除尘器

诱导气流对脉冲喷吹滤筒除尘器清灰影响的研究

作者:广州新瑞环保    来源:www.xinruiep.com    发布时间:2019-01-11 15:31:30

摘要:采用理论模型分析和实验方法,研究喷吹压力、诱导流量与诱导距离三者的相互变化对滤筒清灰效果的影响。结果表明:在其他参数不变的条件下,任一断面诱导气流量与诱导距离成正比,断面平均流速与诱导距离成反比,滤筒清灰效果取决于二者相互作用的结果;实验验证了在诱导距离为150mm时,Φ6mm超音速喷嘴形成的脉冲诱导气流对滤筒的侧壁压力峰值大约为Φ4mm喷嘴的2~3倍。

关键词:诱导气流;脉冲喷吹滤筒除尘器;清灰;诱导距离

滤筒除尘器由于具备体积小,结构紧凑、阻力小和运行费用较低等特点,目前在机械、建材、矿山、化工、医药和烟草等行业中都有应用,并且近些年来,随着滤料技术的进步和推广,滤筒除尘器在各行业生产过程中的应用优势逐渐显现。姜艳艳等人探讨了滤筒除尘器在井下狭小空间除尘的可行性,并通过实验表明滤筒除尘器除尘效率可达到99%;苏庆勇设计了一种适用于矿山冶金等行业的小型移动式滤筒除尘器,并对其主要参数进行分析和计算;张一帜和杨军瑞等人对脉冲喷吹滤筒在超细粉体的环境中进行了性能测试,研究脉冲喷吹滤筒除尘器在不同浓度粉尘环境中应用的可行性和可靠性;林龙沅等人比较了超音速喷嘴与普通喷口对滤筒清灰效果,结果表明超音速喷嘴在对长滤筒进行脉冲清灰时具有很大的优势。

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滤筒除尘器清灰效果的好坏是除尘效率的关键,对脉冲滤筒除尘器清灰效果的相关研究表明,滤筒侧壁所受压力峰值是影响清灰效果的主要因素。影响压力峰值大小除了与喷嘴型式、滤筒结构有关以外,还与喷嘴出口的脉冲气流流速以及通过的诱导距离有关,本文拟从研究脉冲喷吹压力、诱导流量与诱导距离的关系出发,研究三者的相互变化对滤筒清灰效果的影响。

1实验装置及原理

(1)实验装置

敞开式XC-147-P型聚酯滤筒除尘器,外径147mm,内径128mm,长度1000mm,滤料折数45,过滤面积2.5m2;DCF-2L-B直角型电磁脉冲阀、气包、SXC-8A1型脉冲控制仪,其脉冲宽度调至0.08s;UDI8A-7型螺杆式空气压缩机,压缩空气压力最高可达0.7MPa;DBR-4000减压阀、安全阀等。

(2)实验测试仪器

Y-YD-7044型传感器、QSY-1型电荷放大器、USB-8512E便携式数据采集仪、L型不锈钢标准毕托管等。

(3)其他

橡皮软管、手套、钳工工具箱、清洁用品等。

(4)实验测试

当电磁脉冲阀开启,气包中的高压气流迅速通过Φ20mm的喷吹管,喷吹管上设置了数量不等的喷嘴,脉冲高压气流从喷吹管喷嘴中喷出,喷嘴与滤筒之间存在一段距离,称为诱导距离,这段距离主要用于脉冲喷吹气流在进入滤筒除尘器之前诱导空气,最后脉冲喷吹气流与诱导空气一同进入滤筒除尘器内清灰。图1中,在滤筒上的100、500、900mm处布置的3个测点(图中1、2、3),主要用来测试脉冲诱导空气对滤筒的侧壁压力。

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2实验结果与分析

2.1诱导距离与流量

在脉冲气流从喷嘴进入滤筒除尘器的过程中,射流与周围气体不断发生质量和动量的交换,诱导周围气体一起向前流动,使得射流的质量不断增加,形成了向周围扩散的锥形状流动场,见图2。

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为了表征任一射流断面的速度分布,本文采用无限空间紊流射流半经验公式表示射流各断面上的速度分布:

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式中,um为截面轴心速度。

对任意射流断面和射流出口断面应用动量定理可得:

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由于滤筒清灰中的诱导距离较短(一般小于250mm),因此可以忽略重力作用,可得截面轴心速度与射流初始出口速度关系:

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联立式(1)和式(2)可得:

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因此,坐标y处、半径为R的射流横断面诱导气流量为:

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可得:

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y处横断面平均流速:

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采用Φ6mm喷嘴,a=0.066,r0=3mm,考虑诱导距离在100~250mm变化,喷吹压力采用喷嘴出口流速表示,喷嘴出口速度在100~400m/s范围内变化。根据式(4)和式(5)考察诱导流量、平均速度在不同喷嘴出口流速下随诱导距离的变化规律,见图3。

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从图3中可以看出,随着诱导距离的增大,脉冲气流的诱导流量随之增大,并且随着喷吹出口气流初始速度的增大,诱导流量增大的速度加快;而射流断面平均速度正好与此相反,随着诱导距离的增大,射流断面平均速度迅速减小,在诱导距离约为150mm后,断面平均速度的减小速率放缓。因此当诱导流量逼近最大时,射流断面平均速度达到最小,滤筒清灰效果变差;同理,追求射流断面平均速度的最大值,达不到最好的滤筒清灰效果。因此,在其他参数不变(如喷吹压力、滤筒本身结构等)的条件下,滤筒清灰效果也并不是由单一脉冲气流诱导量或射流断面平均速度决定,而是二者相互作用的结果。

2.2滤筒侧壁压力峰值分析

实验采用喉部直径为6mm和4mm的超音速喷嘴作为脉冲清灰的喷吹管喷口,诱导距离为150mm,考察了喷吹压力为0.1~0.6MPa的滤筒侧壁压力峰值的变化情况,见图4~图6。

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从图4~图6看出,不同喉部直径喷嘴的脉冲喷吹气流对滤筒的侧壁压力峰值不同,图中比较了在滤筒100、500、900mm处的压力峰值,在相同的喷吹压力条件下,Φ6mm喷嘴形成的脉冲诱导气流对滤筒的侧壁压力峰值要高于Φ4mm喷嘴,这主要是因为Φ6mm喷嘴出口的脉冲气流流量大,相比于Φ4mm喷嘴,这部分脉冲气流在进入滤筒清灰前,诱导了大量的气体,诱导气体进入滤筒后动压迅速转为静压,因此其作用在滤筒的侧壁压力峰值高于Φ4mm喷嘴。从图中还可以看出,随着喷吹压力由0.1MPa增大到0.6MPa,滤筒侧壁压力呈现增大的趋势,这是因为随着喷吹压力的增大,喷嘴出口处的脉冲喷吹气流速度增大,从图3可以看出,气流诱导量、断面平均速度也随之增大,因此作用在滤筒侧壁压力峰值也增大。

3结语

(1)从理论模型的分析中可知:任一断面诱导气流量除了与喷嘴型式和喷嘴出口流量有关外,还与诱导距离成正比,而断面平均流速则与诱导距离成反比,滤筒清灰效果取决于二者相互作用的结果。

(2)实验验证了在诱导距离为150mm时,Φ6mm和Φ4mm超音速喷嘴形成的脉冲喷吹气流对滤筒的清灰效果,比较了在滤筒100、500和900mm处的压力峰值,结果表明,在相同的喷吹压力条件下,Φ6mm喷嘴形成的脉冲诱导气流对滤筒的侧壁压力峰值要高于Φ4mm喷嘴,大约为2~3倍。

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