袋式除尘器

1第六节袋式除尘器袋式除尘器是一种高效干式除尘器。它是依靠纤维滤料做成的滤袋，更主要的是通过滤袋表面上形成的粉尘层来净化气体的。几乎对于一般工业中的所有粉尘，其除尘效率均可能达到99％以上。如果所用滤料性能好，设计、制造和运行得当，则其除尘效率甚至可以达到99．9％。通常滤袋多做成圆柱形，其直径120～300mm，长度可达10m。为了使结构紧凑，滤袋也有做成扁袋的，其厚度及间距可以只有25～50mm。其处理风量可以从每小时几百立方米到百万立方米。由于所采用的滤袋形式、组合方式以及清灰方式等不同，袋式除尘器的种类很多。特别是近40年来，由于新的合成纤维滤料的出现，清灰方法的不断改进以及自动控制和检测装置的使用，使袋式除尘器得到迅速发展，已成为各类高效除尘设备中最富竞争力的一种除尘设备。一、袋式除尘器的基本原理(一)滤尘机制简单的袋式除尘器如图6—18所示，含尘气流从下部进入圆筒形滤袋，在通过滤料的孔隙时，粉尘被滤料阻留下来，透过滤料的清洁气流由排出口排出。沉积于滤料上的粉尘层，在机械振动的作用下从滤料表面脱落下来，落入灰斗中。袋式除尘器的滤尘机制包括筛分、惯性碰撞、拦截、扩散、静电及重力作用等。筛分作用是袋式除尘器的主要滤尘机制之一。当粉尘粒径大于滤料中纤维间孔隙或滤料上沉积的粉尘间的孔隙时，粉尘即被筛滤下来。通常的织物滤布，由于纤维间的孔隙远大于粉尘粒径，所以刚开始过滤时，筛分作用很小，主要是纤维滤尘机制——惯性碰撞、拦截、扩散和静电作用。但是当滤布上逐渐形成了一层粉尘粘附层后，则碰撞、扩散等作用变得很小，而是主要靠筛分作用。图6—18机械振动袋式除尘器一般粉尘或滤料可能带有电荷，当两者带有异性电荷时，则静电吸引作用显现出来，使滤尘效率提高，但却使清灰变得困难。近年来不断有人试验使滤布或粉尘带电的方法，强化静电作用，以便提高对微粒的滤尘效率。重力作用只是对相当大的粒子才起作用。惯性碰撞、拦截及扩散作用，应随纤维直径和滤料的孔隙减小而增大，所以滤料的纤维愈细、愈密实，滤尘效果愈好。(二)滤尘效率在各种除尘装置中，袋式除尘器是滤尘效率很高的一种，几乎在各种情况下，滤尘效率都可以达到99％以上。如设计、制造、安装运行得当，特别是维护管理适当，则不难使其除尘效率达到99．9％。在许多情况下，袋式除尘器的排尘浓度可以达到每立方米数十毫克，2甚至0．1mg／m3以下。因此，有时可以将袋式除尘器排气送回车间内部循环使用，节省了为补给空气加热或冷却的能耗和费用。当然，在设计、选用不当或操作管理不善的情况下，袋式除尘器的排尘浓度也会达到很高数值。影响袋式除尘器滤尘效率的因素包括粉尘特性、滤料特性、运行参数(主要是粉尘层厚度、压力损失和过滤速度等)以及清灰方式和效果等。下面仅对几个主要影响因素做一简述。1．滤料的结构及粉尘层厚度袋式除尘器采用的滤料可以是织物(素布或起绒的绒布)，也可以是辊压或针刺的毡子。不同结构的滤料，滤尘过程不同，对滤尘效率的影响也不同。素布中的孔隙存在于经、纬线以及纤维之间，后者占全部孔隙的30％～50％。开始滤尘时，大部分气流从线间网孔通过，只有少部分穿过纤维间的孔隙。其后，由于粗尘粒嵌进线间的网孔，强制通过纤维间的气流逐渐增多，使惯性碰撞和拦截作用逐步增强。由于粘附力的作用，在经、纬线的网孔之间产生了粉尘架桥现象，很快在滤料表面形成了一层所谓粉尘初次粘附层(简称粉尘初层)，如图6—19所示。由于粉尘粒径一般都比纤维直径小，所以在粉尘初层表面的筛分作用也强烈增强。这样一来，由于滤布表面粉尘初层及随后在其上逐渐沉积的粉尘层的滤尘作用，使滤布成为对粗、细粉尘皆是有效的过滤材料，滤尘效率显著提高。图6—19滤布的滤尘过程绒布是素布通过起绒机拉刮成具有绒毛的织物。开始滤尘时，尘粒首先被多孔的绒毛层所捕获，经、纬线大都起一种受力的支撑作用。随后，很快在绒毛层上形成一层强度较高且较厚的多孔粉尘层。由于绒布的容尘量比素布大，所以滤尘效率比素布高。