脉冲袋式除尘器清灰装置设计优化技巧

脉冲袋式除尘器的清灰装置由脉冲阀、喷吹管、贮气包、导流器和控制仪等几部分组成。

1.清灰装置工作原理

脉冲袋式除尘器清灰装置工作原理如图3-49所示。脉冲阀一端接压缩空气包，另一端接喷吹管，脉冲阀背压室接控制阀，脉冲控制仪控制着控制阀及脉冲阀开启。当控制仪无信号输出时，控制阀的排气口被关闭，脉冲阀喷口处关闭状态；当控制仪发出信号时控制排气口被打开，脉冲阀背压室外的气体泄掉压力降低，膜片两面产生压差，膜片因压差作用而产生位移，脉冲阀喷吹打开，此时压缩空气从气包通过脉冲阀经喷吹管小孔喷出（从喷吹管喷出的气体为一次风）。当高速气流通过文氏管导流器诱导了数倍于一次风的周围空气（称为二次风）进入滤袋，造成滤袋内瞬时正压，实现清灰。

2.气源气包设计

图3-49 脉冲袋式除尘器清灰装置

气源气包又称为分气箱，简称气包，它对袋式除尘器脉冲清灰系统而言，起定压作用。原则上讲，如果气包本体就是压缩气稳压罐，其容积越大越好。对于脉冲喷吹清灰系统而言，所提供的气源气压越稳定，清灰效果越好。然而，从工程实际角度出发，气源气包容积的大小往往受场地、资金等因素限制。因此，设计一个合理的气源气包成为脉冲清灰系统设计的一个重要环节。

气包容积设计计算：根据实践经验，在脉冲喷吹后气包内压降不超过原来储存压力的30%。即根据所选型号脉冲阀一次喷吹最大耗气量来确定气源气包容积。

针对某型号脉冲阀分别配置容积大小不等的两个气源气包，在相同脉冲信号（80ms）、相同气源压力（0.2MPa）下进行喷吹试验，参数见表3-15。

表3-15 不同容积气包下脉冲喷吹参数对比

由表3-15脉冲喷吹参数对比可知：

①该脉冲阀在大气包上一次喷吹压降仅为原压力的18%（<30%），其喷吹压力峰值远大于在小气包上的喷吹压力峰值。

②该脉冲阀在大气包上喷吹气量（耗气量）较大。

可见，脉冲阀配置大气包时，脉冲喷吹效果明显好于小气包。因此，根据脉冲阀最大喷吹耗气量来确定气源气包容积是合理可行的。

气包最小体积计算式如下：

式中 V_min——气包最小体积（L）；

△n——脉冲阀喷吹耗气量摩尔数；

Q——脉冲阀一次耗气量（L/次）；

22.4——标准状态下气体分子摩尔体积（L/mod）；

R——气体常数，R=8.3145J/（mod·K）；

△p_min——气包内最小工作压力（Pa）；

T——气体温度（℃）；

k——容积系数，＜30%。

例如，计算3in脉冲阀在电信号80μms，气源压力0.6MPa，一次喷吹气量428L条件下的气包最小容积（气包内压降要求低于储存压力的30%）。

本例中：脉冲阀喷吹耗气量摩尔数△n为

应配置气源气包最小容积

计算结果表明，该脉冲阀在上述喷吹条件下，需要配置有效容积大于259L的气包，才能实现高效清灰目的。

③制作安装：气包有不同形状，不管设计为圆形或方形截面，必须考虑安全可靠和保证质量要求。可参照JB/T 10191—2010《袋式除尘器安全要求 脉冲喷吹类袋式除尘器用分气箱》或压力容器进行设计。

气包的进气管口径尽量选大，满足补气速度。对大容量气包可设计多个进气输入管路。对于大容器气包，可用3in以上管道把多个气包连接成为一个贮气回路。

脉冲阀安装在气包的上部或侧面，避免气包内的油污、水分经过脉冲阀喷吹进滤袋。每个气包底部必须带有自动或手动油水排污阀，周期性地把容器内的杂质向外排出。

如果气包按压力容器标准设计，并有足够大容积，其本体就是一个压缩空气稳定罐，可不另外安装贮气罐。当气包前另外带有稳压贮气罐时，需要尽量把稳压贮气罐位置靠近气包安装，防止压缩空气在输送过程中经过细长管道而损耗压力。

