布袋除塵器脈沖閥的分類與選擇

張占軍

(中國鋁業(yè)青海分公司， 青海 西寧 810108)

0 前言

布袋除塵器的脈沖閥是指受電磁動力裝置控制的氣壓動力原件。它能在帶電瞬間開啟高壓氣源，并能使除塵器產(chǎn)生瞬間的高壓脈沖。脈沖閥是布袋除塵器進行布袋清灰的常用裝置。布袋除塵器的清灰方式按照工作方式不同進行區(qū)分。它可以分為機械振動式、脈沖振動式和逆氣流式三種。機械振動式清灰方式清理效果好、性能穩(wěn)定，但布袋容易受機械力的作用產(chǎn)生布袋磨損和破損。該類設(shè)備的后期維護和修復(fù)工作較頻繁。脈沖振動式清灰方式可實現(xiàn)全自動清灰。同時，機械磨損較少。日常使用的除塵設(shè)備普遍采用這種清灰方式。逆氣流清灰結(jié)構(gòu)簡單、機械損傷較小。但這種清灰方式較多使用在粉塵粘性小及使用玻璃型布袋的場合。除塵設(shè)備可以根據(jù)清理方式和技術(shù)能力的不同選擇清灰方式。下文對脈沖閥分類及性能等進行闡述。

1 脈沖式布袋除塵器脈沖閥的分類

1.1 布袋除塵器脈沖閥的分類

布袋脈沖閥的動力源一般為電磁吸力。按照布袋除塵器電磁脈沖閥壓縮風(fēng)的輸入端和輸出端的安裝結(jié)構(gòu)不同分為直角式脈沖閥、淹沒式脈沖閥和直通式脈沖閥三類，其工作條件首先是電磁脈沖閥工作介質(zhì)為0.2～0.6 MPa的壓縮空氣。其次脈沖閥需要按照廠家的要求選擇合適的噴吹持續(xù)時間。通常情況下，脈沖閥的噴吹時間設(shè)定在0.1～0.2 s。最后，脈沖閥的脈沖周期。脈沖產(chǎn)生的沖擊波使收塵布袋產(chǎn)生從端口至端尾的脈沖振動。這種作用力將附著在布袋外表面的粉塵全部脫離開來。脈沖式除塵器的脈沖閥進行一次清灰噴吹的過程叫一個脈沖。脈沖裝置從第一個脈沖到最后一個脈沖的時間被稱為脈沖周期，通常情況下脈沖間隔周期設(shè)定在60 s以內(nèi)。

直通式脈沖閥輸入端和輸出端夾角呈0°。由于這種結(jié)構(gòu)使用較少此處不再闡述。直角式脈沖閥壓縮風(fēng)輸入端與輸出端之間的夾角呈90°，直角式脈沖閥的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。淹沒式脈沖閥壓縮風(fēng)的輸入端與輸出端之間的夾角為180°(輸入和輸出為重合狀態(tài))，淹沒式脈沖閥的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

1.2 布袋除塵器脈沖閥的工作原理

布袋除塵器脈沖閥最低工作壓差在0.04 MPa以上時電磁脈沖閥使用先導(dǎo)式脈沖閥；當工作壓力低于0.4 MPa以下時可以選用直動式或分步直接式脈沖閥(此種脈沖閥使用情況較少)[1]。國產(chǎn)脈沖閥的工作壓力是0.1～0.8 MPa(通過使用效果看，建議將脈沖閥的使用壓力設(shè)置為0.3～0.4 MPa之間即可)。脈沖閥的輸入端和輸出端之間除布置位置不同外，其它內(nèi)部工作原理和結(jié)構(gòu)均基本相同。下文以間接式直角式脈沖閥為例進行介紹。

