摘 要:阐述了袋式除尘器的除尘机理。针对橡胶厂粉尘的特点,提出了设计、使用袋式除尘器应考虑的因素和注意事项。对正确设计、使用袋式除尘器提供参考依据。
关键词:炭黑;滤袋;除尘器
橡胶厂炼胶车间炭黑的输送、称量和投卸料等过程都有可能产生并散发出粉尘。炼胶过程也会产生烟气和粉尘。橡胶厂炼胶车间的各个污染点多数配备了各种除尘设备,但由于用户对其机理不甚了解,无法正确地进行操作、维护,造成相当一部分除尘设备起不到净化空气的作用,或发挥不了它O大的净化功能,既浪费能源又造成环境的二次污染。错误的操作和维护导致设备的使用寿命大大缩短。极其细小的炭黑粉尘,如果以足够高的浓度扩散到大气中时,就有可能引起机械设备、电气元件的短路故障,甚至产生火灾、爆炸。炭黑粉尘O小粒度可在0.01～0.5μm,它能通过呼吸或者皮肤及嘴的直接接触进入人体。对肺部危害大的颗粒直径在0.2～5μm,而小于0.1μm颗粒危害性更大,这些颗粒能深入肺里并可能进入血液中,对健康造成极大的影响。
1、除尘器构造及工作原理
1.1 脉冲袋式除尘器构造
脉冲袋式除尘器基本构造如图1所示,由气包、上箱、下箱、灰斗、控制4部分组成。上箱部分包括:上箱体、出风口、喷吹管等；下箱部分包括:下箱、孔板、滤袋、框架；灰斗部分包括:灰斗、支腿、进风口、螺旋输送器、卸灰阀等；控制部分包括:脉冲仪、电磁脉冲阀。
1-电磁脉冲阀; 2-气包; 3-气包支座; 4-放气管; 5-上箱体;6-出风口;7-喷吹管;8-滤袋;9-框架;10-孔板; 11-下箱;12-脉冲仪;13-检查门;14-灰斗;15-螺旋输送器;16-支腿;17-进风口
含尘气体由进气口进入下箱体内,因气体突然扩散,流速骤然降低,颗粒较大的灰尘受重力作用降至灰斗,较小的尘粒由于滤袋的筛滤、碰撞、挂住、扩散等各种效应的作用,被滞阻在滤袋外壁。净化后气体通过滤袋从上箱体出气口排出。当附在滤袋外壁的粉尘不断增加时,为保证布袋除尘器的阻力控制在限定的范围内,必须及时清除滤袋表面附着的灰尘,即由脉冲控制仪发出信号循序打开电磁脉冲阀,使气包内的压缩空气由喷吹管喷射到对应的滤袋内,滤袋瞬间急剧膨胀。由于反向气流的冲击作用很快消失,滤袋又急剧收缩,这样的膨胀、收缩使积附在滤袋表面的粉尘被除掉并落入灰斗,经排灰系统排出,保证除尘系统正常运行。
图2 喷吹系统工作原理
喷吹系统工作原理如图2所示。电磁脉冲阀接压缩空气气包、喷吹管,脉冲阀背压室接控制阀,而控制阀由控制仪控制,控制仪可以是电控、气控及机控。直通式脉冲阀靠其主膜片的开启与关闭,控制气包与喷吹管的喷吹与停吹。
当控制仪无信号输出时,控制阀的排气口关闭,脉冲阀喷吹口处于关闭状态。当控制仪发出信号时,控制阀排气口被打开,将脉冲阀背压室的气体泄掉,压力降低,膜片两面产生压差,使膜片产生位移并将脉冲阀喷吹口打开,此时,压缩空气从气包通过喷吹管小孔喷入滤袋。同时,在高速气流的周围形成诱导流,将周围空气一并带入主气流,增大清灰气量,实现清灰。调整脉冲控制仪的脉冲间隔和脉冲时间,可使除尘器阻力保持在限定范围内。
1.3 除尘机理
一般滤料的袋式除尘器过滤过程实际分成两个阶段,首先是含尘气体通过清洁滤料,此时起过滤作用的主要是纤维。当滤料上捕集的粉尘不断增加时,一部分粉尘嵌入到滤料内部,一部分附着在表面形成粉尘层,在此阶段中,含尘气体的过滤主要是依靠粉尘层进行的,此时粉尘层起着比滤料更为重要的作用,并使捕集效率显著提高。对于工业袋滤器,过滤过程主要是在第二阶段进行的。
由此可见,袋式除尘器的捕集效率高,主要是靠滤料上形成的粉尘层的作用。滤布则主要起着形成及支撑粉尘层的作用,而且清灰时应保留粉尘初层。过度清灰会引起效率显著下降,加快滤袋损伤。
图3为同一种滤料在不同状态下的分级效率曲线。由图3可见,清洁滤料的捕集效率O低,积尘后O高,清灰后有所降低。
2、影响袋式除尘器性能的主要因素
2.1 滤袋的透气性
