粉尘层孔隙率对压力损失的影响及稳定时间

1.压力损失及计算式

除尘器的压力损失△p不仅包含过滤物体本身的阻力，而且还包括气体进入滤袋前后的粘附性和紊流的摩擦阻力。假设摩擦阻力很小，在此只考虑过滤前后的压力差。即△p是指在一定过滤速度v和一定粉尘负荷m_d下的过滤阻力。

预先涂覆烟灰时v_f=2.6cm/s，△p=910Pa。

如前所述，粉尘清灰后的过滤阻力可用△p₀表示。△p₀中包括残留粉尘（一次粘附层）的阻力。粉尘抖落后重新运行。经过时间t之后，在过滤面积A（m²）上又粘附一层新粉尘。假设粉尘的厚度为L，孔隙率为ε_p时沉积的粉尘质量为M_d（kg），那么M_d/A=m_d（kg/m²）就叫做粉尘负荷或表面负荷。因此，（△p-△p₀）是负荷m_d相对应的压力损失，用△p_d表示，即△p_d=△p-△p₀。经过清灰之后，△p_d值可以达到零。此时，压力损失可用下式表示：

△p=△p₀+△p_d （1-14）

式中 △p——滤料压力损失（Pa）；

△p₀——清灰后滤料压力损失（Pa）；

△p_d——粉尘层压力损失（Pa）。

图1-7所示为上述关系示意图。

图1-7 除尘器过滤阻力示意图

如果把通过滤料的气流看做层流，那么△p₀和△p_d均应与气体的粘度μ和透过速度（v/ε_p）成正比。但是，如前所述，粉尘层的孔隙率ε_p随表观过滤速度v的大小而变化，压力损失一般与vⁿ成正比。

△p_d与粉尘沉积层的厚度L成正比。设粉尘粒子的密度为ρ_p（kg/m³），则

式中 m_d——粉尘负荷（kg/m²）；

M_d——粉尘质量（kg）；

A——过滤面积（m²）；

L——粉尘层厚度（m）；

ε_p——粉尘孔隙率（%）；

ρ_p——粉尘粒子密度（kg/m³）。根据此式可以算出粉尘层的厚度

式中，ε_p不仅与速度v有关，还与粒径d_p和负荷m_d有关。根据以上关系，将式（1-14）改为下式：

△p=（ξ₀+α_mm_d）μv （1-17）

式中 △p——滤料压力损失（Pa）；

ξ₀——滤料阻力系数；

α_m——粉尘层的平均比阻力（m/kg）；

μ——含尘气体黏度（Pa·s）；

m_d——粉尘负荷（kg/m²）；

v——过滤速度（m/s）。

根据式（1-14）和式（1-15）得(www.xing528.com)

式中 ξ₀——黏有残留粉尘的滤布的阻力系数。

同样，由式（1-14）和式（1-17）得出下式：

设粉尘的比表面积粒径为d_p·x，那么粒子填充层压力梯度△p_d/L可用科兹尼-卡曼公式表示

式中，K是取决于粒子大小、形状和气体中水分的无因次常数。当εφ＜0.7时，可以使用这个公式。将式（1-19）代入式（1-18）中，得

从式（1-20）中可以清楚地看出α_m的物理意义。α_m又称为粉尘层的平均比阻力。根据式（1-18）可以求出α_m的实验值。α_m值一般为α_m=10⁹～10¹²m/kg。

与之比较，不带粉尘的滤布阻力系数则为ξ₀=10⁷～10¹⁰（1/m）。

袋式除尘器所处理的气体，一般为含尘空气。在这种情况下，式（1-17）中的粘滞系数μ必须移到括号内，而且用关系式v=Q/A，可以把它改写成下式：

式中 K₀=ξ₀μ，K_d=αMμ。

μ的单位在国际单位中为N·s·m^-2，相当于Pa·s，也可以写为kg·m^-1·s^-1，因此

在常温下，空气的黏滞系数μ=1.81×10^-5（kg·m^-1·s^-1），所以K_d=（10⁹～10¹²）×1.81×10^-5=10⁴～10⁷（1/s）。

同样，K₀=10³～10⁶（N·s·m^-3）

清灰之后，式（1-21）中的m_d=0，式（1-21）变成

测量清灰后的压力损失△p₀和气体量Q，便可算出K₀值。据美国的实验数据报导，K₀值的范围为K₀=12000～120000，式（1-21）中的m_d等于抖落的粉尘量M_d除以过滤面积A的值。如前所述，在料斗中由于惯性分离而沉积很多未经过滤的粉尘，所以事先要把这些粉尘取出来，然后进行清灰，测量M_d值。若测出m_d值，则根据（1-21）式可推导出下式：

当m_d为一定值时，根据总的阻力值△p，可以求出K_d。

和K_d的情况一样，根据式（1-18），可用实验方法求出比阻力α_m值。

2.过滤阻力随时间的变化

随着运行时间的推移，除尘器滤料的过滤性能和强度下降。例如，运行4～6个月，过滤性能下降到新滤布的1/6，强度下降到60%，其下降程度决定于粉尘的性状和浓度、过滤速度、处理气体的温度、湿度或腐蚀性等。掌握滤料性能和强度随运行时间推移的变化情况，不仅是制订计划的需要，而且在运行、维修方面也需要。由于老化影响比过滤性能值的影响更加直观。

如果粉尘细、浓度高而且过滤速度快，则滤布的孔隙就容易堵塞。堵塞程度与滤布的编织方法和表面处理有关。据说，清灰后的压力损失△p₀达到稳定值时通常至少需要运行50天。如果损失值急剧增加，就意味着滤布不能再使用。图1-8表示滤布用于厚毛毡的逆喷吹式除尘器时，压力损失△p随运行时间而增加的情况。在图1-8中示出的运行条件下，处理的粉尘粒径非常粗。鉴于这种情况，△p大概需要20天才能达到稳定值。但是，总的压力损失按指数函数规律增加，运行40天后，△p值大约是运行初期的三倍。

图1-8 振动式除尘器的压力损失随时间的变化