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袋式除尘器的清灰机理

袋式除尘器的清灰机理
尘粒之间、尘粒与滤料纤维之间因受范德华力和静电力的作用而粘附一起,形成尘饼, 具有一定的粘附力。滤袋清灰的动力学原理是在振动、逆气流或脉冲喷吹等外力作用下,使 粘附于滤袋表面的尘饼受冲击形变、剪切应力等的作用而破碎,在法向应力作用下崩落。
—、机械振动清灰机理
机械振动清灰是利用机械装置(手动、电动、气动)通过传动机构使滤袋整体按某一 固有频率产生简谐振动,依附于滤袋表面的尘饼在同步振动过程中崩落。机械振动清灰机理 主要有加速度、剪切、屈曲一拉伸、扭曲等协同作用。其中,加速度对清灰起着主要作用。
一些学者提出,在振动清灰时,滤袋加速度必须达到一个临界&值,才能获得良好的 效果。他们的试验证明,这一临界值为5g。更高的加速度可以增进清灰效果,而当+高于 10g后则增益很小。
振动清灰工作制度由“过滤一振动”组成。为提高清灰剥离效果,宜在离线状态振动 清灰。为提高剥离粉尘的沉降效果,宜在一次振动后延迟恢复过滤状态。
二、反吹清灰机理
反吹清灰亦称逆气流清灰,是利用切换装置(手动、电动、气动阀门或其他运动机构) 停止过滤气流,并借助除尘器本身持有的资用压力或外加动力形成具有足够动量的逆向气 流,使滤袋产生一次或多次实质性的涨、缩,在涨缩形变及反吹过程中,尘饼被粉碎、剥 离,滤袋获得再生。
逆气流清灰必须在离线状态进行,清灰工作制度有二状态与三状态之分:二状态由“过 滤一反吹”组成,需经数次动作,适宜于重质、粗粒、滑爽尘;三状态由“过滤一反吹一沉 降”组成,可按不同排列实行多种组合,并重复多次动作。增加“沉降”状态,有利于剥 离粉尘的沉降,适宜于轻质、细粒、粘性尘。
对于反吹清灰袋式除尘器,由于逆向气流的速度很小,通常只有16 ~30mm/s,所以很 难依靠气流的作用将粉尘从滤袋表面 吹落。
文本框: 图‘图4 - 1表示菱形扁袋除尘器反吹清 灰时滤袋的压力波形和加速度波形。由图 可见,其压力峰值很低(仅55Pa),而且 压力上升速度特别小(0.85Pa/ms),只有 脉冲喷吹压力上升速度(294. 9Pa/ms)的
2. 88fe。其田大反向加速度基本为零。
这说明,反吹清灰气流对滤袋的冲击振
动相当微弱P
由此可见,反吹清灰主要依靠滤袋变形对粉尘层造成的挤压作用,而逆向压差及穿过滤 袋的气流则是形成这种挤压作用的动力,同时帮助清离滤袋的粉尘落入灰斗a
三、脉冲喷吹清灰机理
脉冲喷吹清灰是利用压缩气体为清灰介质,通过喷吹机构将压缩气体瞬间释放,高速喷 射的清灰气流诱导数倍于己的二次气流一同喷人滤袋,从而使滤袋得以清灰。
对脉冲袋式除尘器的清灰机理,存在着不同的认识。一些学者曾认为脉冲袋式除尘器的 清灰机理包括加速度、剪切、屈曲一拉伸、扭曲和逆向气流等,有些学者则认为喷吹时逆向 穿过滤袋的气流对清灰起作用。对于何种因素是主要的机制,长期未能形成一致认识。目 前,绝大多数研究者认为喷吹后滤袋膨胀到极限位置时的田大反向加速度对清灰起主要 作用g