滤布必须有合适的孔隙,允许空气顺利通过而阻挡细小的粉尘进入滤布内部。细小颗粒的粉尘一旦进入滤布内部,就无法将其清除,造成滤布透气性能大大下降,除尘阻力增大,甚至滤袋无法再使用。这也是为什么除尘器滤袋纤维直径要求较细、滤布较“密实”的原因。虽然细纤维制成的滤布价格较高,刚开始使用时过滤阻力较大,但在整个使用期比较稳定,使用寿命长。当然,现在已有了防止粉尘进入滤布内部而透气性能又不降低的新型材料,比如在滤袋与粉尘接触表面喷涂或覆盖一层超薄氟化树脂微孔膜。惰性树脂是完全疏水的,光滑的表面不但不会粘上粉尘,而且对含水率较高的粉尘也会大大降低由粘附产生糊袋现象。也有用专用处理粉剂喷涂滤袋表面,使之表面形成极薄的滤饼,使孔隙度比较均匀、细小。对滤布表面进行压光或烧结等特殊工艺处理,也可以达到同样的目的。三防(防油、防水、防静电)滤布在炭黑除尘行业得到较广泛的应用。
总之,在选择滤袋材料时,O好参考相关资料或请教专业生产厂和专家。现在滤袋生产厂很多,品种差异大,价格差异也大,从十几元/m2到几百元/m2。在选择滤袋时要综合考虑价格、使用寿命和处理物料的物性。特别是外购除尘器时不能单纯考虑价格,还必须考虑其配置和材料。有的滤袋处理某种粉尘有效,但对其他粉尘可能不是O佳。
滤布结构可以是毡制的或编织的。大多数毡制品由于纤维间的毛细作用会吸潮,但一些特殊的毡制品比如玻璃纤维针织毡可以在一定程度上防潮。毡制品纤维的不规则排列,孔隙均匀,同时为了保证其强度,滤袋厚度较厚,除尘效率高。在一些重要场合或粉尘细的物料,特别是具有较高表面气流速度的除尘器滤袋经常采用。炭黑气力输送用的除尘器滤袋多数采用毡制品。
编织的纤维织品是用纺纱编织而成的。纺纱间有各种花纹的孔隙,表面光洁,容易设计成可以保持或脱离滤饼的滤布。为了进一步提高表面性能,可以用硅酮树脂喷涂,获得耐磨表面、改进滤饼的脱离或降低滤袋的吸潮能力。对熔点低、粘附性大的各种化学药品O好采用编织纤维的滤袋。橡胶厂的各种小药可以采用这类滤袋。
2.2 过滤速度
过滤速度是代表袋式除尘器处理气体能力的重要技术经济指标,同时,过滤速度对捕集效率亦有显著影响。实验证明,过滤速度增大一倍,粉尘通过率可能增加2倍甚至4倍以上。图4为出口含尘浓度与过滤速度的关系。由图4同样可见,刚清灰后,由于滤料上的粉尘大部分被清除,致使捕集效率短期显著下降,随着积尘量的增加,效率不断增加,压降也增加,至清灰前效率O高。过滤速度高还会导致滤料上迅速形成粉尘层,引起清灰频繁,因此,通常总是希望过滤速度选择得低一些。
在参考除尘器样本时一定要注意除尘器的过滤风速和处理风量,样本中给出的过滤风速和处理风量是一般性粉尘(比如沙尘、煤灰等)。由于这些粉尘粘性小,堆积密度大,颗粒尺寸大,清灰容易,过滤风速和风量较大,一般过滤风速可取2～4m/min。对于橡胶厂使用的炭黑,粘性大,容易产生静电,堆积密度小,粉尘细,它的除尘、清灰比较困难,要求过滤风速较小。一般炭黑气力输送用的脉冲袋式除尘器过滤风速0.8～1.5m/min,车间总除尘过滤风速<2.0m/min。采用振打、风机清灰过滤风速1m/min以下。
2.3 清灰性能
通常滤料上沉积的粉尘负荷量为0.1～0.3kg/m2,压降达1000～1500Pa时,即需要进行清灰。一般滤袋阻力达到250mmH2O(2500Pa)要求更换滤袋。
由于粉尘和滤料的性质不同,清灰的难易程度是千差万别的。织物比毛毡滤料容易清灰,粗粉尘比细粉尘容易清灰。清灰后应保留的残余附着量(亦称初始粉尘层)与总粉尘负荷重量比是衡量清灰性能的定量指标。为简化起见,可取一定过滤速度下清灰前后的压力降比(称为清灰残留率)来表示。
不同的清灰方式效果也各不相同。一般机械清灰比逆气流清灰效果好,但滤布损坏较严重。对于粘性大、倾注密度小的粉尘,必须在清灰的时候停止风机的抽吸(停风机或关闭阀门),否则清灰不彻底甚至无法清灰。脉冲清灰是目前主要的清灰方式,是各种清灰方式中过滤速度O高的。脉冲分室反吹清灰可以防止粉尘的二次污染,清灰效果更好。但脉冲分室反吹清灰结构复杂,制造成本高,维修费用大。风机分室反吹清灰效果没有脉冲清灰效率高,要求其过滤风速要比脉冲清灰的过滤风速小,但由于结构简单,风机使用寿命一般高于脉冲阀,对于大型除尘器(比如车间总除尘)采用风机分室反吹可以大大降低投资成本,维修费用也可降低。
