除尘器

脉冲喷吹扁式方框滤筒除尘器的清灰性能

作者:广州新瑞环保    来源:www.xinruiep.com    发布时间:2019-01-02 15:39:58

摘要:为探究新型扁式方框滤筒的清灰性能,在自建的脉冲喷吹实验台上,测得不同电磁阀、开孔型号、喷吹距离、喷吹压力下的侧壁压力峰值大小及其分布规律。通过进一步工业附粉,监测除尘器的阻力和清灰后的粉尘残余量,验证找到扁式方框滤筒的最佳喷吹清灰参数组合。结果表明:扁式方框滤筒的最佳开孔型号是7个7mm孔,喷吹距离为20mm;对于玉米秸秆粉尘,当过滤风速低于0.6m/mm3时,在1寸阀、0.2MPa喷吹压力下可满足对其基本清灰需求,且风速越小,清灰后的粉尘残余量越少,阻力也越小,低于150Pa。另外,脉冲清灰过后,未被清除下来的粉尘多集中于扁滤筒的上部且是未正对喷吹孔的位置,如何进一步改善有待之后研究。

关键词:扁式方框滤筒;脉冲喷吹;侧壁压力峰值;系统阻力;粉尘残余量;滤筒除尘器

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近些年来,我国逐渐加大了对机械、烟草和喷涂等行业工作环境的关注。这些行业的生产过程中会产生一些有毒有害的粉尘,严重危害职工身体健康。脉冲喷吹除尘器是目前最受欢迎的除尘设备,其开发、应用以及清灰性能的改善一直是研究热点。在实际应用中,某些生产车间空间有限导致大型的除尘器安装不便(如激光切割机作业),除尘器生产厂家设计出了一款新型的扁式方框除尘滤筒。该滤筒最大的优点是节省占地面积,可适用于小型除尘器,安置不受限制,其清灰机理与圆形滤筒一样。小型除尘器采用v型褶皱设计,褶数少(见图1),比普通圆滤筒更易清灰。与滤袋相比,其过滤面积大了接近3倍,可节省占地面积近70%,而且寿命长达3~5年。与塑烧板相比,其具有塑烧板的性能指标,但是价格低廉。此新型滤筒优点众多,目前已在欧美国家已推广应用20多年,应用领域涉及机械、汽车喷涂、建筑以及隧道等。而由于国内外对其清灰性能的研究甚少,所以在工业应用中受到了一定的阻碍。

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脉冲喷吹除尘器的关键在于清灰,清灰效果的好坏直接影响除尘器的除尘效率和系统运行阻力,国内外大量学者已针对市场上普遍用的滤筒、滤袋除尘器的清灰设计方面做了大量的研究。有结果,影响除尘器脉冲清灰性能的一个非常重要的参数是脉冲压力,且滤芯内壁所受压力越大,粉尘分离越大,清灰效果越好。由于扁式方框滤筒本身内部结构的复杂设计,对其采用脉冲喷吹进行清灰时,它能承受的最大喷吹压力、对过滤风速和粉尘浓度的要求以及它的阻力变化等,还未有相关文献报道。因此,本研究基于圆形滤筒和滤袋的研究之上,以侧壁压力峰值大小和粉尘残余量作为评价清灰效果的指标,初步探究新型扁式方框滤筒的清灰性能,旨在为除尘器的应用作进一步的推广,并为工业设计和应用提供一定的理论依掂和技术指导。

1侧壁压力峰值测试

1.1实验装置

脉冲喷吹实验装置示意图如图2所示,实验主要设备型号及参数:普通聚酯无纺布扁式方框滤筒(长460MM,宽64mm,高1000mm,褶数36,褶深31,过滤面积4m2,过滤精度5μm);螺杆式空气压缩机(UDI8A-7),额定压力0.7MPa;3/4”(型号DMF-ZM-20)和1”(型号DMF-ZM-25)电磁脉冲阀;脉冲仪(SXC-8A1);气包(体积22.4m3,壁厚7.5mm,最大喷吹压力为0.75MPa);喷吹管长1200mm,喷吹管径25mm。

实验测试仪器:6只压电式压力传感器(QSY8115);电荷放大器(QSY7709);便携式数据采集仪(USB-8512E);

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1.2实验方法

用电式压力传感器测得滤筒的侧壁正压力峰值,沿滤筒长度方向布置2列共计6个测点,即测点p1~p6。测点距离(测点到滤筒口距离)分别为(p1/p4)100mm,(p2/p5)500mm和(p3/p6)900mm。其中,测点p1~p3正对喷吹孔,测点p4~p6在相邻两个喷吹孔中间(如图3所示)。滤筒侧壁压力信号由电荷放大器放大,传给数据采集仪并由计算机同步记录,数据采集卡采样率1kHz。每组实验重复6次,求取平均值。

