關于回轉反吹布袋除塵器濾袋內反吹流場的研究

何愛玲 王尚元

摘 要：回轉反吹布袋除塵器具有結構緊湊，圓形外殼物理性能好，單位空間過濾面積大，進口參照旋風除塵器流形設計，結構簡單等優點。因此在工業領域中得到廣泛的應用。但是存在著清灰效果差且不均勻的缺點。為了解決上述問題，我們將研究濾袋內反吹流場的運行規律，為提高清灰效果提供理論及實驗依據。

關鍵詞：布袋除塵器;流場;濾袋

中圖分類號：X701.2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）03-0069-02

1 回轉反吹風袋式除塵器的工作原理

回轉反吹布袋除塵器是上世紀60年代由歐、美、日等西方國家新開發的一種新型布袋除塵器。1963年由日本首先研制成功。與此同時美國PN公司推出PN系列回轉反吹圓袋式除塵器。我國于1976年開始著手開發回轉反吹扁袋除塵器。1979年開始回轉反吹圓袋式除塵器系列化設計，現有LMF、LDB等多個系列。

回轉反吹布袋除塵器自問世以來，以其空間利用率高，無動力清灰，抗破損性能好，易維修等優點，迅速成為上世紀60-70年代袋式除塵器的首選設備。但是機械回轉反吹布袋除塵器的性能及結構缺陷逐步放大：反吹動能不足，清灰效果差等成為制約其發展主要因素。除塵領域業相關人員雖采用新技術進行改進，但因為未涉及到根本痼疾而未獲的廣泛推廣應用。

回轉反吹布袋除塵器外體為圓柱形，受壓抗破損性能好，進口參照旋風除塵器進口設計，具有預除塵功效，濾袋采用梯形截面（或長方形、長孔形）安裝在不同的半徑上，布置緊湊。該除塵器過濾面積參數一般為12m2/m3，是幾種布袋除塵器中最高的。因此用鋼量低，平均在20kg/m2～30kg/m2。

回轉反吹布袋除塵器多為采外濾式，采用分層反吹方式。反吹風機的風壓一般控制在4000Pa左右，屬于高壓反吹清灰方式，效能介于脈沖清灰和反吹風之間，不需要高壓壓縮空氣。

圖1所示的是PN型回轉反吹布袋除塵器，主要由下花板、底座、卸灰裝置、殼體、濾袋、保溫層、回轉反吹裝置等部件組成。是由一個負責預處理的旋風筒和一個高效的布袋除塵器組成的復合式除塵器，當含塵氣體經上部入口沿切線方向進入殼體的上部空間時，粒徑大的顆粒首先分離出去，沿筒體內壁進入灰斗，顆粒小的顆粒穿過濾袋后粉塵被捕集下來，凈化后的潔凈氣體通過上部氣室排空。氣體中的粉塵顆粒被濾袋捕獲在外表面，通過反吹裝置處理后達到除塵凈化的目的。

2 濾袋內反吹流場的理論研究

2.1 反吹風速理論分布

圖2為機械回轉反吹布袋除塵器反吹清灰時濾袋內氣流流動的示意圖，圖中取沿濾袋豎向方向定為x軸，原點在袋口中心處，反吹氣流通過袋口進入濾袋，反吹風量為Q1，濾袋長度為H，初始軸向流速為v1，橫向濾速為u1。

對距濾袋x位置處，長度為dx，直徑為D的單元體能量方程如下：

式中vx——距袋口x長度位置處反吹氣流縱向流速，m/s;

Px——距袋口x長度位置氣體壓力，Pa;

ρ——氣體密度，kg/m3;

λ——濾袋中的沿程阻力系數;

D——濾袋直徑，m。

對上式可以整理得：

即為濾袋在沿程有損失的情況下的能量微分方程。

袋式除塵器在反吹清灰時反吹氣體進入濾袋后，距袋口x位置處的全壓作用在濾袋上，從而克服粉塵層阻力將粉塵從濾袋表面上剝離。

則：

用整個過程的平均橫向過濾速度替代某點處的過濾速度并積分得：

反吹風壓力沿濾袋長分布為：

2.2 軸向風速理論分布

實驗過程中橫向風速ux很難實測，為了比較理論模型與實驗測試結果的一致性，有必要將橫向風速轉化為軸向風速。

由圖2可知：袋式除塵器反吹清灰時距濾袋口x長度處的流量與x處以下氣體的流出量相等，即微單元體上氣體連續性方程：

式中Qx——距濾袋口x長度處氣體的流量，m3/s;

ux——距濾袋口x長度處反吹氣流橫向濾速，m/s。

整理可得：

最后得到軸向流速沿袋長分布，如下式所示：

如果已知粉塵負荷m、濾袋長度H、濾袋直徑D、反吹風量Q1及袋內外壓力差P1、粉塵的阻力系數C2，則只要再確定出阻力系數λ的值就可以確定濾袋反吹清灰時軸向流場分布。

2.3 濾袋長徑比及不均勻系數

由此可見：對于反吹清灰的濾袋內，反吹分速分布的均勻性跟濾袋口與濾袋底部氣流對粉塵的剝離力影響不大，因此可以保證濾袋整體良好的清灰效果。

理論計算結果表明：反吹風速的均勻程度與濾袋的長度、直徑、粉塵的負荷情況及反吹風量等有關。我們可以得到如下結論：最小反吹氣流的速度出現在濾袋末端處，即uL位置處;濾袋最大反吹氣流的速度出現在濾袋入口處，即u1位置處。通常認為反吹氣流的速度沿濾袋縱向方向變化率在5%范圍內時清灰效果最好。如果變化率超過5%，則在濾袋口處容易清灰過大，而濾袋末端還沒有清灰，整體清灰效果不佳。

從反吹風軸向流場的理論值與實驗值的比較可知：合適的阻力系數λ可以使不同入口風量、不同粉塵負荷下的軸向流場的理論與實驗果較好的吻合。因此可以說明：該理論推導出的ux表達式可以較好的描述橫向風速沿濾袋長度方向的變化規律;該理論可以準確描述袋式除塵器反吹風清灰氣流的軸向流場分布規律。

2.4 反吹風速分布

上述理論研究結果顯示：揭示出了反吹風軸向流速與反吹風速之間的關系。因此利用已知的軸向流場分布，可以推到出徑向風速分布即反吹風速的分布。

實驗中軸向流速的實測結果已經證實軸向風速分布理論模型比較準確。因此可以通過軸向風速分布理論計算式得到徑向風速即反吹風速沿袋長的分布情況。通過不同粉塵在不同風量工況下的反吹清灰濾袋內反吹風氣流沿袋長分布數據而形成的曲線圖可以看出：粉塵負荷低，反吹風量大時，反吹風氣流分布呈不均勻狀態，袋口上半部分下降很快，并隨距袋口距離的增加逐漸平緩。粉塵負荷越大，軸向風速越則趨于直線，反吹風速沿袋長分布也越來越均勻。

3 結語

（1）濾袋氣流的平均阻力系數可以看作沿程平均阻力系數和局部平均阻力系數的累加。氣流向濾袋末端流動過程存在著沿程阻力損失，而在流動過程中的不斷外漏可以看成是局部阻力。

（2）局部平均阻力系數主要與粉塵負荷情況有關，粉塵負荷大于2.1kg/m2時，局部平均阻力系數基本維持不變。

（3）袋式除塵器反吹清灰過程的橫向反吹風速實驗測定存在困難，但是根據理論推導得到的軸向風速與反吹風速的關系。可以通過實驗測定出軸向風速的分布推導出出反吹風速分布。