对于新除尘滤袋的车间总除尘器,若用新的密炼机或密炼机进行了大修,由于密炼机内部清洗油、防锈油较多,此时使用除尘器很容易造成糊袋现象,使滤袋彻底报废。为了可靠起见,建议在调试或用户在密炼机工作前开启除尘器和风机,人工在密炼机加料口加炭黑使其进入滤袋表面,在滤袋表面形成滤饼,防止油、汽对新滤袋的直接接触,以免引起糊袋。
2.4 喷吹压力
喷吹压力是指脉冲喷吹的压缩空气压力,喷吹压力越大,诱导的二次气流越多,形成的反吹气速越大,清灰效果越好,袋滤器压降下降越明显。图5为对由DMF-100型脉冲阀组成的喷吹系统的测定结果。由图5可见,在袋式除尘器压降限定后,喷吹压力越高,处理能力越大。在喷吹间隔及喷吹时间不变的情况下,喷吹压力增加,允许入口含尘浓度可以相应提高。但喷吹压力过高,也会出现过度清灰现象,反而影响净化效率,即袋式除尘器出现瞬间“冒灰”现象,同时耗气量增加,浪费能源。由此可见,喷吹压力过低或过高都会影
响过滤效果。
试验表明,压缩空气的压力相当大的一部分消耗在克服喷吹系统本身的阻力上,其数值可达0.2MPa以上,其中脉冲阀的阻力占很大部分。近年来出现几种低阻脉冲阀,如直通脉冲阀和双膜片低压脉冲阀等,由于其内阻降低很多,也使喷吹压力相应降低,即低压喷吹系统。喷吹压力O低可达0.2～0.3MPa。此外,加大气包及喷吹管直径,以喷嘴代替喷孔等均可降低喷吹压力。DMF-F属于低压脉冲阀,而DMF-Z为高压脉冲阀,它们本身的压力损失不同,要求喷吹压力也应不同。喷吹压力除了考虑脉冲阀阻力外,还应考虑滤袋长度,短滤袋采用低的喷吹压力,长除尘布袋喷吹压力要相应增大。对于滤袋长为2000mm、低压直通脉冲阀,喷吹压力0.45～0.55MPa。扁袋
除尘器一般采用高压角式脉冲阀,喷吹压力可适当提高到0.6MPa。
2.5 喷吹间隔
喷吹间隔的长短直接影响到除尘器的压降。对采用定时控制的脉冲袋式除尘器,喷吹间隔由脉冲控制仪设定,定时喷吹(开环控制)。通过调整脉冲间隔,可使除尘器压降基本保持稳定状态下运行。在不影响正常运行的条件下,应尽量延长脉冲间隔,这样可以减少压缩空气耗量,还可以减少脉冲阀膜片及滤袋的损坏,延长使用寿命。延长喷吹间隔,喷吹系统耗电量虽然少了,但由于除尘器压降增加过多,会增加引风机的耗电量。炭黑气力输送除尘器喷吹间隔一般在12～15s,车间总除尘喷吹间隔可以在20～25s。
2.6 喷吹时间
喷吹时间(又称脉冲宽度)即脉冲阀开启喷吹的时间。一般喷吹时间越长,喷入滤袋内的压缩空气量也越多,清灰效果好。但喷吹时间增加到一定值后,对清灰效果的影响并不明显。图6为DMF-100型脉冲阀在过滤速度和入口含尘浓度一定时,不同喷吹压力下,喷吹时间和除尘器压降的关系。由图6可见,开始,随喷吹时间的增加,除尘器压降下降很快,而喷吹时间达到一定值时,压降下降很少,但压缩空气量却成倍增加。因此想通过调节喷吹时间来降低除尘器的压降是有限的,一般喷吹时间在0.1～0.2s,通常取0.15s。
2.7 压缩空气耗量
压缩空气耗量主要取决于喷吹压力、喷吹周期、喷吹时间、脉冲阀型式和口径以及滤袋数等因素。图7为DMF-100型脉冲阀在过滤风速一定而喷吹压力不同时,喷吹时间与耗气量的关系。
对于DMF-100型脉冲阀,当喷吹压力为0.5～0.7MPa,喷吹时间为0.1～0.2s时,每个脉冲阀喷吹一次的耗气量0.01～0.034m3;当喷吹压力为0.4～0.57MPa,喷吹时间为0.2～0.3s时,每个脉冲阀喷吹一次的耗气量0.025～0.036m3。
3、结语
橡胶厂炼胶车间产生的粉尘对车间内外环境的危害是众所周知的,也是当前迫切需要解决的问题。除了配置合适的除尘设备外,尚需用户了解除尘器的除尘机理、操作条件和影响因素。正确使用和维护除尘设备,使其发挥O大的除尘效果,还可以延长使用寿命。当然,与除尘器配套的风机风压和风量等参数也会直接影响除尘效果,在设计、使用过程中亦应一起考虑。
