環吹袋式除塵器除塵性能試驗研究

趙盛如 劉剛 程光球

東華大學環境科學與工程學院

環吹袋式除塵器除塵性能試驗研究

趙盛如 劉剛 程光球

東華大學環境科學與工程學院

針對人造毛皮行業存在短纖維和細小塵雜難處理的特點，設計一套新型環吹袋式除塵器，對其性能進行試驗研究，分別考察了關閉和開啟環吹時過濾速度對過濾壓力損失和過濾效率的影響以及清灰周期的確定。結果表明壓力損失隨過濾速度的增大而增大，過濾效率隨著過濾速度的增大呈現先減小后增大的規律。在保證除塵器阻力的前提下，降低過濾速度，開啟環吹，有利于清灰周期的延長。

人造毛皮 袋式除塵器 壓力損失 過濾效率 清灰周期

0 引言

在人造毛皮的生產工藝中，包含燙毛、剪毛等工序，在生產過程中會有大量的纖維及粉塵溢出，逸散出來的纖維長短不一，長纖維易于過濾且回收效率很高，短纖維所占的比例不大，但是卻能夠長時間地懸浮在大氣中，被人體吸收，造成中毒或疾病[1]。

這些粉塵的密度均較小，單純采用重力除塵器、慣性除塵器或旋風除塵器的效果并不理想。用重力除塵器去除粉塵占用空間過大；旋風除塵器則阻力偏大；而且棉、毛、麻等纖維的形狀為卷曲狀，互相容易搭接、纏繞，纖維的長度遠大于其本身的直徑，其斯托克斯粒徑小，不易分離；在氣固兩相流的流動過程中，絮狀纖維還有可能因摩擦產生靜電，不易從出灰口排出。靜電除塵器若用于含纖維濃度高的場合，會因纖維在正電極集塵板、負電極電離端之間產生搭橋現象，引起電極擊穿或反電暈現象[2]。

因此，本文建立了環吹清灰袋式除塵器的測試實驗臺，對除塵器的性能、壓力損失、過濾效率和清灰周期進行測試與分析，以便更好地運用于工程實際中。

1 實驗部分

1.1 實驗裝置

搭建的實驗裝置如圖1所示，實驗裝置包括除塵風管、濾袋、靜壓箱、套筒、環形風口等主要部件。含塵氣流從入口1進入，在抽風機的牽引作用下經進口管道進入除塵裝置，然后經過濾后排放到環境中，環吹氣流接至箱體上部的靜壓箱，清理濾袋表面積累的粉塵。除塵器內氣體流動方式為內濾式，濾袋的過濾面積1.18m2，粉塵入口管道直徑0.25m，出口管道直徑0.15m，環吹管道直徑0.05m。

圖1 除塵實驗裝置示意圖

1.2 實驗儀器

實驗中所用主要儀器的基本參數如表1所示。

表1 實驗儀器基本參數

1.3 測試參數

1.3.1 過濾速度

過濾速度指單位時間單位面積濾料表面通過氣流的流量，常用單位為m/min。袋式除塵器的性能很大程度上取決于過濾風速的大小。

式中：Q為通過濾料的風量，m3/h；f為過濾面積，m2。在此實驗中，不考慮漏風的變化，流量值可直接從設置在管道上的渦街流量計直接讀出。

1.3.2 壓力損失

濾料的壓力損失就是濾料前后測點的全壓差，對于本次實驗，管道入口處沒有運輸管道，而是直接與空氣相接觸，認為該處的靜壓為0，濾料的阻力為管道進口的動壓與管道出口的全壓之差。實驗中，壓力損失值可根據數字式微壓計讀出的進、出口的壓力計算得到。

1.3.3 過濾效率

過濾效率為除塵器除下的粉塵量與進入除塵器的粉塵量的百分比，體現除塵器處理氣流中粉塵能力的強弱。

式中：η為除塵器的效率，%；G1為進入除塵器的粉塵量，g；G2為除塵器除下的粉塵量，g。

實驗中用記重法測過濾效率，在發塵實驗階段，預先使用天平稱量好所發粉塵，每次發塵結束后連帶濾袋一起稱量除塵裝置所捕集的粉塵量。

1.4 測試方法

在常溫常壓的實驗室環境條件下，通過調節風機變頻器的頻率，改變氣體流量，從而改變過濾速度。記錄在不同過濾風速下的濾袋前后壓力值，記錄不同過濾速度下的灰斗所收集的粉塵量。