毡子是由单纤维杂乱堆积的、较厚实的多孔性滤料，在一定程度上具有内部式过滤器的特点。不但毡本身具有一定的滤尘能力，而且容尘量大，所以即使其表面不形成粉尘层，也能保证有较高的滤尘效率。可见，袋式除尘器的滤尘效率高，主要是靠滤料上形成的粉尘层的作用，滤布则主要起着形成粉尘层和支撑它的骨架的作用。正是由于袋式除尘器是把沉积在滤料表面上的粉尘层作为过滤层的一种过滤式除尘装置，所以为控制一定的压力损失而进行清灰时，应保留住粉尘初层，而不应清灰过度，乃至引起效率显著下降，滤料损伤加快。图6—20为同一种滤料在不同状况下的分级效率曲线。由图可以看出，清洁滤料(新的或清洗后的滤料)的滤尘效率最低，积尘后最高，清灰后有所降低。还可以看出，对粒径为0．2～0．4μm左右的粉尘，在不同状况下的过滤效率皆最低。这是因为这一粒径范围的尘粒正处于惯性碰撞和拉截作用范围的下限、扩散作用范围的上限。3图6—20滤料在不同状况下的分级效率不同结构的滤料在清灰后的效率降低值也是各不相同的。素布结构的滤料，清灰后粉尘层受到破坏，沉积的粉尘层呈片状脱落，过滤效率显著下降。绒布滤料因绒毛间能保留着部分永久性容尘，所以清灰后效率下降不很大。而毛毡滤料，由于其永久性容尘量大，所以即使清灰过度，对效率影响也不很大。2．过滤速度袋式除尘器的过滤速度υ系指气体通过滤料的平均速度(m／min)。可用下式表示AQv60(6—24)式中Q——通过滤料的气体流量，m3／h；A——滤料总面积，m2。工程上也用比负荷qf的概念，它系指每平方米滤料每小时所过滤的气体量(m3)，其单位是m3／(m2·h)，因此AQqf(6—25)显然有vqf60过滤速度υ(或比负荷qf)是代表袋式除尘器处理气体能力的重要技术经济指标。过滤速度的选择要考虑经济性和对滤尘效率的要求等各方面因素。从经济方面考虑，选用的过滤速度高时，处理相同流量的含尘气体所需的滤料面积小，则除尘器的体积、占地面积、耗钢量亦小，因而投资小，但除尘器的压力损失、耗电量、滤料损伤增加，因而运行费用高。从滤尘效率方面看，过滤速度大小的影响是很显著的。一些实验表明，过滤速度增大1倍，粉尘通过率可能增大2倍甚至4倍以上。所以通常总是希望过滤速度选得低一些。实用中织物滤布的过滤速度为0．5～2m／min，毛毡滤料为1～5m／min。从经济性和高效率两方面看，这一滤速范围是最适宜的。当过滤速度提高时，将加剧尘粒以三条途径对滤料的穿透，即直通、压出和气孔，因而降低除尘效率(见图6—21)。上面所述的滤尘效率随过滤速度增大而显著降低的特性，是不能用纤维过滤理论来解释的。从纤维过滤理论来看，当以惯性碰撞为主要捕集机制时，捕集效率应随过滤速度增大而提高；只有在以扩散为主要捕集机制时，捕集效率才会随速度减小而提高，但扩散作用对粒径为0．2μm左右以上的粒子是不重要的，而实际要捕获的粒径要比这大得多。4图6—21粉尘透过滤布的机理3．粉尘特性在粉尘特性中，影响袋式除尘器除尘效率的主要是粉尘颗粒(见图6—22)。对于0．1μm的尘粒，其分级除尘效率可达95％。图6—23表示对锅炉飞灰的分级除尘效率。对于大于1μm的尘粒，可以稳定地获得99％以上的除尘效率。图6—22不同粒径的除尘效率1—积尘的滤料；2—振打后的滤料；3—洁净滤料图6－23锅炉用袋式收尘器的分级收尘率在大小不等的尘粒中，以粒径0．2～0．4μm尘粒的分级效率最低，无论清洁滤料或积尘后的滤料皆大致相同。这是由于这一粒径范围的尘粒处于几种除尘效率低值的区域所致。尘粒携带的静电荷也影响除尘效率，粉尘荷电越多，除尘效率就越高。现已利用这一特5性，在滤料上游使尘粒荷电，从而对1．6μm尘粒的捕集效率达至99．99％。4．清灰方式袋式除尘器滤料的清灰方式也是影响其滤尘效率的重要因素。如前所述，滤料刚清灰后的滤尘效率是最低的，随着过滤时间(即粉尘层厚度)的增长，效率迅速上升。当粉尘层厚度进一步增加时，效率保持在几乎恒定的高水平上。