楊志紅　武漢理工大學(xué)

劉四喜　武漢運(yùn)鵬石材有限公司

摘要：提出了確定除塵器設(shè)計(jì)參數(shù)的計(jì)算方法，包括：濾袋的選擇、過(guò)濾速度、過(guò)濾面積、清灰方式等，分析了這些參數(shù)對(duì)袋式除塵器長(zhǎng)期穩(wěn)定而有效運(yùn)行的重要性，為正確設(shè)計(jì)、使用和維護(hù)袋式除塵器提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：除塵器設(shè)計(jì)參數(shù)過(guò)濾

石材生產(chǎn)粉塵污染較重，通風(fēng)除塵是石材生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，它對(duì)確保生產(chǎn)環(huán)境潔凈，保護(hù)生產(chǎn)者身心健康具有重要意義。袋式除塵器是一種利用有機(jī)纖維或無(wú)機(jī)纖維過(guò)濾材料將含塵氣體中的粉塵濾出的除塵設(shè)備。它不僅對(duì)粉塵有很好的捕集效果，而且輔以必要的措施還可以處理一些有毒有害的氣體，因而在石材工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，已成為防止大氣污染、改善勞動(dòng)條件、回收有用物料以及保護(hù)機(jī)電設(shè)備等方面的有效裝置。但是通過(guò)調(diào)查也發(fā)現(xiàn)，有些袋式除塵器的應(yīng)用效果不夠理想，如粉塵排放濃度超標(biāo)、設(shè)備阻力過(guò)大、維護(hù)任務(wù)繁重；有的裝置使用不久就棄而不用，更為嚴(yán)重的是有些袋式除塵器還曾發(fā)生過(guò)爆炸事故。通過(guò)分析，認(rèn)為只有針對(duì)不同的具體情況，正確地設(shè)計(jì)袋式除塵器，選擇合理的設(shè)計(jì)參數(shù)，方可取得高效、低耗、安全可靠的運(yùn)行效果。袋式除塵器比較重要的設(shè)計(jì)參數(shù)包括：濾袋選擇、過(guò)濾速度、過(guò)濾面積、清灰方法等，下面就這些設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇計(jì)算方法作一些分析。

1濾袋的選擇

濾布必須有合適的孔隙，允許空氣順利通過(guò)而阻擋細(xì)小的粉塵進(jìn)入濾布內(nèi)部。細(xì)小顆粒的粉塵一旦進(jìn)入濾布內(nèi)部，就無(wú)法將其清除，造成濾布透氣性能大大下降，除塵阻力增大，甚至濾袋無(wú)法再使用。這也是為什么除塵器濾袋纖維直徑要求較細(xì)、濾布較“密實(shí)”的原因。雖然細(xì)纖維制成的濾布價(jià)格較高，剛開(kāi)始使用時(shí)過(guò)濾阻力較大，但在整個(gè)使用期比較穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)。當(dāng)然，現(xiàn)在已有了防止粉塵進(jìn)入濾布內(nèi)部而透氣性能又不降低的新型材料，比如在濾袋與粉塵接觸表面噴涂或覆蓋一層超薄氟化樹(shù)脂微孔膜。惰性樹(shù)脂是完全疏水的，光滑的表面不但不會(huì)粘上粉塵，而且對(duì)含水率較高的粉塵也會(huì)大大降低由粘附產(chǎn)生糊袋現(xiàn)象。也有用專(zhuān)用處理粉劑噴涂濾袋表面，使之表面形成極薄的濾餅，使孔隙度比較均勻、細(xì)小。對(duì)濾布表面進(jìn)行壓光或燒結(jié)等特殊工藝處理，也可以達(dá)到同樣的目的。二防(防油、防水、防靜電)濾布在建材企業(yè)除塵行業(yè)得到較廣泛的應(yīng)用?？傊?，在選擇濾袋材料時(shí)，最好參考相關(guān)資料或請(qǐng)教專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)廠(chǎng)和專(zhuān)家?，F(xiàn)在濾袋生產(chǎn)廠(chǎng)很多，品種差異大.價(jià)格差異也大。在選擇濾袋時(shí)要綜合考慮價(jià)格、使用壽命和處理物料的物性。特別是外購(gòu)除塵器時(shí)不能單純考慮價(jià)格，還必須考慮其配置和材料。有的濾袋處理某種粉塵有效，但對(duì)其他粉塵可能不是最佳。濾布結(jié)構(gòu)可以是氈制的或編織的。大多數(shù)氈制品由于纖維間的毛細(xì)作用會(huì)吸潮，但一些特殊的氈制品比如玻璃纖維針織氈可以在一定程度上防潮。氈制品纖維的不規(guī)則排列，孔隙均勻，同時(shí)為了保證其強(qiáng)度，濾袋厚度較厚，除塵效率高。在一些重要場(chǎng)合或粉塵細(xì)的物料，特別是具有較高表面氣流速度的除塵器濾袋經(jīng)常采用。編織的纖維織品是用紡紗編織而成的。紡紗間有各種花紋的孔隙，表面光潔，容易設(shè)計(jì)成可以保持或脫離濾餅的濾布。為了進(jìn)一步提高表面性能，可以用硅酮樹(shù)脂噴涂，獲得耐磨表面、改進(jìn)濾餅的脫離或降低濾袋的吸潮能力。對(duì)熔點(diǎn)低、粘附性大的各種化學(xué)藥品最好采用編織纖維的濾袋。