外一些学者研究了逆向气流的清灰作用。测试结果表明,逆向气流要将坐粒从滤袋表 面吹落,其速度至少需要10~20m/s;粒子越小,其粘附力对拉力的比值越大,越难吹落, 因而需要风速更高a      '
实际情况下,脉冲袋式除尘器清灰时逆向气流远远达不到上述速度:有研究者估算, 脉冲喷吹时的逆向流平均速度为150mm/h无论如何也不会超过610m_m/.s;;:而另有研 究者在实验室测得的逆向气流速度仅30    由叱可以认为,在脉冲喷吹时,逆向
气流对粉尘剥离所起作用非常小粉尘从滤袋表面的脱落都是由于滤袋壁面受到冲击振 动的结果9
在20世纪50年代,曾发展了—种“逆向喷射清灰”(即气环反吹)的袋式除尘器,将 速度高达1830 ~2440m/min (31 ~41m/s)的气流直接喷射到滤袋的净气侧(外侧)而清除 粉尘-有学者认为,这种清灰方式主要依靠逆向气流与喷射处的滤料屈曲的联合作用《而脉 冲喷吹所产生的逆向气流速度只有这种清灰方式的百分之一,因而靠逆向化流清除的粉尘 很少9
有一项考察加速度和逆向气流清灰作用的对比试验》试验者将袋笼的直径稍微缩小,并 在袋笼上楔人圆棒,来缩小滤袋与袋笼之间的空隙,从而限制滤袋壁面的运动,同时尽量保 持脉冲喷吹气流的恒定,以使逆向气流不发生大的变化-结果表明,清灰后的剩余压差显著 增加了。实际应用的脉冲袋式除坐器,也曾发现类似情况:在运行初期其阻力正常,运行一 段时间后,由于滤袋尺寸收缩超出正常范围,使滤袋在袋笼上绷得过紧,导致清灰不良,阻 力随之上升e此时,脉冲喷吹时的逆向气流的流量和速度并未降低,只是由于滤袋膨胀到极 限位置时受到的冲击振动大为减弱,P且力便显著升高a
综上所述,在脉冲喷吹清灰中,逆向气流对粉尘的剥离所起的作用很小,高压气体脉冲 施加在滤袋上的冲击丨对清.灰起着主要作用<r
下面通过对粉尘/滤袋体系在脉冲喷吹过程中的受力分析来阐述脉冲喷吹的清灰机理e
取一个粉尘/滤袋单元体,利用达朗伯原理对该单元体作动力学分析(见图4-2)。在 粉尘层从滤袋上脱落之前,两者的运动是完全同步的,其加速度相等,即次=4。在脉冲 喷吹时,滤袋单元体田初在压气的作用下向外作加速运动(Ab>0),粉尘也随之向外作加 速运动,粉尘施加给滤袋单元体一个惯性力在此过程中,滤袋单元体由于拉伸而受 到的张力尽很小;随着滤袋向外膨胀,它受到的张力急速增加,当张力与静压差平衡时, 粉尘/滤袋体系的加速度为零Ub=o),而向外运动的速度田大;此后滤袋单元体在张力作 用下产生反向加速度(4<0),从而减速向外膨胀;随着滤袋单元体的继续拉伸,它受到 的张力越来越大,阻碍滤袋的膨胀,粉尘层的惯性力则将滤袋向外拉,当滤袋膨胀到 极限位置时,它受到的张力田大,产生一个田大反向加速度在滤袋减速向外膨胀的过 程中,粉尘并不受到张力作用,而是在粘附力(Fa)的作用下与滤袋作同步运动,它所能 获得的田大反向加速度为FA/rnd。当滤袋的反向加速度人增加到使得皂> FA/m6 (即< ^b)时,粉尘从滤袋上脱落。因此人反映了粉尘/滤袋体系的粉尘分离力的大小,而 mdAf则是田大的粉尘分离力。