1.電磁線圈 2.卸荷孔 3.小膜片 4.膜片后腔 5.大膜片 6.膜片前腔圖1 直角式布袋除塵器脈沖閥結(jié)構(gòu)圖

當壓縮風(fēng)在接通狀態(tài)時脈沖閥的大小膜片的后腔的受力面積和作用力均大于前腔，后腔氣體壓緊作用力也大于前腔，使得脈沖閥的大小膜片處于閉合狀態(tài)。當脈沖控制儀輸入電磁信號時脈沖閥帶電，先導(dǎo)閥的柱狀銜鐵因為電磁力的作用向上方移動。電磁閥首先將先導(dǎo)脈沖閥的卸荷孔在打開狀態(tài)。卸荷孔常開將先導(dǎo)脈沖閥的小膜片后腔壓縮空氣直接排出設(shè)備。膜片后腔的風(fēng)壓迅速降低使小膜片保持關(guān)閉狀態(tài)的作用力迅速小于直到最后處于打開狀態(tài)。小膜片的動作將大膜片處的卸荷孔和后腔接通。大膜片的后腔壓縮空氣的壓力迅速降低，促使大膜片保持關(guān)閉的作用力迅速變小。當這個作用力持續(xù)變小至大膜片向上移動時，脈沖閥的壓縮空氣進口和噴吹口瞬間就形成了開啟接通狀態(tài)。高壓的壓縮空氣瞬間通過噴吹口進入布袋內(nèi)部，壓縮空氣瞬間膨脹的體積和作用力從布袋端口至端部移動完成布袋的脈沖振動清灰工作。

當電磁脈沖閥脈沖控制儀輸入電磁類信號消失后脈沖閥恢復(fù)到關(guān)閉狀態(tài)。首先，由于失電的原因電磁先導(dǎo)頭的復(fù)位彈簧帶動電磁銜鐵復(fù)位。銜鐵會使卸荷孔關(guān)閉。其次，由于先導(dǎo)脈沖閥的小膜片后腔內(nèi)從阻尼孔進入的壓縮空氣壓力不斷提高，在氣體壓力和復(fù)位彈簧的聯(lián)合作用力下小膜片會恢復(fù)到原有的關(guān)閉狀態(tài)。最后，脈沖閥的小膜片復(fù)位后將主脈沖閥的卸荷孔關(guān)閉。主脈沖閥阻尼孔進入的壓縮風(fēng)壓力會不斷的提升。當大膜片后腔壓力增加到關(guān)閉的作用力大于開啟的作用力時，大膜片就瞬間從開啟狀態(tài)恢復(fù)到脈沖閥關(guān)閉狀態(tài)。

淹沒式脈沖閥的工作原理與直角式脈沖閥相同。由于淹沒式脈沖閥的結(jié)構(gòu)形式不同，在使用過程中減少了通過脈沖閥的壓力損失。這種結(jié)構(gòu)降低了除塵器對氣源噴吹壓力的要求。所以淹沒式脈沖閥更適合壓力較低的場合。另一方面，淹沒式脈沖閥也能降低能源消耗并延長脈沖閥膜片的使用壽命[2]。現(xiàn)在新使用的脈沖閥廠家往往更加喜歡使用淹沒式脈沖閥，這一方面也是一個重要原因。對淹沒式脈沖閥的工作原理不在闡述，其結(jié)構(gòu)原理圖如圖2所示。

1.電磁線圈 2.卸荷孔 3.小膜片 4.膜片后腔 5.大膜片 6.膜片前腔圖2 淹沒式布袋除塵器脈沖閥結(jié)構(gòu)圖

2 布袋除塵器脈沖閥的關(guān)鍵性能參數(shù)

布袋除塵器脈沖閥性能判定標準根據(jù)廠家和國內(nèi)外的不同而不同。但是脈沖閥的主要性能數(shù)據(jù)還可以參照以下性能參數(shù)進行比較。這些性能參數(shù)可以反應(yīng)一個脈沖閥的優(yōu)劣。

2.1 流通系數(shù)