2過(guò)濾速度

袋式除塵器的過(guò)濾速度V是被過(guò)濾的氣體流量(m3/min)和過(guò)濾織物面積(m2)的比值。過(guò)濾速度是決定除塵器性能的一個(gè)重要參數(shù)，其大小直接影響到袋式除塵器的一次性投資、運(yùn)行費(fèi)用、除塵效率等。過(guò)濾速度太高會(huì)造成壓力損失過(guò)大，降低除塵效率，使濾袋堵塞以至快速損壞。但是，提高過(guò)濾速度可以減少過(guò)濾面積，以較小的設(shè)備來(lái)處理同樣流量的氣體。過(guò)濾速度小會(huì)提高除塵效率，延長(zhǎng)濾袋使用壽命，但會(huì)造成除塵器過(guò)于龐大，一次性投資加大。目前尚無(wú)可利用的理論計(jì)算公式計(jì)算過(guò)濾速度，主要靠經(jīng)驗(yàn)確定。但就定性而言，它與粉塵性質(zhì)、氣體含塵濃度、濾袋材質(zhì)和清灰方式等因素有關(guān)。一般若含塵濃度高、粉塵顆粒小，過(guò)濾速度應(yīng)取小值，反之則取高值。在橡塑工業(yè)中，一般含塵濃度高、粉細(xì)，而且氣體中含有一定的水分，過(guò)濾速度可用如下經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算：

v=2.35a?b?c?d(1)

式中：a－塵源系數(shù)，當(dāng)塵源為轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)、破碎機(jī)、輸送機(jī)等時(shí)，a=1.0；當(dāng)塵源為包裝機(jī)、氣力輸送等時(shí)，a=0.9；

b—粉塵分散度系數(shù)，見(jiàn)表1；

c—?dú)怏w含塵濃度系數(shù)，見(jiàn)圖1；

d－溫度系數(shù)，見(jiàn)圖2。

表1　粉塵分散度系數(shù)

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3過(guò)濾面積

3.1濾袋規(guī)格

濾袋規(guī)格(長(zhǎng)度L和直徑D)與進(jìn)入濾袋的入口速度Vi(m/s)有關(guān)，當(dāng)含塵氣體進(jìn)入每條濾袋時(shí)，如入口速度Vi過(guò)快，一方面會(huì)加速清灰降塵的二次飛揚(yáng)，另一方面會(huì)由于粉塵的摩擦使濾袋的磨損急劇增加，一般Vi不能大于2m/s。濾袋的長(zhǎng)徑比(I/D)可用過(guò)濾速度V和入口速度V表示：設(shè)單袋氣體的流量為q(m3/s)。

因?yàn)椋簈=πD?L?V/60(2)

q=πD2?Vi/4(3)

所以：πD?L?V/60=πD2?Vi/4

即：L/D=15Vi/

從式(4)可看出，當(dāng)過(guò)濾速度V較高時(shí)，L/D在一個(gè)較小的范圍內(nèi)；當(dāng)過(guò)濾速度V較低時(shí)，L/D在一個(gè)較大的范圍內(nèi)。據(jù)此，袋式除塵器濾袋的長(zhǎng)徑比L/D一般為10-35。因而，濾袋的直徑可在150-300mm，濾袋長(zhǎng)度可在1.5-l0m內(nèi)選擇。

3.2過(guò)濾面積的確定

根據(jù)需過(guò)濾的氣體流量和過(guò)濾速度即可確定除塵器的過(guò)濾面積，計(jì)算公式如下：

A=(Q+QL)/V(5)

