脉冲喷吹袋式除尘器的过滤与清灰影响

       [摘　要] 　目前,布袋除尘器已在某些电厂中应用。为了探讨脉冲袋式除尘器的过滤与清灰过程及脉冲喷吹参数对过滤与清灰的影响,进行了试验研究。清灰时,滤布的运动及脉冲喷吹参数对滤布清灰效果有较大影响,当滤布两侧差压变化时,滤布向尘侧运动。喷吹压力、喷吹孔径、滤布加速度等参数对喷吹效果有较大影响。
       [关键词] 　脉冲喷吹袋式除尘器　工艺参数　试验研究

　　布袋除尘器是一种过滤式除尘设备。它的突出优点是除尘效率高,运行稳定,适应性强。布袋除尘器以前在我国电力行业基本上没有得到应用。2004年1月1日颁布执行的《火电厂大气污染物排放标准》,要求新建燃煤电厂的烟尘排放控制在50mg/m³以内,这为布袋除尘器进入电力行业提供了极好的机遇。
　　因为脉冲方式的清灰效果好,近年来,国内、外的大型燃煤电厂几乎都采用了这种方式。我国对脉冲清灰的原理研究较少,这影响了脉冲布袋除尘器的使用。本文将对布袋除尘器的脉冲喷吹参数进行一些试验研究。
　　1、布袋除尘的过滤与清灰过程
　　布袋除尘器在除尘时,烟气中的粉尘由于与滤料纤维发生碰撞、拦截、吸附等作用被捕集在滤布表面并形成粉饼层,气体则穿过滤袋,进入除尘器上部的净气室,汇集到出风烟道排出。粉饼层形成后,粉饼层起到了过滤介质的作用。随着除尘器的运行,滤袋表面的粉饼层厚度不断增加,气体通过滤料的阻力随之增加。在采用脉冲清灰方式的布袋除尘器中,压缩空气喷入滤袋内侧,使滤袋内侧压力瞬间高于外侧压力,原先呈内凹状的滤袋发生快速的膨胀变形。滤袋在膨胀变形停止的瞬间,会产生一个反向加速度。滤布上的粉饼层在此反向加速度及由压缩空气造成的反向气流作用下,脱离滤袋表面。
　　2、布袋除尘器的试验装置及流程
　　图1是根据日本按JIS标准制造的滤布测试装置,利用这台设备可在连续的过滤与清灰过程中,测试滤布两侧的差压变化。
　　测试装置的主要测试流程如下:由供粉装置定量给出的粉尘在粉尘分散器内,与高速喷出的压缩空气混合形成粉尘浓度稳定的含尘气流。含尘气流在真空泵的吸引下流经滤布,绝大部分粉尘被捕集在被测滤布表面,透过滤布的粉尘则被下游的滤纸捕集。当滤布两侧的压差达到设定值,压缩空气罐内喷出高压气体,实施清灰过程。清灰时,逆止阀自动开启,以使尘气通过过滤器外排。
　　滤布的试验条件为: 试验滤布是PPS针刺毡,500g/m² ,表面烧毛。试验粉尘为JIS10标准粉尘,粉煤灰的d50 = 5.2μm,粉尘浓度5 g/m³。过滤速度3m/min,清灰压力0.5MPa,设定喷吹时间60ms。
　　3、布袋除尘器的试验结果
　　在前述的试验条件下,滤布两侧的差压变化如图2所示。
　　从图2可以看到,随着时间的增加,由于滤布上粉尘的不断堆积导致差压的不断增高。当差压达到1000 Pa时,开始清灰。随着堆积在滤布上粉尘的剥离,差压在瞬间从1000 Pa降到了数10个Pa。2次清灰的时间间隔称为清灰周期,清灰后剩余的差压称为残余阻力。残余阻力会随清灰次数的增加而升高,也与滤布、粉尘的性质,尤其是与清灰参数有很大的关系。随着过滤- 清灰过程的不断反复,残余阻力会逐渐增加而清灰周期则不断缩短。
　　图3、4分别给出了A、B、C三种滤布的残余阻力与清灰周期的变化情况,试验条件与前述相同。这3种滤布是来自不同厂家的500g/m² 的PPS滤布。
　　从图3、4知,残余阻力尤其是清灰周期在新滤布开始使用后的初期变化较大,以后则逐渐趋缓。进一步的试验表明,在清灰5000次后,这个变化变得非常小,但即使清灰次数达到10000次以上,残余阻力与清灰周期还是在发生缓慢的变化。
　　从图3、4中可知,各个厂家的产品间存在相当大的差异。除尘器设备厂家可以利用滤布的测试结果,来更好、更可靠地选择滤布。
　　4、在清灰瞬间滤布承受的压力与运动
