脈沖袋式除塵器有兩大功能，一是過濾，一是清灰。長期以來，人們只從除塵器運行的宏觀參數(shù)（譬如過濾風速、設備阻力、噴吹壓力、清灰周期、脈沖寬度等）來判斷其性能，這種方法因受到許多復雜因素的影響而往往帶有較大的偏差，使得除塵器的研制、設計選型和使用都帶有較大的盲目性。
袋式除塵是通過濾袋自身固有的以及附著在濾袋表面的粉塵層的過濾作用，來截留煙氣中具有一定顆粒的粉塵。經(jīng)濾袋及粉塵層過濾后的潔凈煙氣經(jīng)排氣口排出，而濾袋表層的灰可通過不同的清灰方式進行清除。眾所周知，脈沖噴吹袋式除塵器主要是以壓力氣包內(nèi)的壓縮空氣作為清灰動力，使脈沖閥啟動時形成一股脈沖氣流，逆向從濾袋頂部到袋底進行脈沖抖動。其目的是通過脈沖抖動，把濾袋外側(cè)的粘灰抖進除塵器灰斗。
筆者認為，深入研究脈沖袋式除塵器的過濾和清灰這兩大功能，對于提高其性能和確保其長期可靠運行非常重要，下面就此分別談一些初步的看法。
第一個問題：首先談談關于過濾風速的取值。
對于袋式除塵器來說，過濾風速的選取，對保證除塵效果、確定除塵器的型號和占地面積，乃至除塵系統(tǒng)的總投資，具有關鍵性的作用。
近年來在一些工程項目招標和設計中，業(yè)主和有些設計人員對過濾風速的要求有越來越偏低的現(xiàn)象，究其原因可能有如下幾點：
(1) 過去有文獻或?qū)Ｖ貏e強調(diào)過濾風速不能取得太高，以免阻力增大，運行費用提高；
(2) 有些設計人員認為過濾風速取低一些，可以提高除塵效率、增強清灰能力、延長清灰周期，從而延長濾袋使用壽命；
(3) 目前一些袋式除塵器和濾料生產(chǎn)廠普遍地推薦在1.0～1.5m/min范圍，而一些設計人員和業(yè)主往往在此基礎上再降低一定的數(shù)值來確定過濾風速，從而導致過濾風速取值偏低。
應該說，上述理由并非毫無道理，但是，如果輕易地降低過濾風速，即使降低的絕對值較小，如0.1～0.25m/min，由此使過濾面積增加約10％，設備投資也將增加近10％。處理的風量越大，增加的投資必然越多，設備的占地面積亦相應加大，顯然這是不經(jīng)濟的。影響袋式除塵系統(tǒng)性能和長期可靠運行的因素很多，孤立地看待上述理由，也是不合適的。實際上，正確地選定過濾風速是一項較復雜的工作，它與粉塵性質(zhì)、煙氣的初始含塵濃度、濾料的種類、清灰方式等都有密切的關系。
目前市場上的產(chǎn)品可供選擇的濾料種類及其清灰方式并不是很多，濾料及其清灰方式相應的易于確定；至于煙氣初始含塵濃度，除了工藝提供資料外，經(jīng)實測或參照同類型工況和爐型，憑經(jīng)驗確定。所以，正確選擇過濾風速的關鍵，首先在于弄清煙氣和粉塵的性質(zhì)，其次要正確理解和認識過濾風速與除塵效率、過濾阻力、清灰性能三者的關系。對于煙氣和粉塵性質(zhì)，要最大限度地弄清煙塵的粒徑分布、粉塵的化學成分和粉塵的物理化學性質(zhì)，如溫度、濕度、容重、粘性、腐蝕性等。客觀地講，要全面而準確地收集這些資料有一些困難，但作為一個設計人員至少應對其有一定的了解。
對于過濾風速與除塵效率、過濾阻力、清灰性能三者之間的關系，可以從三個方面來理解：
第一，過濾風速與除塵效率。我們知道，從除塵機理上講，有慣性效應（包括碰撞、攔截）和擴散效應。按Friediander的理論，對濾料單一纖維的除塵效率為：
(擴散效應) （慣性效應）
式中： KD、K1——由煙氣溫度、粘度、密度確定的常數(shù)；
dF——單一纖維直徑；
dp——粉塵粒徑；
Vs——過濾風速。
由上式可知，若煙塵dp為1µm以下的微塵，借助擴散效應能有效地捕集，適當降低過濾風速Vs可以提高除塵效率；若煙塵dp為5～15µm以內(nèi)的粒徑，借助慣性效應能有效地捕集，提高過濾風速Vs可以提高
。實踐證明，對一般性煙塵，提高過濾風速Vs對除塵效率
影響甚微。