2 測試結果與分析

2.1 開閉環吹下過濾速度與過濾時間對壓力損失的影響

2.1.1 開閉環吹下過濾速度對壓力損失的影響

在常溫常壓的實驗室環境條件下，關閉環吹，對含塵狀態下壓力損失進行實驗，實驗結果如圖2所示。

圖2 關閉環吹時過濾速度對壓力損失的影響

開啟環吹，對含塵狀態下的壓力損失進行實驗，實驗結果如圖3所示。

圖3 開啟環吹時過濾速度對壓力損失的影響

圖2、圖3顯示了在含塵狀態下，關閉和開啟環吹兩種工況時壓力損失隨過濾速度的變化情況，隨著過濾速度的增加，壓力損失也相應地增加，過濾速度越大，對壓力損失的影響越大。在相同的過濾速度下，關閉環吹時的壓力損失比開啟環吹時的壓力損失大，開啟環吹時，設備的壓力損失上升速率明顯低于關閉環吹。

回歸分析[3]得曲線形式為：△P（v）=Av+Bv2，擬合參數A、B及反應線性程度的相關系數R2，結果見表1、表2。

表2 關閉環吹時壓力損失與過濾速度的擬合曲線

表3 開啟環吹時，壓力損失與過濾速度的擬合曲線

由表2、表3看出，將關閉和開啟環吹下的壓力損失擬合成關于過濾速度的二次曲線函數，相關系數R2趨于1，具有較好的相關性。

圖4顯示在相同的粉塵負荷下，關閉和開啟環吹工況時設備壓力損失差值的變化情況。

圖4 關閉和開啟環吹壓力損失差值隨過濾速度的變化

從圖4可以發現，開啟環吹時的壓力損失值比同一速度值下關閉環吹的損失值有明顯的減小，且隨著過濾速度的增加，這種差值會逐漸增大。這是由于環吹氣流在濾袋表面形成一股貼附濾袋表面的向下射流，這股射流一方面阻擋了大顆粒粉塵向壁面靠近，一方面由于沖刷的作用減少含塵氣流中粉塵在濾袋表面的沉積和粘附，減緩濾袋表面的粉塵堆積厚度。粉塵負荷100g和400g時開閉環吹的阻力差值相當，可以理解為環吹清灰在過濾初期有明顯的阻擋灰塵在濾袋表面堆積的作用。

2.1.2 開閉環吹下過濾時間對壓力損失的影響

在常溫常壓的實驗室環境條件下，關閉和開啟環吹，對含塵狀態下過濾時間對壓力損失的影響進行實驗，實驗結果如圖5、圖6所示。

從圖5、圖6可以看出，除塵器的壓力損失隨著過濾時間的增大而增大，隨著過濾的持續進行，粉塵在濾袋上集聚的越多，所帶來的壓力損失將持續增大，一方面會把已經附著的細小顆粒擠壓過去，另一方面需要增加風機的壓頭，才能保證處理一定的氣體量，這樣會增加風機能耗。并且隨著過濾風速的增大，壓力損失的增加速率會加快，在高的過濾風速下，壓力損失增加得越快。無論是開啟環吹還是關閉環吹，在過濾初期，濾袋從清潔態逐漸積累粉塵，壓力損失呈指數函數的形式遞增，當粉塵初塵形成后，壓力損失呈線性關系遞增，即在某一固定的風量下，過濾阻力增加相近的值。

圖5 關閉環吹時粉塵厚度對壓力損失的影響

圖6 開啟環吹時粉塵厚度對壓力損失的影響

對比圖5、圖6，當開啟環吹氣流后，設備阻力較不開環吹有明顯的減小，這是由于環吹氣流可以有效地減少粉塵在濾袋表面的堆積。

對不同的過濾風速，在粉塵初塵形成后，回歸分析得曲線形式為：△P(t)=C+Dt，擬合參數C、D及反應線性程度的相關系數R2，結果見表4、表5所示。

表4 關閉環吹時壓力損失與過濾時間的擬合曲線

表5 開啟環吹時壓力損失與過濾時間的擬合曲線

從擬合結果可以看出，曲線的線性相關性強。隨著過濾速度的增加，曲線的斜率越大，壓力損失增加得越快。

2.2 開閉環吹下過濾速度對過濾效率的影響

在常溫常壓的實驗室環境條件下，固定某一個風速，向濾袋投放粉塵，測量不同發塵濃度下的過濾效率，然后通過改變過濾風速重復上述的試驗步驟，得到過濾風速的改變對過濾效率的影響。實驗結果如圖7、圖8所示。