式中：A—過(guò)濾面積，m2；

Q—需過(guò)濾的氣體流量，m3/min；

QL—通風(fēng)除塵系統(tǒng)漏風(fēng)量，m3/min，一般按需過(guò)濾氣體流量的15%-30%選??；

V—過(guò)濾速度，m/min。

3.3濾袋數(shù)量

濾袋數(shù)量N是總過(guò)濾面積A除以單個(gè)濾袋的表面積Ai(m2}。對(duì)圓袋：

Ai=-πD?L(6)

N=A/A(7)

4清灰

袋式除塵器依靠濾袋對(duì)含塵氣體進(jìn)行過(guò)濾。含塵氣體穿過(guò)濾袋時(shí)，隨著它們深入濾料內(nèi)部，使纖維間空隙逐漸減小，最終形成附著在濾袋表面的粉塵層，即所謂的初層。袋式除塵器的過(guò)濾作用主要是依靠這個(gè)初層以及逐漸堆積起來(lái)的粉塵層進(jìn)行的，即使過(guò)濾很微細(xì)(1μ，m左右)的粉塵也能獲得較高的除塵效率(>99%)。隨著粉塵在初層基礎(chǔ)上不斷積聚，使其透氣性變壞，除塵器的阻力增加，雖然此時(shí)濾袋的除塵效率也增大，但阻力過(guò)大會(huì)使濾袋極易損壞或因?yàn)V袋兩側(cè)的壓差過(guò)大，使空氣通過(guò)濾袋孔眼的速度(過(guò)濾速度)過(guò)高，將已粘附的粉塵帶走，反而使除塵效率下降。因此，袋式除塵器運(yùn)行一定時(shí)間后要及時(shí)清灰，清灰時(shí)又不能破壞初層，以免除塵效率下降。袋式除塵器的清灰方法有三種：機(jī)械搖動(dòng)清灰，逆氣流反吹和振動(dòng)聯(lián)合清灰，脈沖噴吹清灰。

4.1機(jī)械搖動(dòng)清灰

機(jī)械搖動(dòng)清灰(見(jiàn)圖3)是先關(guān)閉除塵風(fēng)機(jī)，然后通過(guò)一臺(tái)搖動(dòng)電機(jī)的往復(fù)搖動(dòng)給濾袋一個(gè)軸線(xiàn)方向的往復(fù)力，濾袋又將這一往復(fù)力轉(zhuǎn)換成徑向的抖動(dòng)運(yùn)動(dòng)，使附在濾袋上的粉塵下落。顯然在過(guò)濾狀態(tài)時(shí)，由于濾袋受氣流的壓力而成柱狀，搖動(dòng)軸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)就不能轉(zhuǎn)換成濾袋的徑向抖動(dòng)，這就是必須停機(jī)清灰的原因。為了充分利用粉塵層的過(guò)濾作用，選擇的過(guò)濾速度較低，清灰時(shí)間間隔較長(zhǎng)(當(dāng)阻力達(dá)到400-600Pa時(shí)清灰為宜)，即使用普通的棉布做濾料，也會(huì)有較高的除塵效率。這種清灰方法的除塵器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定，適合小風(fēng)量、低濃度和分散的揚(yáng)塵點(diǎn)的除塵，但不適合除塵器連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間工作的場(chǎng)合。

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4.2逆氣流反吹清灰

從相反方向反吹空氣通過(guò)濾袋和粉塵層，利用氣流使粉塵從濾袋上脫落(見(jiàn)圖4)。采用氣流清灰時(shí)，濾袋內(nèi)必須有支撐結(jié)構(gòu)，如撐環(huán)或網(wǎng)架，以避免把濾袋壓扁、粘連，破壞初層。

反吹空氣可以有專(zhuān)門(mén)的風(fēng)機(jī)供給，也可以利用除塵器本身的負(fù)壓從外部吸入，采用后者時(shí)，除塵器本身的負(fù)壓值不得小于500Pa。清灰過(guò)程是分組進(jìn)行的，某一組濾袋清灰時(shí)，反吹空氣閥門(mén)自動(dòng)打開(kāi)，同時(shí)凈化空氣出口閥門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)。對(duì)于利用大氣反吹的除塵器，當(dāng)阻力達(dá)到600-1000Pa時(shí)清灰為宜；對(duì)于利用風(fēng)機(jī)反吹的除塵器，當(dāng)阻力達(dá)到800-1200Pa時(shí)清灰為宜，清灰時(shí)間約為30-60s，清灰的時(shí)間間隔約為3-8min。這種清灰力一法的除塵器處理風(fēng)量大，因采用分室結(jié)構(gòu)，故可在不停機(jī)的條件下維修檢查。清灰機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。如濾袋采用內(nèi)濾式，粉塵均集聚在濾袋的內(nèi)表面上，檢查人員或換袋人員的勞動(dòng)條件大為改善。 [Page]