气包在加工生产后，必须用压缩空气连续喷吹清洗内部焊渣，然后再安装阀门。在车间测试脉冲阀，特别是3in淹没阀时，必须保证气包压缩空气的压力和补充流量。否则脉冲阀将不能打开或者漏气。

如果在现场安装后，发现阀门的上出气口漏气。那么是因为气包内含有杂质，导致小膜片上堆积尘粒、冰块、铁锈等污染物不能闭阀。需要拆卸小膜片清洁。

气包上应配置安全阀、压力表和排气阀。安全阀可配置为弹簧微启式安全阀。

3.喷吹管设计计算

脉冲袋式除尘器，在滤袋上方设有喷吹管，每个喷吹管上有若干个喷吹孔，每个喷吹孔对准一个滤袋口，清灰时从脉冲阀喷出的脉冲气流通过喷吹孔的喷射作用射入滤袋，并诱导周围的气体，使滤袋产生振动，加上逆气流的作用使滤袋上的粉尘脱落下来，从而完成清灰过程。喷吹管结构设计的合理性直接影响到除尘器的使用效果和滤袋的使用寿命。

（1）喷吹管管径 选择喷吹管时，其直径与脉冲阀出气管的管径相当，由于无须耐压要求，一般都选择薄板无缝管；喷吹管的长度取决于脉冲阀能喷吹的滤袋数、滤袋的直径和滤袋的中心距；喷吹管的壁厚取决于管的长度和材质，选用时要保证喷吹管不会因自重而弯曲即可，如3in淹没式脉冲阀所选用的喷吹管一般采用无缝钢管外径为φ89，壁厚≤4mm。

（2）喷吹口孔径 喷吹口孔径大小各生产厂家设计相差甚大，这与其使用脉冲阀性能不同造成的，一般情况下喷吹口平均孔径按下式计算：

式中 φ_p——喷吹口平均孔径（mm）；

C——系数，取50%～65%；

n——喷吹孔数量；

d——脉冲阀出口直径（mm）。

例如，3in淹没式脉冲阀出口直径81mm拟带16条φ160×6000mm滤袋，求喷吹管喷吹口孔径？

解：代入上式

即喷吹管的喷吹口孔径为φ15mm。

脉冲气流从脉冲阀喷吹后，沿喷吹管的长度方向上，其速度和静压力分布是不均匀的，为保证每个喷吹孔的喷气量相当。每个喷吹口的孔径可用下式计算：

式中 φ_i——任一喷吹口的孔径（mm）；

φ₁——喷吹口平均孔径（mm）；

K——喷吹口气流流量与平均值的比值，可参考图3-50取，也可由试验确定。

设计喷吹管上喷嘴孔径的大小时，离脉冲阀远的喷吹孔径小，一般比离脉冲阀近的喷吹孔径要小0.5～2.0mm。上例中近端3个孔可取为φ16mm为宜。喷嘴孔径与脉冲阀的对应关系也可以参照表3-16选取。

表3-16 喷嘴孔径与脉冲阀的对应关系

注：设计喷嘴孔径时要考虑用高品质脉冲阀。

（3）喷吹口孔形状 设计喷吹管的喷吹口时，喷吹口孔距的公差为±0.5mm，喷吹孔应垂直向下，不能倾斜，其轴心线的垂直度≤0.4mm，否则喷吹气流会冲刷滤袋；喷吹口一般是钻孔成型，这种孔易加工，但喷吹阻力大。带翻边的弧形孔阻力较小，详见图3-51。这种喷吹口不仅减少系统喷吹阻力，而且能使压缩气流尽量汇中于一点喷出，以防气流发散无序冲刷滤袋，从而从结构上减少气流冲刷滤袋的可能性。

图3-50 喷吹口处的K_i变化

图3-51 喷吹孔形图

（4）喷吹导流管 喷吹管上每个喷孔下接有一个导流管，可使喷射出的气流能集中垂直向下。导流管的形状如图3-52所示。其中以图3-52b为最好。(www.xing528.com)

