干粉砂漿除塵用濾料阻力的研究

【摘要】根據環境保護部制定的《水泥工業大氣污染物排放標準》（GB 4915-2013），水泥制品生產在標準狀態下顆粒物排放限值必須達到20mg/m³（無大氣污染物特別排放限值下），才能允許排放到大氣中。干混砂漿攪拌站生產的干粉砂漿所產生的大氣污染物主要為石英砂和水泥，根據此類粉塵性質，干混砂漿攪拌站一般采用袋式除塵器此類設備對顆粒物粉塵進行凈化，使其達到國家大氣污染物排放標準。

【關鍵詞】濾料阻力；袋式除塵器；過濾風速；干粉砂漿

前言：

　 袋式除塵器由于其過濾效率高，運行穩定，適應性強等優點，在各個工業除塵領域已經得到了廣泛的應用。除塵布袋作為袋式除塵器核心部件，其性能和阻力大小是設計除塵器的重要參數。袋式除塵器的設計制造需執行《袋式除塵器技術要求》（GB/T6719-2009）這一國家標準。

一、濾料的阻力計算

1、袋式除塵器的系統阻力ΔP0一般由除塵器的結構阻力ΔPc、清潔濾料阻力期ΔP和濾料上積附的粉塵層的阻力ΔPd三部分組成，其中結構阻力ΔP指由除塵器進、出口閥門及其分布管道引起的局部阻力和沿程阻力，可借助相關設計手冊規定的計算公式計算確定，通常為200～500Pa，此部分阻力不可避免，但可以通過采用合理的結構和流體動力設計而盡可能減少，使其不超過除塵器總阻力的20％～30％；潔凈濾料阻力和粉塵層阻力，受濾料結構、煙塵性狀、過濾負荷、運行工況等多種因素影響，具有隨機變化的不確定性。在各種文獻中關于濾料的阻力的表示方式有很多 ，但是沒有一個統一的標準。在除塵系統中，濾布產生的阻力占整個系統的很大一部分，它包括濾布本身的阻力ΔP（一般為50～200Pa）和濾布上的粉塵層產生的阻力ΔPd（500 ～2500Pa）。過濾阻力占除塵器總阻力的主要份額，具體計算方法如下。
潔凈濾料阻力值
　　潔凈濾料在本質上不是一個真正意義上的“過濾元件”，而只是作為實際起過濾作用的一次粉塵層的依附體，但潔凈濾料本身的結構及阻力特性，對粉塵層的建立以及總體過濾性能起著關鍵作用。在工業除塵領域對袋式除塵器選用過濾速度偏低，氣體在濾料中的流動屬于黏性層流，清潔濾料的阻力ΔP(Pa)與過濾速度成正比，可用下式表示：

ΔP=ξoμv
式中μ——流體的動力粘性系數(Pa·s)；
　　v——過濾速度(m／s)；
　　ξo——濾料阻力系數(1／m)，見表2一l。

表2—1清潔濾料的阻力系數(單位：m-1)

由于粉塵層阻力Δpd與粉塵層自身的性質、過濾風速和氣體的性質等多項因素有 關，我們在計算粉塵層阻力Δpd時可以選用達西公式進行計算，因此，空氣通過粉塵層的 阻力降為：

常規袋式除塵器設備阻力分布

由表可以看出潔凈濾料阻力△p。通常為50—200Pa，與纖維規格、濾料結構及后處理方式有關，一般長纖維濾料高于短纖維濾料，機織濾料高于非織氈濾料，表面涂覆濾料高于未處理濾料。在工程實踐中，常用另一指標——透氣率表示潔凈濾料的阻力特性，其定義是在規定壓差(200Pa)條件下，濾料對空氣的過濾速度[單位為m³／(㎡.min)]。透氣率越大，表示潔凈濾料的阻力越小。通常濾料上沉積的粉塵負荷量為0.1～0.3kg/㎡,壓降達1000～1500Pa時,即需要進行清灰。一般濾袋阻力達到250mmH2O(2500Pa)要求更換濾袋。