第二，過濾風速與過濾阻力。過濾阻力隨濾料上粉塵量的增大而增大，濾料不同，單位濾料面積上容塵量也不同。但從工程的角度來講，其差異畢竟較小，一般僅從粉塵粒徑來考慮濾料的容塵負荷，對粒徑大的粗粉塵取300～1000g/m2，對微細粉塵取100～300g/m2。目前還沒有燃煤電廠粉塵的濾塵量、過濾風速和過濾阻力三者關系的實測數(shù)據(jù)。但國內(nèi)早在20世紀80年代就有專著介紹水泥粉塵的濾塵量、過濾風速、過濾阻力三者關系的實測數(shù)據(jù)，見表1。
表1 過濾阻力（pa)
|
過濾風速
m/min |
濾袋濾塵量（g/m2） |
| 100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
| 0.5 |
300 |
360 |
410 |
460 |
500 |
540 |
| 1.0 |
370 |
460 |
520 |
580 |
630 |
690 |
| 1.5 |
450 |
530 |
610 |
680 |
750 |
820 |
| 2.0 |
520 |
620 |
710 |
790 |
880 |
970 |
| 2.5 |
590 |
700 |
810 |
900 |
1000 |
—— |
| 3.0 |
650 |
770 |
900 |
1000 |
—— |
—— |
從表中數(shù)據(jù)可以看出，當濾塵量一定時，過濾風速增加1倍，阻力增加25～50％；即使過濾風速增加2倍，阻力增加亦不到80％，而且過濾風速越低，阻力增加的百分比越小；反過來說，當濾塵量一定，過濾風速降低1倍時，阻力降低不到30％。可見，過濾風速的增減與過濾阻力的增減不成正比，如果簡單地用降低過濾風速的辦法來達到降低過濾阻力從而降低運行費用的目的是欠妥的。
第三，過濾風速與清灰性能的關系。粉塵的清灰性能與粉塵的性質(zhì)，即粘性/粒度、容重有極大的關系。粉塵的粘性大、粒徑小、容重小，清灰困難，過濾風速應取低一些，反之可取高一些。
國內(nèi)有人做過實驗，對于滑石粉類中細滑爽粉塵，在所有工況條件下，僅需一次反吹清灰，濾袋阻力即可恢復原值，二次積塵幾乎全被吹落，反吹風量僅需25～30％；而對于氧化鐵類超細粉塵，通常需要連續(xù)多次反吹清灰，才能有效降低濾袋阻力，還難以恢復原值，反吹風量比率高達50～70％。這說明，對某一確定的袋式除塵器，粉塵的清灰性能主要取決于粉塵及含塵氣體的性質(zhì)，并不是所有粉塵，過濾風速取低些，就可增強清灰能力。
第四，在濾袋確定的情況下，降低過濾風速可以延長清灰周期，但是濾袋的使用壽命并不完全取決于清灰周期。因為當確定了某個過濾風速時，濾袋的不同部位的過濾風速也不同。國外做過實驗發(fā)現(xiàn)，在一條濾袋上的局部過濾風速相差可達4倍，甚至超過4倍。
綜上所述，可以得出這樣的結(jié)論：盲目地降低過濾風速，并不能完全保證提高除塵效率，也不一定能夠降低過濾阻力，還可能造成不必要的經(jīng)濟損失；只有在充分了解粉塵性質(zhì)及系統(tǒng)特性的基礎上，優(yōu)化除塵器本體結(jié)構(gòu)設計，正確進行經(jīng)濟技術(shù)分析，才能合理地確定過濾風速。
第二個問題：脈沖清灰問題。
對于脈沖袋式除塵器，很多人都認為壓縮空氣脈沖作用于濾袋所產(chǎn)生的沖擊對清灰起主要作用，并將粉塵分離力Fs定義為濾袋上單位面積的粉塵載荷md與濾袋膨脹到極限位置時所獲得的最大反向加速度Ap的乘積，即Fs＝md
Ap，指出只有當粉塵分離力Fs超過粉塵與濾袋的粘附力FA時，才會發(fā)生粉塵剝落。可見，對于某一特定的脈沖噴吹清灰系統(tǒng)特定的粉塵/濾料體系，就應該相應有一個合適的反向加速度AF值范圍，以保證能獲得滿意的清灰效果，而其清潔濾袋在脈沖噴吹過程中獲得的最大反向加速度AP則反映它受到壓氣脈沖作用所產(chǎn)生沖擊的強弱程度，表征了清灰系統(tǒng)所具有的清灰能力。