　　在过滤状态时,滤布两侧的压力是尘气侧高,净气侧低。但在清灰的瞬间,在压缩空气的作用下,净气侧的压力高于尘气侧的压力,滤布会向净气侧方向快速地运动并在运动停止的瞬间产生一个反向加速度,粉尘主要靠该加速度从滤布上抖落下来。图5给出了在前述试验条件下(除喷吹压力0.3MPa外) ,清灰瞬间滤布两侧压差的变化及滤布的位移与加速度的变化。
　　图5中的a点表示脉冲阀的开启点,设定喷吹前滤布两侧的差压是1000Pa,由于压缩空气的喷出,滤布两侧的压差开始减小,并迅速发生逆转,使得净气侧的压力高于尘气侧的压力,差压变成负值。b点则是脉冲阀关闭点,此后的差压开始向正值转变。本试验设定喷吹时间是60ms,但从图5可见,实际上电磁脉冲阀从开启到关闭的时间约300ms,这是因为脉冲阀的膜片移动需要一定时间,有一个机械
滞后作用。
　　图5中,滤布的位移为0表示在过滤状态下滤布向净气侧方向突出时的位置。当滤布两侧的差压一开始变化,滤布随即向尘气侧运动,但由于滤布可运动的距离有限,差压的变化还未达到最大值,滤布的快速位移就已结束。此后的滤布则一直保持向尘气侧方向突出的形状。当差压回复到正值后,滤布又回到原先的位置。
　　图6中,加速度的最大值发生在滤布的快速位移结束时。在此后的一段时间,尽管脉冲阀开启,压缩空气还在继续喷吹,但滤布的加速度却很小,与最大加速度相比要小一个数量级。这表明延长喷吹时间并不能对喷吹时滤布的加速度有影响,因此也不能提高清灰效果。
　　脉冲阀的喷吹气量大并不说明脉冲阀的性能优越,靠延长喷吹时间来得到大的喷吹气量只会白白消耗压缩空气,而无益于提高喷吹效果。即使是同样的设定喷吹时间,不同厂家生产的脉冲阀由于其响应速度不同,在喷吹气量上造成的差别也很大。响应速度慢的脉冲阀不仅会多耗压缩空气,而且在喷吹时滤袋内部反向压力上升的速度慢,还会影响到除尘布袋的加速度,也就是说会影响清灰效果。
　　现在国内使用的脉冲阀无论是进口或是国产,都是膜片阀。ALSTOM在该公司第1代膜片式脉冲阀OPTIPULSE的基础上,又开发了第2代活塞式脉冲阀OPTIPOW (图7) 。活塞式脉冲阀由于没有膜片阀中橡胶膜片与弹簧的阻尼作用,响应速度更快,性能更为可靠。
　　5、影响清灰时滤布加速度的因素
　　在鹏鹤布袋除尘的试验平台上, 安装了直径120mm,长度6000 mm的滤袋,滤袋上设置了3个加速度传感器。在不同的喷吹压力与喷吹孔径下,测得各处在喷吹时的最大加速度如图8所示。
　　从图8可见,在相同的喷吹孔径下,高的喷吹压力使滤袋的加速度更大。但若喷吹孔径不同,两者不能做简单比较。大孔径、低喷吹压力也能使除尘器滤袋产生更大的加速度。18 mm的喷吹孔径,即使是在0. 2MPa的喷吹压力下,也比8 mm 喷吹孔径、0. 6MPa喷吹条件下的加速度大。在相同的滤布条件下,清灰时滤布的加速度越大说明滤布受到的清灰力越大。试验结果说明喷吹压力并不是决定喷吹时滤布受到力大小的唯一因素,喷吹孔径也是决定清灰力的因素。而喷吹孔径实际上反映了喷吹气量,或更严格地说是反映单位时间内的喷吹气量。
　　在我国,脉冲清灰根据喷吹压力的高、低分为高压清灰与低压清灰2种。国外则将脉冲清灰分为高压小流量(HPLV) 、中压中流量( IP IV)与低压大流量(LPHV) 3种。国内有这样的看法:喷吹压力低,清灰时对滤布的作用力就小,这样有利于延长滤布的使用寿命,也就是说低压清灰优于高压清灰。但上述试验结果表明,这个看法实际上不够全面。在喷吹气量不同的情况下,无法比较高压清灰与低压清灰两者对滤布作用力的大小。
　　6、结论
　　6. 1　在反复的过滤及清灰过程中,滤布的清灰周期会逐渐缩短,残余阻力则逐渐升高,不同厂家的产品之间在这方面有较大的差别。滤布的过滤试验有助于设备厂家选择更合适的产品。
　　6. 2　脉冲喷吹开始后,经过数十ms,滤布即达到最大加速度,之后的喷吹只是增加了压缩空气的消耗量,对清灰效果起不到实质性的作用。
　　6. 3　脉冲阀的响应速度也是评价脉冲阀性能的一个重要技术指标。
　　6. 4　清灰压力不是决定滤布受到的清灰力大小的唯一因素,低压清灰作用在滤袋上的力不一定比高压清灰小,不能以清灰压力的高、低作为影响滤袋寿命的判断依据。