2、過濾風速與過濾阻力的關系
　過濾阻力的大致計算公式如下：
　　△Pd=(A十B)VFm
　　式中：△Pd——過濾阻力，Pa；
　　　　　A——附著粉塵過濾系數；
　　　　　B——濾袋阻尼系數；
　　　　　VF——過濾風速，m/min；
　　　　　m——濾袋性能系數。
　　上述系數可從相關的資料中查得，這里不做詳細敘述。
3、過濾阻力還可按計算濾塵量的辦法來查表計算。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，根據濾塵量、過濾風速、過濾阻力三者關系查閱相關資料得出，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?。环催^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。綜上所述：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濟損失；辦要在充分了解粉塵性質及系統特性的基礎上，優化除塵器本體結構設計，正確進行經濟技術分析，才能合理地確定過濾風速。
4、實驗的測試方法

在測定濾布阻力特性實驗中可以測試濾料在清潔狀態下過濾阻力隨過濾風速的變化關系同時也可以測試濾料在發塵狀態下過濾阻力隨過濾風速的變化關系。
a、 濾料阻力的測定。濾料的阻力壓力損失就是濾布前后測點的全壓差，即：
ΔP=Pq1-Pq2-ΔPm-ΔPz    

式中：ΔP為濾布的阻力，即空氣通過濾料時的壓力損失，Pa；Pq1、Pq2為被 測濾料前后測試截面的全壓，Pa；Pj1、Pj2為被測濾料前后測試截面的靜壓， Pa；ΔPm為被測濾料的前后壓力測試截面之間的管道沿程阻力，Pa；ΔPz為被測濾料前 后壓力測試截面之間管道的總的局部阻力，Pa。

由于被測試濾料前后管道截面積相等，同時假設可不考慮漏風和氣流密度在被測濾 料前后的微小變化，則前后過濾風速變化很小，可以近似認為前后動壓相等，因此可以用靜 壓差來代替全壓差。需要注意的是濾布前后的靜壓測試點應該布置在管段的氣流穩定段；同時，因為被測試濾 料的前后壓力測定面之間的管道沿程阻力和局部阻力之和很小，相對于濾布的阻力可以忽略 不計，所以被測試濾料的阻力可簡化用下式表示：
ΔP=Pj1-Pj2

二、濾料性能和過濾風速的關系

過濾風速是指氣體通過濾材的平均速度。過濾速度代表袋式除塵器處理氣體能力的重要技術經濟指標,同時,過濾速度對捕集效率亦有顯著影響。實驗證明,過濾速度增大一倍,粉塵通過率可能增加2倍甚至4倍以上。由查表得知出口含塵濃度與過濾速度的關系，由此可見,剛清灰后,由于濾料上的粉塵大部分被清除,致使捕集效率短期顯著下降,隨著積塵量的增加,效率不斷增加,壓降也增加,至清灰前效率最高。過濾速度高還會導致濾料上迅速形成粉塵層,引起清灰頻繁,因此,通?？偸窍Ｍ^濾速度選擇得低一些。對于濾筒式除塵器，過濾風速一般為0.6～1.2m/min。最理想的過濾風速為0.8m/min。當粉塵濃度較高時，可以考慮選擇較低的過濾風速，降低了過濾風速有利于提高除塵器的過濾效率，延長濾筒使用壽命，降低工作阻力，改善通風性能。但除塵器造價有所提高，但在有些特殊情況下，濾筒除塵器的過濾風速也可選到2m/min以上。

三、分析與結論

綜上所述一般袋式除塵器的阻力由除塵器結構阻力、濾料阻力、濾袋粉塵殘留阻力（初層）和堆積粉塵層阻力四部分組成，傳統的袋式除塵器的結構阻力和濾料殘留阻力較大，其節能的根本措施主要有：1、降低氣流在除塵器內的流動速度并采取導流措施使氣流合理運動，這樣可以降低袋式除塵器的結構阻力；2、采用覆膜濾料和超細纖維高密面層濾料，可顯著降低濾袋粉塵殘留阻力和粉塵層厚度；3、合理的清灰周期和清灰強度可減少粉塵層厚度降低粉塵層阻力。