袋除塵器脈沖噴吹系統(tǒng)的試驗(yàn)研究
2019-08-1018:02:50
目前，在工業(yè)煙氣粉塵污染治理，袋除塵器以其除塵，適應(yīng)范圍廣，逐漸替代電除塵器成為主導(dǎo)技術(shù)。脈沖噴吹系統(tǒng)是影響袋除塵器除塵效率的關(guān)鍵因素之一，也是影響濾袋壽命和除塵器運(yùn)行阻力的重要因素。由于袋除塵器用脈沖閥的性能存在較大差異，使得工程應(yīng)用中的袋除塵器脈沖噴吹系統(tǒng)性能存在差異，并影響到除塵器除塵效率和濾袋壽命。本文利用脈沖噴吹試驗(yàn)臺(tái)開展脈沖噴吹試驗(yàn)，探索不同規(guī)格型號的脈沖閥和噴吹管等參數(shù)的關(guān)系以及濾袋袋口、袋中和袋底噴吹壓力變化規(guī)律。為袋除塵技術(shù)特別是噴吹技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)，也利于指導(dǎo)袋除塵工程設(shè)計(jì)。
1試驗(yàn)
1.1試驗(yàn)設(shè)備
一套脈沖噴吹試驗(yàn)臺(tái)（見圖1），包括脈沖噴吹系統(tǒng)的物理本體及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
圖1脈沖噴吹試驗(yàn)臺(tái)
1.供氣系統(tǒng)；2.分氣箱；3.脈沖閥；4.噴吹管；5.數(shù)據(jù)采集點(diǎn)；6.濾袋組件；7.PLC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；8.計(jì)算機(jī)
其中本體包含袋除塵器噴吹系統(tǒng)的主要部件：供氣系統(tǒng)、分氣箱、脈沖閥、噴吹管和濾袋組件（包含濾袋及袋籠），試驗(yàn)臺(tái)的物理本體有關(guān)參數(shù)與產(chǎn)品參數(shù)相同，并按照試驗(yàn)需要設(shè)計(jì)為可調(diào)節(jié)，如噴吹管可以進(jìn)行換、噴吹管長度和噴吹管直徑可調(diào)節(jié)及分氣箱上可以安裝4種以上脈沖閥（包括3英寸淹沒閥以及柱塞閥）；脈沖噴吹試驗(yàn)臺(tái)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包含：壓力變送器、屏蔽電纜、PLC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出顯示的計(jì)算機(jī)，并安裝具有數(shù)據(jù)記錄功能的試驗(yàn)控制軟件（見圖2）。根據(jù)試驗(yàn)需要，在試驗(yàn)臺(tái)上設(shè)置若干數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，以滿足試驗(yàn)需要。
圖2試驗(yàn)參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控界面
1.2試驗(yàn)過程
按照試驗(yàn)大綱，調(diào)試好脈沖噴吹試驗(yàn)臺(tái)，選定待測脈沖閥，接好噴吹管；接通PLC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及控制軟件，在控制軟件上設(shè)置好脈沖時(shí)間、噴吹壓力等參數(shù)。啟動(dòng)供氣系統(tǒng)，脈沖噴吹試驗(yàn)臺(tái)開始工作，待分氣箱中壓力達(dá)到控制軟件設(shè)定壓力，試驗(yàn)臺(tái)自動(dòng)噴吹，各采集點(diǎn)的數(shù)據(jù)通過PLC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)控制軟件中，并以數(shù)據(jù)庫形式保存。依次按照試驗(yàn)大綱，對脈沖閥、噴吹壓力、脈沖時(shí)間和噴吹管參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，并記錄相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，完成脈沖噴吹試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集工作。
2試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析
2.1脈沖閥耗氣量對比
