王尚元++何愛玲
[摘 要]袋式除塵器作為煙氣處理領域的重要設備走過了100多年的發(fā)展歷程，其除塵機理與清灰機理及方式發(fā)生了巨大的變化，了解其發(fā)展史對于我們目前的研究有著重要的借鑒及啟示作用。
[關鍵詞]袋式除塵器；除塵機理化；清灰
中圖分類號：TQ330 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）03-0301-01
1.袋式除塵器的產(chǎn)生和發(fā)展
袋式除塵器在19世紀80年代[1]開始應用于工業(yè)生產(chǎn)，1881年[2]奔特工廠在德國申請了《機械振打清灰方式袋式除塵器》授權專利；1930年[3]逆氣流清灰法出現(xiàn)在工業(yè)實踐中；1954年海森[4]開發(fā)的“逆噴型吹氣環(huán)清灰技術”實現(xiàn)了袋式除塵器除塵、清灰連續(xù)操作，不僅大幅度提高了煙氣處理量，同時可以保證濾袋壓力穩(wěn)定；之后于1957年后發(fā)明的脈沖袋式除塵器則被認為是袋式除塵技術發(fā)展史上的一個重要里程碑，它不但可以實現(xiàn)操作和清灰連續(xù)，保證濾袋壓差趨于穩(wěn)定，調(diào)高煙氣處理量，更為重要的是內(nèi)部無運動部件。因此濾布使用壽命更長、機械結構更簡單。
自20世紀70年代以來袋式除塵器技術向大型化、自動化方向發(fā)展。歐美等國借助迅速發(fā)展的工業(yè)相繼開發(fā)出了大型袋式除塵器以應用于火電、干法水泥轉窯窯尾以及電爐除塵等領域，并推出單臺過濾面積超過12000m2的大型袋式除塵器。但是電除塵器的使用范圍還是較大，袋式除塵器約占30%市場。截至目前發(fā)達國家均已基本走完了用袋式除塵器取代或改造靜電除塵器及其他種類除塵器的過程。
我國于上世紀60年代中期成功研發(fā)了第一臺脈沖袋式除塵器，開始了袋式除塵器發(fā)展之路。在20世紀80年代初在袋式除塵器開始應用于火電燃煤電廠，由于當時環(huán)保對火電廠煙氣排放沒有要求，加上袋式除塵器整體技術水平落后且對袋式除塵器的認識及運行經(jīng)驗不足，相繼出現(xiàn)了“糊袋”、“燒袋”、“清灰不靈”、“漏袋”等故障，導致袋式除塵器發(fā)展出現(xiàn)了停滯。國內(nèi)90年代后基本上不再有電廠使用袋式除塵器作為除塵設備，嚴重阻礙了大型脈沖袋式除塵器在國內(nèi)的進一步發(fā)展和應用，直至近十年大型脈沖袋式除塵器重新才開始發(fā)展起來，正是由于袋式除塵技術的進步以及新型過濾材料的不斷涌現(xiàn)使得袋式除塵器在控制工業(yè)煙塵排放領域得到了越來越廣泛的應用。
回轉反吹袋式除塵器是美日等國于上世紀60年代開發(fā)的一種新型袋式除塵器。1962年日本首先研發(fā)成功并應用于工業(yè)生產(chǎn)。同時美國Carter-Day公司也相繼推出了RJ、RF兩個系列回轉反吹袋式除塵器；隨后美國Poumtail公司推出PN系列回轉反吹圓袋式除塵器。
我國于1975年立項開發(fā)回轉反吹扁袋除塵器，并于1979年完成回轉反吹圓袋式除塵器系列化設計，現(xiàn)有LDB、ZC、FD、LMF等十多個系列。反吹機制與此同時也得到了新的發(fā)展。一是采用漸進式定位噴吹技術，該技術突破了傳統(tǒng)的定速回轉機構實現(xiàn)動態(tài)清灰的束縛。通過借助專門設計的漸進定位噴吹機構可以在傳統(tǒng)的多級蝸輪前置槽輪撥動定位結構。這樣的處理方案在很大程度上解決了內(nèi)外圈濾袋清灰不勻的問題。
2、袋式除塵器的除塵機理
濾料是袋式除塵器的主體部件，其本身的孔徑較大，但卻能除去粒徑小于1nm以下的顆粒。其除塵機理主要有以下幾個方面：
（1）慣性碰撞
當含塵氣流接近濾料纖維時氣流將繞過纖維，而粉塵顆粒則由于慣性作用撞擊到纖維上即會被捕獲，處于粉塵軌跡臨界線范圍內(nèi)的粉塵顆粒均可以到達纖維表面而被捕獲。通常慣性碰撞隨粉塵粒徑及流速的增大而增強。
（2）篩分作用
當粉塵粒徑大于濾料間空隙或沉積在濾料上的粉塵間隙時粉塵即被截留下。由于除塵器運行初期新鮮濾布空隙遠大于粉塵粒徑，粉塵顆粒可以通過濾料纖維的空隙阻留效果較差；但當濾料表面堆積大量粉塵后阻留作用就顯著增強。