4.3脈沖噴吹清灰

含塵氣體通過(guò)濾袋時(shí)，粉塵阻留在濾袋外表面，凈化后的氣體經(jīng)文丘里管從上部排出。

每排濾袋上方設(shè)一根噴吹管，噴吹管上設(shè)有與每個(gè)濾袋相對(duì)應(yīng)的噴嘴，噴吹管前端裝設(shè)脈沖閥，通過(guò)程序控制機(jī)構(gòu)控制脈沖閥的啟閉(見(jiàn)圖5)。脈沖閥開(kāi)啟時(shí)，壓縮空氣從噴嘴高速射出，帶著比自身體積大5-7倍的誘導(dǎo)空氣一起經(jīng)文丘里管進(jìn)入濾袋。濾袋急劇膨脹引起沖擊振動(dòng)，使附在濾袋外的粉塵脫落。當(dāng)阻力達(dá)到1-1.5kPa時(shí)清灰為宜。壓縮空氣的噴吹壓力為500-600kPa，脈沖周期(噴吹的時(shí)間間隔)為60s左右，脈沖寬度(噴吹一次的時(shí)間)為0.1-0.2s。脈沖噴吹清灰的優(yōu)點(diǎn)是清灰過(guò)程不中斷濾料工作，能實(shí)現(xiàn)粘附性強(qiáng)的粉塵脫落，清灰時(shí)間間隔短，可選用較高的過(guò)濾速度。缺點(diǎn)是脈沖噴吹需要有壓縮空氣源。

4.3.1噴吹壓力

噴吹壓力是指脈沖噴吹的壓縮空氣壓力，噴吹壓力越大，誘導(dǎo)的二次氣流越多，形成的反吹氣速越大，清灰效果越好，袋濾器壓降下降越明顯。圖5為對(duì)由QMF-100型脈沖閥組成的噴吹系統(tǒng)的測(cè)定結(jié)果。由圖5可見(jiàn)，在袋式除塵器壓降限定后，噴吹壓力越高，處理能力越大。在噴吹間隔及噴吹時(shí)間不變的情況下，噴吹壓力增加，允許入口含塵濃度可以相應(yīng)提高。但噴吹壓力過(guò)高，也會(huì)出現(xiàn)過(guò)度清灰現(xiàn)象，反而影響凈化效率，即袋式除塵器出現(xiàn)瞬間“冒灰”現(xiàn)象，同時(shí)耗氣量增加，浪費(fèi)能源。由此可見(jiàn)，噴吹壓力過(guò)低或過(guò)高都會(huì)影響過(guò)濾效果。試驗(yàn)表明，壓縮空氣的壓力相當(dāng)大的一部分消耗在克服噴吹系統(tǒng)本身的阻力上，其數(shù)值可達(dá)0.2MPa以上，其中脈沖閥的阻力占很大部分。近年來(lái)出現(xiàn)幾種低阻脈沖閥，如直通脈沖閥和雙膜片低壓脈沖閥等，由于其內(nèi)阻降低很多，也使噴吹壓力相應(yīng)降低，即低壓噴吹系統(tǒng)。噴吹壓力最低可達(dá)0.2-0.3MPa。此外，加大氣包及噴吹管直徑，以噴嘴代替噴孔等均可降低噴吹壓力。DMF-F屬于低壓脈沖閥，而DMF-Z為高壓脈沖閥，它們本身的壓力損失不同，要求噴吹壓力也應(yīng)不同。噴吹壓力除了考慮脈沖閥阻力外，還應(yīng)考慮濾袋長(zhǎng)度，短濾袋采用低的噴吹壓力，長(zhǎng)濾袋噴吹壓力要相應(yīng)增大。對(duì)于濾袋長(zhǎng)為2000mm、低壓直通脈沖閥，噴吹壓力0.45-0.55MPa。扁袋除塵器一般采用高壓角式脈沖閥，噴吹壓力可適當(dāng)提高到0.6MPa。