清灰方式不同，清灰时逸散粉尘量不同，清灰后残留粉尘量也不同，因而除尘器排尘浓度不同。例如，机械振动清灰后的排尘浓度，要比脉冲喷吹清灰后的低一些；以直接脉冲(压缩空气直接向滤袋喷吹)和阻尼脉冲(在清灰系统中有一装置，当电磁阀关闭后可使滤袋内的压力逐渐降低)相比较(两者的压力上升率和最大逆压均相同)，前者的排尘浓度约为后者的几倍。这是因为在直接脉冲的情况下，喷吹后滤袋急剧地收缩，过滤气流和滤袋的加速一起作用，使喷吹后振松了的粉尘穿透增多。阻尼脉冲喷吹后滤料上残留粉尘较多，因而其滤层阻力比直接脉冲高。此外，对于同一清灰方式，如机械振动清灰方式，在振动频率不变时，振幅增大将使排尘浓度显著增大；但改变频率、振幅不变时，排尘浓度却基本不变。实际应用的袋式除尘器的排尘浓度取决于同时清灰的滤袋占滤袋总数的比例，气流在全部滤袋中的分配以及清灰参数等的影响。(三)压力损失袋式除尘器的压力损失(设备阻力)不但决定着它的能耗，还决定着除尘效率和清灰的时间间隔。袋式除尘器的压力损失与它的结构形式、滤料特性、过滤速度、粉尘浓度、清灰方式、气体温度及气体黏度等因素有关。它基本上由三部分组成。dcpppp0(6—26)式中△p——袋式除尘器设备阻力，Pa；△pc——除尘器结构阻力，Pa；△p0——清洁滤料的阻力，Pa；△Pd——滤料上附着粉尘的阻力，Pa。(1)除尘器结构阻力是指气体通过入口、出口以及除尘器内部的挡板、引射器等产生的阻力。正常情况下，这部分阻力一般为200～500Pa(20～50mmH2O)；(2)清洁滤料的阻力(△p0)是指滤料未附着粉尘时的阻力。该项阻力较小。气体在滤料中的流动属于层流，清洁滤料的压力损失可用下式表示：vp00(6—27)式中0——滤料的阻力系数，1／m；μ——气体的动力黏度，kg／(m·s)；υ——过滤速度，m／s。(3)滤料上粉尘层的阻力vamvpdd(6—28)式中d——粉尘层的阻力系数，1／m；a——粉尘层的比阻力，m／kg；m——粉尘负荷，kg／m2。于是，积尘滤料的总阻力为vamvpppddf)()(000(6—29)在一般情况下△p0＝50～200Pa，而△pd＝500～2500Pa。通常，a值不是常数，它取决于粉尘堆积负荷m、粉尘粒径、粉尘层的空隙率及滤料的特性等。a一般为109～1012m／kg。对于清洁滤料，实用上常以透气率指标表示其阻力。透气率系指压差124．5Pa(12．7mmH2O)时，滤料对大气的过滤速度(cm／s)。(四)影响设备压力损失的因素(1)袋式除尘器的压力损失在很大程度上取决于选定的过滤风速。除尘器结构阻力、清洁滤料的阻力及滤料上附着粉尘层的阻力都随过滤风速的提高而增加。如图6—24所示。6图6－24阻力与过滤风速的关系(2)粉尘堆积负荷(m)对积尘滤料的阻力有决定性的影响。除直接关系着△Pd的大小外，式(6—28)及式(6—29)中的a值亦随m值而变化。图6—25所示为实用m值范围内的a值。图6—25滤料的平均。值(过滤风速1～10cm／s)1—长丝滤布；2—光滑滤布；3—纺纱滤布；4—绒布(3)滤料的特性。不同结构滤料的阻力通常有如下关系：长纤维滤料高于短纤维滤料；不起绒滤料高于起绒滤料；纺织滤料高于毡类滤料；布料较重的滤料高于较轻的滤料。(4)过滤时间。工作过程中袋式除尘器的阻力不是定值，而是随时间变化的。随着过滤的进行，滤料上附着的粉尘层逐渐增厚，透光性降低，阻力便相应增加。这将使风机工作风量减小，粉尘穿透量增大，并可能抽去滤料缝隙间的沉积粉尘，使除尘效率降低。此时便需清灰，以便将阻力控制在一定范围之内。因而，设备阻力的变化实际如图6—26所示。对于分室的袋式除尘器，常用逐室中断过滤进行清灰的方法。此时，总抽风量稍有下降，设备阻力亦略有增加。当清灰结束重新恢复滤尘时，由于清灰滤室的阻力已下降，所以袋式除尘器总风量将增加，设备阻力将下降(见图6—27)。7图6—26阻力与时间的关系图6—27分室袋式除尘器阻力