冶金部環(huán)保研究院作過環(huán)隙脈沖噴吹系統(tǒng)濾袋噴吹加速度試驗，從有關的試驗中可以分析得出：在脈沖噴吹過程中，濾袋最初加速向外膨脹；當膨脹到一定程度時，由于濾袋的拉伸而產(chǎn)生一個阻礙其膨脹的張力，濾袋正向（徑向向外）加速度隨之減小，但濾袋仍然向外作加速膨脹；隨著濾袋繼續(xù)膨脹，張力急劇增大，當合成張力與噴吹氣流靜壓力平衡時，加速度變?yōu)榱悖鵀V袋向外運行的速度則達到最大；隨后濾袋開始反向加速，作減速膨脹；當膨脹到極限位置時，其速度為零，張力升至最大，濾袋在此很大回復力作用下產(chǎn)生一個很強的沖擊振動，同時獲得最大的反向加速度Ap；隨后濾袋開始回縮，一旦濾袋離開極限位置，它所受到的張力便急劇減小，而且噴吹氣流阻礙其回復到原來的靜止位置；在此后的脈沖噴吹過程中，濾袋在極限位置附近作很弱的振動，當濾袋向外膨脹時，噴吹氣流靜壓力是激振力，而當濾袋回縮時它又成為阻尼力，且氣流靜壓在脈沖噴吹過程中時刻在變化；另外，濾袋振動的回復力（即合成張力）又是一個沖力。由此可見，濾袋在整個脈沖噴吹過程中運動是一個復雜的有阻尼受迫振動。在脈沖噴吹清灰時，濾袋自上而下順序開始膨脹，并順序達到極限位置。濾袋膨脹形式并不是如通常所想象的可以視為一個壓力氣泡自上而下在濾袋內(nèi)掃過，而是當袋底部分開始膨脹時，整個濾袋處于不同的膨脹程度，是倒置的圓臺狀。
在我國，脈沖清灰根據(jù)噴吹壓力的高低分為高壓清灰與低壓清灰兩種，國外則將脈沖清灰分為高壓小氣量（HPLV）、中壓中氣量（IPIV）與低壓高氣量（LPHV）三種。國內(nèi)一般有這樣的看法：噴吹壓力低，清灰時對濾布的作用力就小，這樣有利于延長濾布的使用壽命，也就是說低壓清灰優(yōu)于高壓清灰。試驗證明，這種看法實際上不夠全面，在噴吹量不同的情況下，無法比較高壓清灰與低壓清灰兩者對濾布作用力的大小。
從上世紀90年代，以上三種脈沖噴吹方式在歐美及澳大利亞的燃煤電廠的煙氣除塵系統(tǒng)中都有廣泛的應用。1988年美國電力研究院（Electric Power Research Institute, EPRI）對當時已經(jīng)在世界各地電廠鍋爐運行的多臺脈沖袋式除塵器作了深入的調(diào)查比較。結(jié)論是以上三種脈沖袋式除塵器均能夠達到預期的運行效果和煙氣排放標準，都適合在美國電力系統(tǒng)推廣。
為了同等工況比較三種脈沖噴吹袋式除塵器的性能和清灰效率，美國電力研究院（EPRI）在佛羅里達州Scholz電廠，采用以上三種脈沖噴吹方法，進行清灰試驗，結(jié)論是：
（1） 在三個月的測試過程中，沒有產(chǎn)生濾袋破損或失效的現(xiàn)象；
（2） 三種清灰效果都能滿足電廠燃煤鍋爐的除塵效率要求；
（3） 并非清灰壓力越低，其運行耗電量越小。
由此可見，高效清灰的HPLV具有運行費用最低，清灰次數(shù)最少等特性。經(jīng)過一段時間的設備運行后，可以推斷出其除塵器的濾袋與袋籠的摩擦次數(shù)最少。因此高壓低氣量的脈沖袋式除塵器將能夠最佳地延長濾袋的使用壽命。當然噴吹壓力也不能太高，干什么都要有個“度”，如果清灰壓力太強，濾袋也可能由于振蕩力太強導致與袋籠的嚴重摩擦而裂袋。因此，無論采用高、中或低壓的空氣源，設備的清灰力度賀流量都必須綜合考慮工藝和現(xiàn)場條件以及濾料性質(zhì)來合理配置。在實際使用中，高、中、低壓并沒有嚴格的分界，只是相對而言。
清灰壓力不是決定濾袋受到清灰力（即反向加速度）大小的唯一因素，低壓清灰作用在濾袋上的力不一定比高壓清灰小，不能從清灰壓力的高低作為影響濾袋壽命的判斷依據(jù)。大孔徑、低噴吹壓力也能使濾袋產(chǎn)生更大的加速度。
當濾袋內(nèi)外的壓差達到設定值時，自動控制系統(tǒng)發(fā)出信號，脈沖閥迅速開啟，壓縮空氣在瞬間釋放，經(jīng)由脈沖閥和噴吹管向濾袋內(nèi)噴射，實驗證明，脈沖閥的噴吹氣量大并不能說明脈沖閥的性能優(yōu)越，延長噴吹時間并不能對噴吹時濾布的加速度有什么影響，無益于提高清灰效果，而脈沖閥的響應速度才是一個重要的技術(shù)指標。不同廠家生產(chǎn)的脈沖閥，由于其響應速度不同，在噴吹氣量上造成的差別也是很大的。響應速度慢的脈沖閥不僅要多消耗壓縮空氣，由于在噴吹時濾袋內(nèi)部反向壓力上升的速度慢，還會影響到濾袋的加速度，也就是說影響清灰效果。
引自：國電環(huán)境保護研究院 肖寶恒