4.3.2噴吹間隔

噴吹間隔的長(zhǎng)短直接影響到除塵器的壓降。對(duì)采用定時(shí)控制的脈沖袋式除塵器，噴吹間隔由脈沖控制儀設(shè)定，定時(shí)噴吹(開(kāi)環(huán)控制)。通過(guò)調(diào)整脈沖間隔，可使除塵器壓降基本保持穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行。在不影響正常運(yùn)行的條件下，應(yīng)盡量延長(zhǎng)脈沖間隔，這樣可以減少壓縮空氣耗量，還可以減少脈沖閥膜片及濾袋的損壞，延長(zhǎng)使用壽命。延長(zhǎng)噴吹間隔，噴吹系統(tǒng)耗電量雖然少了，但由于除塵器壓降增加過(guò)多，會(huì)增加引風(fēng)機(jī)的耗電量。

4.3.3噴吹時(shí)間

噴吹時(shí)間(又稱(chēng)脈沖寬度)即脈沖閥開(kāi)啟噴吹的時(shí)間。一般噴吹時(shí)間越長(zhǎng)，噴人濾袋內(nèi)的壓縮空氣量也越多，清灰效果好。但噴吹時(shí)間增加到一定值后，對(duì)清灰效果的影響并不明顯。圖6為QMF-100型脈沖閥在過(guò)濾速度和入口含塵濃度一定時(shí)，不同噴吹壓力下，噴吹時(shí)間和除塵器壓降的關(guān)系。由圖6可見(jiàn)，開(kāi)始，隨噴吹時(shí)間的增加，除塵器壓降下降很快，而噴吹時(shí)間達(dá)到一定值時(shí)，壓降下降很少，但壓縮空氣量卻成倍增加。因此想通過(guò)調(diào)節(jié)噴吹時(shí)間來(lái)降低除塵器的壓降是有限的，一般噴吹時(shí)間在0.1-0.2s，通常取0.15s。

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4.3.4壓縮空氣耗量

壓縮空氣耗量主要取決于噴吹壓力、噴吹周期、噴吹時(shí)間、脈沖閥型式和口徑以及濾袋數(shù)等因素。圖7為QMF-100型脈沖閥在過(guò)濾風(fēng)速一定而噴吹壓力不同時(shí)，噴吹時(shí)間與耗氣量的關(guān)系。除塵器的總耗氣量Q可按下式計(jì)算：

Q=a?n?q/T(8)

式中：Q—除塵器耗氣量，m3/min；

a一附加系數(shù)(包括管道漏氣)取1.2；

n—脈沖閥數(shù)量，個(gè)；。

q—每個(gè)脈沖閥噴吹一次耗氣量m3；一般噴吹時(shí)間0.15s；

T一脈沖周期，min。

如對(duì)于QMF-100型脈沖閥，當(dāng)噴吹壓力為0.5--0.7MPa，噴吹時(shí)間為0.1-0.2s時(shí)，每個(gè)脈沖閥噴吹一次的耗氣量0.01-0.034m3；當(dāng)噴吹壓力為0.4--0.57MPa，噴吹時(shí)間為0.2-0.3s時(shí)，每個(gè)脈沖閥噴吹一次的耗氣量0.025--0.036m3。

5結(jié)語(yǔ)

石材工業(yè)中的粉塵對(duì)生產(chǎn)空間的內(nèi)外環(huán)境的危害是眾所周知的，也是當(dāng)前迫切需要解決的問(wèn)題。除了配置合適的除塵設(shè)備外，尚需用戶(hù)了解除塵器的除塵機(jī)理、操作條件和影響因素。正確使用和維護(hù)除塵設(shè)備，既可使其發(fā)揮最大的除塵效果，還可以延長(zhǎng)使用壽命。當(dāng)然，與除塵器配套的風(fēng)機(jī)風(fēng)壓和風(fēng)量等參數(shù)也會(huì)直接影響除塵效果，在設(shè)計(jì)、使用過(guò)程中亦應(yīng)一起考慮。除塵效率與過(guò)濾速度、氣體的含塵濃度和連續(xù)運(yùn)行的時(shí)間有關(guān)。過(guò)濾速度、氣體的含塵濃度和連續(xù)運(yùn)行的時(shí)間又是相互制約的。處理含塵濃度高的氣體時(shí)，清灰時(shí)間間隔應(yīng)盡量縮短；進(jìn)口含塵濃度低、清灰時(shí)間間隔短、清灰效果好的除塵器，可以選用較高的過(guò)濾速度；相反，則應(yīng)選擇較低的過(guò)濾速度。隨著袋式除塵器在石材工業(yè)中的長(zhǎng)期應(yīng)用和理論研究的不斷深人，如設(shè)計(jì)參數(shù)、過(guò)濾機(jī)理、濾料性能、設(shè)備結(jié)構(gòu)和清灰方法等工作的進(jìn)一步研究，袋式除塵器在石材工業(yè)的生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)中將發(fā)揮更大的作用。

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