（3）攔截作用
當含塵氣流接近濾料纖維時較細粉塵顆粒隨氣流一起繞流，若粉塵顆粒半徑大于粉塵中心到纖維邊緣的距離時則因與纖維接觸而被攔截捕獲。
（4）靜電效應
通常粉塵粒子和濾料都帶有電荷，兩者之間遵循同性相斥、異性相吸的原理。若粉塵顆粒與濾料所帶電荷相反，則有利于粉塵顆粒吸附在濾料上，從而提高除塵器除塵效率，但卻存在粉塵顆粒難以清除的弊端。若粉塵顆粒與濾料帶有同種電荷，情況則相反粉塵顆粒將受到排斥。因此如果存在外加電場可強化靜電效應從而提高除塵器除塵效率。靜電效應一般在塵粒粒徑小于1μm且氣流速度較低時才顯現(xiàn)出來。
（5）重力沉降
當速度較低的含塵氣流進入除塵器后粒徑及密度較大的顆粒則可能由于重力作用而自然沉降下來。
（6）擴散作用
擴散作用發(fā)生在粉塵粒徑粒徑較小情況下。小于1μm的粉塵顆粒特別是小于0.3μm的亞微米粉塵顆粒在氣體分子的撞擊作用下脫離原始流線運動做著像氣體分子一樣作著不規(guī)則的布朗運動，如果在運動過程中與濾料纖維接觸即可從氣流中分離出來。這種作用通常稱為擴散作用。隨著氣流速度的降低，濾料纖維和粉塵粒徑的減小，擴散作用增強。
通常并不是上述幾種機理都同時作用，起主導作用的往往是一種機理或者是2-3種機理的聯(lián)合作用。根據(jù)粉塵性質(zhì)、袋濾器機械結構特性及運行條件等實際情況的不同，各種機理的重要性也不相同。
2.1 濾料使用初期的除塵機理
濾料收塵初期的除塵機理對于非織造布和織造布是不同的。織造布首先是粉塵顆粒在濾料的孔洞內(nèi)架橋形成粉塵處層，然后收塵率隨粉塵層厚度增加而上升；而非織造布則與空氣凈化器相似：粉塵顆粒不僅能在濾料纖維上附著而形成粉塵初層，而且還能進入濾布內(nèi)部，有內(nèi)部過濾的傾向。因此我們可以認為濾料收塵的初期起主導作用的收塵機理是慣性碰撞、擴散和截留。此外靜電力和重力也起到一定作用。在此期間的收塵率約為70%。
2.2 濾料正常使用期的除塵機理
含塵氣體通過濾料時隨著深入濾料內(nèi)部其內(nèi)部纖維空間逐漸減小，最終形成了附著在濾料表面的粉塵初層。袋式除塵器對粉塵顆粒的捕集主要依靠這個初層和以后逐漸堆積起來的粉塵層起作用。另有研究人士則認為粉塵顆粒穿透濾料會造成除塵率的下降，如果粉塵層有一個最合理厚度，則不僅對較大顆粒（1μm以上）而且對較小顆粒（1μm以下）都能很好的捕集效果，因此認為過濾風速越低越好。
3.袋式除塵器的清灰方式
袋式除塵器使用流程中的關鍵步驟是清灰再生，濾袋清灰是保證袋式除塵器連續(xù)運行的必備措施。濾袋表面積灰后必然會減少濾料的孔隙率，增加阻力。而當濾料的阻力增加到一定程度時過濾效率會有所下降。阻力增大即意味著濾料所受的壓差將增大，粉塵顆粒就會從濾料最薄弱的地方通過，其數(shù)量及范圍會隨著阻力的增加而增大。對于動力源—風機來說其工作性能隨著系統(tǒng)阻力的增加風量就會減小，因此當濾袋表面粉塵厚度達到一定值時必須將濾袋上的粉塵層清除到一定程度使濾袋再生，恢復設定的透氣性使之可以繼續(xù)工作。除塵器清灰的基本要求就是從濾料表面迅速有效、均勻地清落粉塵層，同時又能維持一定的粉塵初層厚度，并且不破壞濾袋和較少的動力消耗。清灰效果直接影響除塵器的效率、阻力、濾料使用壽命和除塵系統(tǒng)運行的經(jīng)濟效益。
根據(jù)清灰機理的不同，清灰方式通常可分為氣流反吹和機械振動兩大類。振動清灰包括機械振動和人工振打。氣流反吹包括回轉反吹、借助壓縮空氣的脈沖噴吹、氣環(huán)反吹、反吹（吸）風等。目前還有一些新的清灰方式陸續(xù)現(xiàn)出，例如利用彈振機理清灰和利用聲波輔助清灰。
參考文獻
[1] 金國淼.除塵設備[M]，北京：化學工業(yè)出版社，2002，131～132.
[2] 張殿印，張學義.除塵技術手冊[M]，北京：冶金工業(yè)出版社，2002，97.
[3] 陳明紹，吳光興，張大中.除塵技術的基本理論與應用[M]，北京：中國建筑工業(yè)出版社，1981，578～579.
[4] Koch H， Licht W.[J]，Chemical Engineering， 1979， 84， 80～88.