依据制造和应用经验,该滤筒宜采用低压脉冲喷吹,且喷吹距离应较小。考虑到孔管截面积比值大小对侧壁压力峰值有一定的影响,实验设定下面所列4种开孔型号,截面积比约为50%。本实验所选用的设计方案和操作参数具体如下:

电磁阀:3/4”和1”;

开孔型号:3×φ10mm(孔间距161mm),7Xφ7mm(孔间距65mm),9×φ6mm(孔间距52mm),12Xφ5mm(孔间距38mm);

喷吹距离:10、20、40、60、80和100mm;

喷吹压力:0.1、0.2、0.3和0.4MPa。

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1.3结果与讨论

1.3.1喷吹距离对压力峰值的影响

图4为2种开孔型号在不同喷吹距离下的侧壁压力峰值。实验条件:喷吹压力0.2MPa,1”阀。由于数据较多,此处不一一列举,仅以7×φ7mm和12×φ5mm孔为例。由图4可以看出,该新型扁方框滤筒的压力峰值分布除了个别点先增大后减小之外,大都呈现随喷吹距离的增大而逐渐减小的趋势。而且除了上部测点1的数值和变化都比较大之外,其他几个测点的压力峰值没有很大的差异和变化。本实验操作条件下,基于侧壁压力峰值的均匀性和取大原则,选定20mm为最佳喷吹距离。

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1.3.2脉冲阀对压力峰值的影响

表1为两种开孔型号7×φ7mm和12Xφ5mm在改变电磁阀型号下的侧壁压力峰值分布。实验条件:喷吹距离20mm,喷吹压力0.2MPa。

由表1可知,开孔型号已定,1”阀对应下的各个测点的压力峰值均大于3/4”阀,这与周奇杰的研究结果相一致。LU等研究发现,粉煤灰的临界清灰平均超压是500~600Pa,由于本实验中采用的是低压喷吹,测得的压力峰值相对都比较小,故优先选用较大的1”阀用于后期工业附粉实验。

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1.3.3开孔型号对侧壁压力峰值的影响

表2为4种开孔型号下的侧壁压力峰值分布。实验条件:喷吹距离20mm,喷吹压力0.2MPa,阀1寸(3/4寸结果一致,不再列举)。

由表2可以看出,对于任意给定的开孔型号,测点1处侧壁压力峰值最大,且正喷孔下的3个测点的压力峰值是逐渐减小的,这与巨敏等的圆形滤筒的测试结果大不相同,其原因主要与气流在滤芯内的流动规律有很大关系,需要进行数值模拟方可解释。非正对孔下的3个测点变化趋势无明显规则,但数值相差不多。另外,对于这4种开孔型号,7×φ7mm孔的压力峰值最大,12×φ5mm孔最小,且除了12×φ5mm孔,其他开孔型号正对孔下的测点压力峰值均大于非正对孔的。由于滤筒清灰力度未知,因此,选择哪种开孔型号还需工业实验验证。单就压力峰值的大小来说,7×φ7mm孔在本实验条件下是最优的。

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1.3.4喷吹压力对侧壁压力峰值的影响

图5是不同喷吹压力下的各个测点的压力峰值变化曲线。实验条件:7×φ7mm孔,喷吹距离20mm,1”阀。

由图5不难看出,喷吹压力大小直接影响其清灰性能,喷吹压力越大,各个测点的侧壁压力峰值就越大。但为避免过度清灰情况发生,喷吹压力的大小还须由工业附粉清灰情况而定。

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2工业附粉清灰实验

2.1实验装置

系统由粉尘入料装置、除尘器箱体(装有两个手动下料阀)、喷吹管(D25mm)、DMF-ZM-25型1电磁脉冲阀、气包(容积22.4L)、变频引风机和压差表(2只)组成。

从粉尘入料口向系统提供平均粒径为29.31μm的玉米秸秆粉尘,颗粒气固浓度由漏斗和振动给料机控制。压差表两端分别连接除尘器进出口处,测试除尘器的运行阻力;喷吹孔到花板的距离(喷吹距离)为20mm。除尘器运行期间,采用定时在线清灰,脉冲电磁阀可控制关闭,喷吹间隔可调,脉冲宽度100ms。具体设计和操作参数如表3所示。

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2.2实验方法

根据现有研究结果,过滤风速对除尘器的清灰效果和整个系统的运行阻力有较大的影响。因此,附粉实验过程中,在气固浓度不变的前提下,改变过滤风速和喷吹压力,观察并每3min记录一次除尘器运行阻力变化情况。50min后,停机运行并取出滤筒进行称重。在滤筒取出称重的过程中,为减少粉尘抖落对实验结果造成不利影响,先用透明塑料袋把滤筒套住。粉尘残余量由清灰后的滤筒重量减去滤筒