它是衡量電磁脈沖閥性能參數(shù)的重要參數(shù)。生產(chǎn)電磁脈沖閥的廠家一般會在產(chǎn)品說明書中列出相關(guān)產(chǎn)品的通流系數(shù)。該數(shù)值越高，說明電磁脈沖閥的流通能力越好。同時，也說明在同等噴吹條件下，除塵器的清灰效果也越好[3]。為了增強對國外電磁脈沖閥的認識，以通徑25 mm的脈沖閥為樣本列舉了流通系數(shù)的相關(guān)數(shù)據(jù),如表1所示。

表1 國外名牌脈沖閥流通系數(shù)[以1″(25 mm)口徑為基準]

另外，上海袋式除塵配件有限公司各個尺寸的流通系數(shù)參數(shù)，如表2所示。

通過以上對比可以看出：國外各個品牌的電磁脈沖閥的流通性能也不一致，國內(nèi)相同通徑的流通性能較國外有明顯的提升。所以在單一的流通性能可優(yōu)先考慮國內(nèi)優(yōu)質(zhì)廠家的產(chǎn)品。如果維護保養(yǎng)及技術(shù)支持方面能得到保證，那么國內(nèi)產(chǎn)品的性價比更高。

2.2 噴吹壓力

噴吹壓力越大，引導(dǎo)的二次氣流越多。脈沖閥形成的壓縮風(fēng)流速會越大，布袋除塵器的清灰效果也就會越好。布袋除塵器布袋內(nèi)壓縮風(fēng)的壓降也會明顯下降。如果脈沖閥的噴吹壓力值越高，那么布袋除塵器的清灰處理能力也會越大。但是，除塵器脈沖閥的噴吹壓力過高，布袋的過濾面積較小時就會出現(xiàn)除塵器過度清灰的現(xiàn)象[4]。在使用過程中曾多次出現(xiàn)噴吹壓力過高導(dǎo)致除塵器 "冒灰”的故障。因此，噴吹壓力過低或者過高都會影響除塵效果，一般脈沖閥的壓力設(shè)置在0.4 MPa左右。

表2 ABOUT US公司淹沒式和直角式脈沖閥流通系數(shù)對比

2.3 噴吹時間(開關(guān)特性)

脈沖除塵器脈沖閥的噴吹時間越長，布袋除塵器的清灰效果也會越明顯。同時，脈沖閥噴入布袋內(nèi)部的壓縮空氣的風(fēng)量也會越多。但是除塵器的噴吹時間如果增加到一定值后由于除塵集風(fēng)箱內(nèi)風(fēng)量等的原因，除塵器清灰效果的提升就會變得不再明顯。此觀點可以由圖3的反應(yīng)信息進行驗證。因此，通過調(diào)節(jié)脈沖閥的噴吹時間等參數(shù)一方面由于參數(shù)限定比較困難，另外方面也會降低除塵器布袋內(nèi)部壓縮風(fēng)的壓降。一般情況下，布袋式除塵器脈沖閥的噴吹時間設(shè)定在0.1～0.2 s之間。噴吹時間對布袋內(nèi)壓力平均值的影響如圖4所示[5]。

圖3 噴吹時間與壓降關(guān)系

圖4 袋內(nèi)壓力平均值與噴吹時間關(guān)系

2.4 噴吹周期(也稱為脈沖周期)

脈沖周期的長短直接影響到除塵器布袋內(nèi)部的壓縮風(fēng)壓降。在不影響除塵器正常使用的條件下應(yīng)盡量將脈沖閥的脈沖周期時間延長。這樣不僅減少壓縮空氣的消耗量，還可延長脈沖閥膜片和布袋的使用壽命。一段時間內(nèi)附著在除塵布袋上的粉塵不會積累太多，清灰周期也不需過于頻繁。另外，噴吹周期的長短還影響空壓機的耗電量。如脈沖閥的噴吹周期比較短，那么對壓縮空氣的消耗量也會增加。這樣壓縮空氣的需求量也變多，空壓機的電耗也會增多。反之則會降低空壓機的耗電量。另外，微細、黏附性大的粉塵需縮短脈沖閥的噴吹周期，粗大、干燥的粉塵可適當延長脈沖閥的噴吹周期。一般情況下脈沖閥的噴吹周期設(shè)定在60 s左右即可。