選取4個(gè)廠家脈沖閥進(jìn)行耗氣量對比試驗(yàn)，其中B、C、D脈沖閥均為3英寸雙膜片淹沒式脈沖閥，為水泥行業(yè)袋除塵器常用脈沖閥，B脈沖閥出氣口公稱通徑76mm，C、D脈沖閥出氣口公稱通徑75mm。淹沒式脈沖閥結(jié)構(gòu)見圖3[2]。
A脈沖閥為國產(chǎn)柱塞閥，也稱作活塞式脈沖閥，與同規(guī)格膜片淹沒式脈沖閥相比，具有大的噴吹氣量，可以帶多條濾袋，在電力行業(yè)應(yīng)用較多。本次試驗(yàn)用柱塞閥的活塞直徑105mm，結(jié)構(gòu)見圖4[3]。
圖3淹沒式脈沖閥結(jié)構(gòu)
圖4柱塞式脈沖閥結(jié)構(gòu)
圖5為A、B、C、D4個(gè)閥在相同的氣源、儲(chǔ)氣罐及試驗(yàn)條件，相同的噴吹壓力和脈沖時(shí)間下，噴吹過程中分氣箱壓力值變化曲線。
圖5噴吹過程中4個(gè)脈沖閥充氣箱壓力峰值變化曲線
由分氣箱壓力變化曲線可以看出，4個(gè)脈沖閥耗氣量的對比關(guān)系為：A閥＞C閥＞B閥＞D閥。其中A閥耗氣量大，而B、C、D閥的耗氣量較為接近，主要原因?yàn)橹y的結(jié)構(gòu)與膜片閥不同所致[2]。
脈沖閥每閥次的耗氣量可根據(jù)公式（1）計(jì)算得出（計(jì)算結(jié)果略）：
式中：
ΔQ——脈沖閥每閥次噴吹耗氣量，m3；
P0——系統(tǒng)初壓，kPa；
Q——系統(tǒng)容積，m3；
Pa——標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，kPa；
P1——系統(tǒng)末壓，kPa；
K——定壓比熱與定容比熱之比，K=1.4。
2.2脈沖閥噴吹效果對比
噴吹效果是判定脈沖閥性能的重要指標(biāo)，本組對比試驗(yàn)選用濾袋上壓力峰值以及選定壓力值區(qū)間作用時(shí)間作為判定噴吹效果的指標(biāo)。圖6為相同參數(shù)下采用4個(gè)閥進(jìn)行噴吹試驗(yàn)，測量到的濾袋袋口壓力變化曲線。
圖64個(gè)閥對袋口的噴吹壓力峰值變化曲線
從圖6所測試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，4個(gè)脈沖閥對濾袋壓力峰值對比結(jié)果：B閥＞A閥＞C閥＞D閥。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明濾袋袋口壓力峰大差值339.7Pa，大差值率21.8%。
以＞1000Pa為選定壓力值區(qū)間，從作用時(shí)間方面對比，4個(gè)閥噴吹性能順序依次為：B閥＞C閥＞A閥＞D閥。
從濾袋清灰角度，峰值壓力的影響因子比作用時(shí)間的影響因子大一些。因此，綜合兩項(xiàng)對比，4個(gè)閥的噴吹性能對比結(jié)果為：B閥＞A閥＞C閥＞D閥。
2.3噴吹管前、中、后端噴吹壓力對比
噴吹管前、中、后端噴吹壓力對比試驗(yàn)在脈沖閥、噴吹孔直徑、噴吹壓力和脈沖時(shí)間一樣的情況下，測量噴吹管近分氣箱端到遠(yuǎn)分氣箱端各噴吹孔位出口壓力峰值見圖7。
圖7各噴吹孔壓力峰值曲線
由圖7可以看出，18孔噴吹管壓力峰值從近分氣箱端到遠(yuǎn)分氣箱端依次增加，其中：1～6孔位和7～18孔位的壓力峰值增長趨勢近似為兩條斜率不同的直線，其噴吹壓力峰值近似為平面直角坐標(biāo)系直線方程式：
y=knx+b（2）
式中：
y——各孔位壓力峰值；
x——孔位；
kn——斜率值。
由圖7可以看出，斜率k1＞k2。即1～6孔位（近分氣箱端）噴吹壓力峰值變化較大，而7～18孔位（遠(yuǎn)分氣箱端）則變化較小。
這表明：噴吹管中每個(gè)噴嘴的流量分布不均勻，沿著噴吹方向，前端噴嘴的氣體質(zhì)量流量小，后端的氣體質(zhì)量流量大[4]。因此，在工程設(shè)計(jì)時(shí)，需要通過改變噴嘴直徑來合理分配噴吹氣流，沿著噴吹方向，噴嘴直徑逐漸減小[5]。實(shí)際工程應(yīng)用中，考慮到加工問題，通常近分氣箱端3～5個(gè)噴吹孔直徑相同，而遠(yuǎn)分氣箱端噴吹孔直徑相同，并且后者小于前者。
2.4濾袋袋口、袋中以及袋底噴吹壓力對比
本組對比試驗(yàn)在脈沖噴吹系統(tǒng)進(jìn)行噴吹時(shí)，同時(shí)采集同一條濾袋袋口、袋中以及袋底受到的氣流噴吹壓力數(shù)值來三個(gè)位置噴吹壓力變化規(guī)律。具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見圖8。
圖8濾袋各部位壓力峰值變化