2.3结果与讨论

2.3.1开孔型号对清灰效果的影响

表4为3种开孔型号在改变喷吹压力和过滤风速时除尘器阻力、粉尘残余量及所占比重变化。图6(a)和(b)分别为3×10mm孔在0.3MPa喷吹压力、0.6m/min过滤风速下的清灰图和7×φ7mm孔0.2MPa喷吹压力、0.45m/min过滤风速下的清灰图。

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由表4可以看出在同一喷吹压力和过滤风速下,3×φ10mm孔对应的粉尘残余量最多,7Xφ7mm孔和12×φ5mm孔在风速较低时粉尘残余量相差不多,阻力也几一样,这种现象与表2中的侧壁力峰值数据结果正好对应。表2中示,3Xφ10mm孔下的平均侧壁压力峰值虽然也很大,但是其非正对孔下的测点处的侧擘压力峰值却最小,导致其中上部非正对孔下的粉尘由于清灰力道不足而清不下来,清灰后的图片见图6(a)。虽然12×φ5mm有利于改善上部残留粉尘,但滤筒表面总体粉尘量比7×φ7Mm孔多,其原是12×φ5mm孔的正对孔下的P2、P3值太小,导致清灰不完全。此外,对于任一开孔型号,清灰后残留的粉尘主要集中于滤筒的上半部分,且是相邻两喷吹孔之间的间隙区的位置,如同6(a,b)所示。这主要是由于射流进入滤芯内,扩散至非正对喷吹孔下,气流量不足,清灰力度较弱,形成清灰困难区。因此,进一步改善滤筒的喷吹孔间隙区的清灰非常重要。结合侧壁压力峰值实验和工业附粉的实验结果,最优开孔型号选定为7×φ7mm孔。

2.3.2除尘器阻力变化

图7为关闭脉冲时,7×φ7mm孔,0.3MPa喷吹压力,风速分别为0.45和0.6m/min下的阻力变化曲线。运行一个多小时后,打开脉冲进行喷吹,同样记录其阻力变化。

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图8为开启脉冲时,7×φ7mm孔,0.2MPa喷吹压力,风速为0.45m/min下的喷吹前后阻力变化曲线(喷吹间隔2min,数据记录2min1次)。

由图7和8可知,影响除尘器阻力变化的主要是过滤风速大小,一次脉冲喷吹对阻力影响甚小。如气固浓度不变,在0.6m/min风速下,除尘器阻力在80min内升至1600Pa,而在0.45m/min风速下,除尘器阻力在90min时才升至700Pa左右,这与LI等的研究结果相一致。图7还显示,在连续喷吹N次后,0.45和0.6m/min对应的系统阻力分别稳定在95和150Pa左右。

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2.3.3喷吹压力和过滤风速对清灰效果的影响

图9和10分别为改变喷吹压力和过滤风速下的粉尘残余量变化。开孔型号为7×φ7mm孔,间隔30s。

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由图9可知,在同等风速下,喷吹压力与粉尘残余量成反比例关系,对清灰效果影响很大。本实验中,0.3MPa的压力可满足小于0.8m/min风速的清灰要求,0.2MPa的压力可满足小于0.6m/min风速的清灰要求。虽然同一风速下,喷吹压力越大,清灰效果越好,但是实际运行中需考虑滤筒的使用寿命,防止过度清灰现象发生。

由图10可知,在同一喷吹压力下,过滤风速越大,粉尘残余量越多,这是因为过滤风速的大小直接决定粉饼形成的特性和密度,从而影响清灰的难易程度。在一定的粉尘浓度下,过滤风速越高,粉饼特定阻力和密度就越大¨。虽然除尘器的阻力都很低,但是粉尘残余量增多会相应地降低滤筒的有效过滤面积,因此,本实验操作条件下,过滤风速应不高于0.6m/min。

3结论

1)针对玉米秸秆粉尘,扁方框滤筒的最佳清灰参数为:最优喷吹距离20mm,1寸阀,开孔型号7×φ7mm;

2)扁方框滤筒的适用风速不宜过大,风速越小,清灰性能越好,除尘器阻力也越小。在0.2MPa的清灰压力下,风速最好不超过0.6m/min;在0.3MPa的清灰压力下,风速最好不超过0.8m/min。考虑到滤筒的使用寿命,建议压力尽量选的低一些。

3)单只扁滤筒的除尘阻力很小,在0.45m/min的过滤风速下,除尘器阻力低于100Pa;

4)扁式方框滤筒上部位置尤其是两股射流的间隙区粉尘最多,如何进一步改善此清灰困难区非常关键。另外,扁式方框滤筒的清灰性能还与滤料选取、脉冲宽度、脉冲间隔、气固浓度及粉尘特性等有很大关系,这些都有待进一步的研究。

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