉冲阀负责清灰的滤袋面积大，用低压气源后清灰动能根本不能满足要求。总之，袋式除尘器清灰用气源的高低或调节范围是根据现场条件﹑工况﹑喷吹机构各部件的参数来确定的，除气包的耐压和储气量外，脉冲阀和滤袋等过滤系统并无高低压之分，使用时气源在不大的范围可调即可，人为将袋式除尘器分成“高压脉喷清灰”﹑“中压脉喷清灰”和“低压脉喷清灰”的意义并不是很大。 4喷吹引流文丘里管使用与否的影响 喷吹清灰机构分无引流喷嘴无文丘里管，有引流喷嘴无文丘里管和有引流喷嘴有文丘里管三种组合，而文丘里管的安装方式有安装于花板下袋笼内的埋入式和选用锥形文丘里管安装于花板上的两种形式。同一实验台内四种方案的喷吹系统清灰效果如图2所示。 图2 四种喷吹方案清灰效果 从文丘里管的结构我们可看出，文丘里管是一个缩放管，不管采用哪种安装形式，文丘里管都应具有下述两个作用： ①促使气源与诱导气流的能量交换。当气流通过文丘里管喉部时气流速度最高，气流呈强烈的紊流运动，这样可使喷嘴喷出的压缩气体与其诱导的气流充分混合，交换能量，使清灰气流动能分布均匀。 ②均匀分布并传递清灰动能。文丘里管出口的扩散作用将已充分混合和能量交换的清灰气流均匀分布并传递到圆型滤袋的周边，使滤袋的清灰动能均匀分布，有利于延长滤袋寿命。 从图2所示的四种喷吹方案图中可看出，无文丘里管的两种方案在清灰时滤袋上部约400mm为引流区，清灰效果差，袋口引流区过滤效果差，滤袋内气流压力分布为中间大，周边小，不利于清灰气流与滤袋的动能均匀传递；方案3虽浪费了文丘里管长度的滤袋，但能保证清灰气流与滤袋的动能均匀传递；方案4是最理想的组合方案，清灰效果最佳，不浪费滤袋的过滤面积，其最大的缺点是：增大了除尘器净气室的高度，因而增大了设备体积，增加了设备的钢耗。 而无论以何种形式安装文丘里管，也都具有以下的负面影响： ① 增加了设备的阻力。过滤后的干净气体经过文丘里管缩小的口径引出时使系统阻力有所增加，单条滤袋的过滤面积越大，或过滤风速越高，阻力越大。因此，文丘里管的使用对大型袋式除尘器阻力的增加更为明显。 ② 削弱了清灰气流的动能。与过滤后的干净气体经过文丘里管缩小的口径增加阻力一样，清灰气流通过文丘里管时也会损失部分动能。文丘里管的使用在一定程度上降低了滤袋内清灰气流的压力峰值。