由圖8可以看到，濾袋各部位受到的噴吹氣流壓力峰值大小關(guān)系為：袋口＞袋底＞袋中。這是由于高壓氣流由噴吹孔噴出后，到達(dá)袋口，高壓氣流未擴(kuò)散，故壓力大；氣流高速到達(dá)袋底過程中不斷向四周擴(kuò)散，到達(dá)袋底后在濾袋底部形成的壓力，然后氣流在袋籠底板反沖向上，加強(qiáng)了袋底區(qū)域?yàn)V袋壓力，壓力峰值沿著軸線向上逐漸衰減。
因此，袋除塵器噴吹時(shí)，濾袋袋底壓力不是小的，濾袋壓力峰值的小值在袋中某個(gè)區(qū)域。
2.5脈沖閥大濾袋噴吹數(shù)量噴吹效果的對比
如果單個(gè)脈沖閥可以帶多的濾袋和長的濾袋，這樣，袋除塵器的成本及鋼耗比小，設(shè)備占地面積小，產(chǎn)品具競爭力。所以，探索單個(gè)脈沖閥大噴吹濾袋數(shù)量具有重要意義。
本組對比試驗(yàn)以B脈沖閥為例，采用18孔噴吹管和23孔噴吹管進(jìn)行對比試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見圖9。
圖9B閥不同噴吹孔數(shù)量的壓力峰值曲線
通過兩組對比試驗(yàn)可以看出：23個(gè)噴吹孔時(shí)濾袋壓力峰值低于18個(gè)噴吹孔時(shí)的壓力峰值。主要是由于在脈沖閥耗氣量的情況下，噴吹孔增加，每個(gè)濾袋噴入的高壓氣流量相對減少，使濾袋上壓力峰值降低。但也可以看出：23孔相比18孔噴吹管，噴吹孔數(shù)量增加27%，而B閥在23個(gè)噴吹孔時(shí)的作用效果比18個(gè)孔的噴吹效果降低幅度在10%以內(nèi)；同時(shí)，對比C閥18孔噴吹管的噴吹壓力（見圖10），試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明B閥23個(gè)噴吹孔的噴吹壓力與C閥18個(gè)噴
吹孔噴吹壓力接近，顯示了B閥的良好噴吹性能，并說明B閥具備帶23條濾袋的能力。
圖10B閥23噴吹孔和C閥18噴吹孔的壓力峰值對比試驗(yàn)
3結(jié)論
1）從耗氣量上來看，4個(gè)脈沖閥的耗氣量大小排序?yàn)椋篈閥＞C閥＞B閥＞D閥。
2）從脈沖閥對濾袋上作用壓力峰值來看，作用效果大小排序?yàn)椋築閥＞A閥＞C閥＞D閥。綜合對比，4個(gè)閥的性能對比結(jié)果為：B閥＞A閥＞C閥＞D閥。
3）噴吹管近分氣箱端和遠(yuǎn)分氣箱端噴吹效果對比，相同噴吹孔直徑下，對濾袋噴吹效果排序?yàn)椋哼h(yuǎn)分氣箱端＞近分氣箱端，其中近分氣箱端噴吹孔的噴吹壓力變化較大。因此，在噴吹管設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該調(diào)整噴吹孔的直徑，使各噴吹孔噴出氣流對濾袋的噴吹效果相近。
4）從濾袋袋口、袋中以及袋底噴吹效果來看：袋口＞袋底＞袋中，袋底的壓力峰值不是低的，低值應(yīng)該在濾袋中部某個(gè)部位。
目前國內(nèi)的袋除塵器還是以長度小于8m濾袋為主，脈沖閥普遍選用3英寸膜片式淹沒閥，柱塞閥在電力行業(yè)應(yīng)用較多。水泥廠為降低采購成本，在招標(biāo)時(shí)往往指定脈沖閥及型號。但由于其對脈沖閥性能的不了解，其制定的脈沖閥與除塵器設(shè)計(jì)廠家的袋除塵器匹配性不好，使袋除塵器無法達(dá)到佳除塵性能，影響出口排放濃度。而通過本次試驗(yàn)可以很明顯對各類型、脈沖閥的性能進(jìn)行比較，不僅對設(shè)計(jì)人員起到參考作用，也可以讓水泥廠業(yè)主直觀地了解脈沖閥性能，做出正確選擇。
此外，袋除塵技術(shù)正向8m以上濾袋技術(shù)方向發(fā)展，濾袋技術(shù)可降低袋除塵器占地面積和單位鋼耗。歐洲廠家已完成了10m濾袋技術(shù)，并在水泥廠窯尾廢氣系統(tǒng)改造工程中應(yīng)用，達(dá)到了理想的效果[6]。目前，我國水泥廠正在進(jìn)行大規(guī)模的電除塵器改袋除塵器技術(shù)改造，電除塵器電場高度達(dá)12m以上，而采用濾袋袋除塵技術(shù)進(jìn)行改造具有的技術(shù)優(yōu)勢。
本次試驗(yàn)結(jié)論4表明：噴吹時(shí)，濾袋袋底的壓力不是小的，壓力小的位置在袋底上方某一位置，因此采用濾袋技術(shù)不會(huì)對袋底清灰產(chǎn)生大的影響。但需要注意的是，采用濾袋技術(shù)時(shí)，不僅需要保持噴吹時(shí)濾袋上受到較大的峰值壓力，還要有較大的噴吹氣量以滿足濾袋長度增加后清灰需要，而試驗(yàn)結(jié)論1和結(jié)論2表明：柱塞閥不較高的峰值壓力作用效果，其較淹沒閥有大的耗氣量，可以滿足濾袋清灰需要。因此，在設(shè)計(jì)人員進(jìn)行濾袋技術(shù)、水泥廠進(jìn)行電除塵器改袋除塵器時(shí)，柱塞閥是一個(gè)理想的選擇。