圖7 關閉環吹，過濾速度對過濾效率的影響

圖8 開啟環吹，過濾速度對過濾效率的影響

從圖7、圖8可以看出，在相同的發塵濃度下，過濾效率隨著過濾速度的增大呈現先減小后增大的規律。從過濾機理來說，過濾效率是濾料對粉塵粒子的攔截、慣性碰撞、擴散、重力等各效應的綜合作用，在不同的風速下，各種機理所起的作用不同，擴散效應隨著過濾風速的增大而減小，慣性效應隨著過濾風速的增大而增大，這二者相互作用，使得過濾效率出現了上述規律。并且在低風速下，擴散效應起著主要作用，過濾效率較高。隨著發塵濃度的增加，過濾效率上升。

比較圖7、圖8，在相同發塵濃度，同一過濾風速下，開啟環吹時過濾效率比關閉環吹時的過濾效率高，并且在發塵濃度較低時，開啟環吹氣流對提高過濾效率更加明顯，是因為在發塵初期，濾袋內部未形成穩定粉塵層時，環吹氣流可以有效阻擋含塵氣流中的粉塵在濾袋上的粘附和堆積。當發塵濃度逐漸增大，過濾效率的差值逐漸減小，環吹氣流提高過濾效率的數值上效果不明顯。但是當兩者過濾效率基本相同時，開啟環吹氣流可以有效降低過濾阻力，減小系統的能耗。

2.3 清灰周期

合理的清灰周期對保證濾袋的使用壽命具有重要作用，同時還可簡化袋式除塵器清灰系統控制。目前，對于袋式除塵器清灰壓差和清灰周期如何合理選擇，還主要靠工程經驗設定[4]。清灰周期反映濾袋性能的周期性變化，清灰周期長短對濾袋壽命影響較大[5]。一般地，袋式除塵器的設計阻力為1000～1500Pa[6]，取阻力損失為1200Pa，根據擬合公式計算在不同過濾風速下的清灰周期，見表5。

表6 不同過濾速度下的清灰周期

從計算結果可以看出，開啟環吹時有利于延長清灰周期，并且在過濾速度較低時，清灰周期越長。所以，在保證除塵器阻力的前提下，降低過濾速度，開啟環吹，有利于清灰周期的延長。

3 結論

對人造毛皮行業袋式除塵器的性能進行研究，分析過濾速度對過濾阻力和過濾效率的影響，計算清灰周期，為袋式除塵器運用于人造毛皮行業提供理論依據。

[1]王勇.袋式除塵器設計方法的研究[D].沈陽:東北大學,2004

[2]黃翔.紡織空調除塵手冊[M].北京:中國紡織出版社,2003

[3]馮力.回歸分析方法原理及SPSS實際操作[M].北京:中國金融出版社,2004

[4]Dietrich Koch,Jonathan Seville,Roland Clift.Dust cake detachm -ent from gas filters[J].Powder Technology,1996,86:21-29

[5]陳強,沈恒根.袋式除塵器內氣流均勻性的數值模擬研究[D].上海:東華大學,2005

[6]張殿印.袋式除塵技術[M].北京:冶金工業出版社,2008

Expe rim e nta l Study on the Pe rform a nc e of Bring Blow Ba ghous e

ZHAO Sheng-ru,LIU Gang,CHENG Guang-qiu
School of Environmental Science and Engineering,Donghua University

Because of the characteristics of short fibers and intractable fine dust in the artificial fur industry,a new ring blow baghouse was designed,and its properties were studied in the lab scale,and the influences of filtration rate on the pressure loss and efficiency of filtration and the cleaning cycles when the ring blow was blown off or opened were investigated in this paper.The results showed that when the filtration rate increased,the pressure loss also increased, however,the filtration efficiency increased firstly and then decreased.So under the condition of ensuring dust resistance, decreasing the filtration rate and opening the ring blow were good for extending the cleaning cycle.

artificial fur industry,bag filter,filtration friction,filtration efficiency,cleaning cycle

1003-0344（2015）03-029-4

2014-1-15

趙盛如（1986～），男，碩士研究生；上海市松江區人民北路2999號東華大學4號環境學院（201620）；E-mail:zsr7272@163.com