图4-2滤袋单元体在喷吹过程中的受力分析
AP—滤料上的静压差一滤料的合成张力 md—单位面积粉尘质量七一粉尘的加速度 4一滤料的加速度
 

 
脉冲喷吹清灰的过程可以描述为:在脉冲喷吹时,喷入滤袋的髙压气团使滤袋内的压力 急速上升,滤袋迅速向外膨胀,滤袋的张力也随之增大。当袋壁膨胀到极限位置时,袋壁的 张力达到田大而获得田大反向加速度,袋壁受到强烈的冲击振动。附着在滤袋表面的粉尘层 不受张力作用,由于惯性力的作用而脱离滤袋。
四、脉冲袋式除尘器清灰能力的评价指标和清灰过程
1.清灰能力的评价指标
脉冲袋式除尘器清灰能力可用两种指标进行评价。
(1)  田大反向加速度\前已叙述,粉尘分离力Fs=m_/p。可见,对某一特定的脉冲 喷吹清灰系统,以及特定的粉尘/滤袋体系,应该有一个合适的4p值范围,以保证获得满意 的清灰效果。对于脉冲袋式除尘器,既然田大反向加速度是压气脉冲作用于滤袋所产生冲击 的一个直观反映,因而用它来表征脉冲喷吹清灰能力是恰当的。
(2)  压力峰值PP和田大压力上升速率KPP除了田大反向加速度外,清灰时滤袋内的 压力峰值和压力上升速度,也是衡量脉冲喷吹清灰效果的重要指标。
一些学者曾推导过滤袋膨胀到极限位置时获得的田大反向加速度冬的计算公式。将脉 冲喷吹过程中的滤袋视为一个质块,挂在弹簧上向外作径向运动,并假定滤料作线性弹性拉 伸,且忽略摩擦能量损失,推导得4正比于Wp:
(4-1)
 

 
式中4——滤袋膨胀到极限位置的田大反向加速度;
G——滤料的屈曲参数;
M——滤料的弹性参数;
P——单位面积的粉尘和滤料质量;
FPP——滤袋上压力波形中由零值上升至压力峰值过程中的田大压力上升速率。
由上式可见,田大反向加速度取决于滤袋内田大压力上升速率和滤料的屈曲性、拉伸性 及其他性质。
内一些研究者也提出以滤袋内的压力峰值和压力上升速率作为评价清灰性能的主要指 标,并指出,“脉冲袋式除尘器的清灰效果主要取决于滤袋内压力峰值和压力增长的速度, 而不是反向通过滤袋的气体流量”。实际上,除了能量等级存在很大差异之外,脉冲喷吹清 灰与爆破在原理上有相似之处,都是利用空气动力使目标受到破坏。因此,衡量清灰的效果 指标可以从爆破得到借鉴。
2.   滤袋的清灰过程
以前人们曾认为,清灰时脉冲喷吹气流从袋口冲向滤袋底部,在由底部被反射回来的过 程中,滤袋内的压力进一步增高,使袋壁受到冲击振动,从而将滤袋表面的粉尘清落。
试验证明,实际的脉冲清灰过程并非如此。表4 _1是MC型中心脉冲喷吹系统、I型 环隙脉冲喷吹系统、n型环隙脉冲喷吹系统清灰时袋口、袋中、袋底三个测点出现田大反向 加速度的时刻,尽管三种喷吹系统的结构不同,清灰气流的运动速度也有差异,但田大反向 加速度出现的顺序却有共同的规律:袋口田早,而袋底田晚。
表4 -1环隙脉冲袋式除尘器清灰试验数据
测点位置 袋口 袋中 袋底
田大反向加速度出现 时刻/ms MC型中心喷吹系统 53.76 63. 17
I环隙脉冲喷吹系统 36. 29 40. 32 44. 35
n型环隙脉冲喷吹系统 35. 62 38. 98 43. 01
 
 
 
图4-3是环隙脉冲袋式除尘器清灰时滤袋内的压力波形和加速度波形。在压力波形 中,7;表示峰值压力Pp出现的时刻,而在加速度波形中,7;表示田大反向加速度\出 现的时刻。可以看出,第一个压力波峰Pp出现的时刻为=36. 288ms,而田大反向加速 度乂出现的时刻为7; =38. 976ms,亦即与匕几乎同时出现;其后出现的压力峰值虽 然高于第一个波峰,其所对应的反向加速度却很小,且与田大反向加速度的出现时间相距 较远。在田大加速度之后,加速度随着时间的推移而趋于零。

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