2.5 膜片使用壽命

按照電磁脈沖閥國家標準要求將電磁閥直接接入0.6 MPa的壓縮空氣，輸入相應(yīng)要求的脈沖信號，對輸入的電信號進行計數(shù)統(tǒng)計。電磁脈沖閥能夠連續(xù)不斷或間斷累計產(chǎn)生噴吹的數(shù)值達到100萬次時脈沖閥的大小膜片無破損使用的時間稱為膜片使用壽命。有些脈沖閥廠家也會將脈沖閥的使用壽命標準直接設(shè)定為5年。膜片作為電磁脈沖閥的易損件，它的使用材制為丁晴橡膠。膜片的使用壽命也反應(yīng)該產(chǎn)品性能優(yōu)劣的一個關(guān)鍵指標。

2.6 壓縮空氣消耗量

壓縮空氣消耗量主要限制的因素比較多，但主要包括噴吹壓力、噴吹周期、噴吹時間、結(jié)構(gòu)類型及通經(jīng)等因素。圖5為噴吹壓力條件下噴吹時間和脈沖閥耗氣量的關(guān)系[5]。

圖5 噴吹時間和耗氣量的關(guān)系

除上述關(guān)鍵指標外，電磁脈沖閥的指標還包括開啟電壓、關(guān)閉能力、耐壓性能、絕緣性能及溫濕度性能等。這些指標共同決定了電磁脈沖閥的綜合性能。

3 布袋式除塵器脈沖閥的選擇

作為脈沖閥的使用者，國內(nèi)外各電磁脈沖閥廠家的產(chǎn)品因為性能參數(shù)、質(zhì)量等原因參差不齊，使用性的差距也較大。從工程實際角度出發(fā)，除電磁脈沖閥具備的性能指標以外，使用者還需對比脈沖閥生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品質(zhì)量、后期服務(wù)能力和現(xiàn)場測試來選擇自身所需產(chǎn)品。根據(jù)目前除塵器更新的結(jié)果發(fā)現(xiàn)國產(chǎn)脈沖閥的使用性能和使用案例在不斷增加。

布袋式除塵器脈沖閥選用方法：(1)查看生產(chǎn)脈沖閥廠家的信譽保證和服務(wù)能力。最好根據(jù)已有工程的實踐性能選擇性價比高的脈沖閥。這一方法可提供可信性高的參考，另外使用相同的產(chǎn)品可以增加備件替代性和產(chǎn)品供應(yīng)方面的便利。這對設(shè)計單位和使用單位而言都是利好的。(2)查看產(chǎn)品外觀。一般情況下電磁脈沖閥的閥體材質(zhì)為鋁合金，先導(dǎo)組件的材質(zhì)為430FR不銹鋼，緊固件的材質(zhì)為302不銹鋼。脈沖閥是在特殊環(huán)境條件下使用的產(chǎn)品，要求其表面必須經(jīng)過防腐處理，另外表面還應(yīng)無毛刺和裂紋。標牌上的文字保證清晰，外觀質(zhì)量是一個直觀反映產(chǎn)品質(zhì)量的因素。(3)根據(jù)現(xiàn)場工程的實際條件及脈沖閥的安裝環(huán)境不同決定選用脈沖閥的使用防護等級。一般場所脈沖閥的防護等級達到IP64級(防塵等級6：柜體內(nèi)在20毫巴的低壓時不應(yīng)進入灰塵；防水等級4：它表示從每個方向噴水時不應(yīng)引起損害的要求)即可滿足防護要求。

4 結(jié)束語

現(xiàn)在布袋除塵器已經(jīng)在有色、鋼鐵、建材、電力、化工、垃圾焚燒等行業(yè)廣泛的應(yīng)用。除塵設(shè)計人員需要通過科學(xué)合理的設(shè)計和參考以往成功案例來綜合選擇適合自己的布袋除塵器。