导流管直径通常为喷吹孔的2～3倍。

图3-52 导流管常用型式

导流长度按下式计算

式中 l——导流管长度（mm）；

C_k——系数，取C_k=0.2～0.25；

φ₁——喷吹口孔径（mm）；

K——射流紊流系数，柱形射流K=0.08。

如上例中喷吹孔长度为

（5）喷吹管加工安装 对喷吹管加工要求如下：①喷吹管孔径、孔距必须严格控制其公差，喷吹孔孔距公差±0.5mm，喷吹管上喷吹孔的直线度≤0.8mm；②喷吹管上的喷吹孔必须垂直向下，严防喷孔的偏斜，以保护滤袋不受喷吹气流的冲刷，喷吹孔轴心线的垂直度≤0.4mm；③除尘器的滤袋安装必须垂直于花板，喷吹管安装时喷吹孔所喷出气流的中心线与滤袋中心一致，其位置偏差应≤2mm。

（6）喷吹口和袋口气流速度

①喷吹口气流速度：喷吹口流速是决定喷吹深度的重要因素。喷吹气体能否达到超音速，是由喷吹管的型式决定的，而能达到多大速度是由压力与温度决定的。

渐缩喷管喷吹口最大流速即为临界音速。临界音速是由临界温度决定的，只要超过临界音速，即可认为获得超音速流动。超音速流动只能由拉法尔喷管获得。

临界音速只与气体的物理性质和温度有关，空气的临界音速可由下式求得：

式中 a——临界音速（m/s）；

T₀——气体初始温度（K）。

由上式计算得知，空气在0℃时，临界音速为302m/s。

压缩空气喷吹口的喷吹速度可由下式求得：

式中 v——喷吹速度（m/s）；

p₁——喷吹口出口压力（Pa）；

p₀——喷吹口进口压力（Pa）。

表3-17是在0℃，设计出口压力为103655Pa时不同进口压力通过拉法尔喷管所能获得的理论最大速度。

表3-17 喷吹管出口处最大流速

注：进口压力=贮气包压力-系统压降。

②袋口气流速度：得到喷吹口速度后可按下式求出袋口速度。

式中 v_m——袋口速度（m/s）；

v₁——喷吹口速度（m/s）；

α——圆射流紊流系数；

h₂——喷吹口到袋口距离（m）；

R₁——喷吹口半径（m）。

③影响因素：喷嘴口参数受喷吹系统本体影响较大。压缩空气在喷吹系统内的流动速度由系统阻力控制。不同喷吹系统阻力是不同的，直角式和直通式脉冲阀较淹没式脉冲阀阻力要大，细喷吹管较粗喷吹管阻力大，高压喷吹较低压喷吹阻力要大。并且，喷吹管内的压降和管内流速的二次方成正比。所以说，要想把喷吹管内达到一定的流动速度，就必须要克服因为要提高速度而带来的压力损失。直角式和直通式脉冲阀因为系统阻力较大，一般要求高压空气才能获得较好的清灰效果。而淹没式脉冲阀系统阻力较小，即使低压空气也能获得同样的清灰效果。

袋口参数受喷吹口参数影响是不言而喻的，为了获得袋口的理想参数，所以研究影响喷吹口参数的文章屡见不鲜。

4.喷吹管到袋口的距离

（1）利用射流理论计算 喷吹管导流管喷出口与滤袋口的距离h₁，对喷吹清灰效果至关重要。因为h₁值太小，吸进的气流会太少，影响清灰效果；h₁值太大，喷射气流可能不能有效进入滤袋。所以h₁值可根据等温圆射流原理和试验确定。压缩空气从导流管喷出后形成射流，射流不断将周围空气吸入射流之中，射流的断面不断扩大，此时的射流流量也逐渐增加，而射流速度逐渐降低直到消失。射流速度开始从射流周边降低，逐步发展到射流中心。当射流出口为圆形时，射流可向上下左右扩散，这种射流称为圆形射流。图3-53为管脉冲喷射清灰利用射流原理的示意图。

图3-53 脉冲喷吹清灰利用射流原理的示意图

l—导流管长度 d—导流管直径

α—射流扩散角 h₁—导流管出口到花板距离 h₂—喷吹管到花板距离 D—喷吹管直径 φ—滤袋直径

将射流进入滤袋某一点视为射流的边界，设：距袋口100～300mm处，射流边界距喷吹管喷口的距离为h₂。将射流边界向喷射口方向延伸，会聚于点P，称为射流极点。

射流扩散角α的正切为

tanα=3.4K=0.272，α=15.5°

则

式中 h₂——喷吹口到花板距离（mm）；

φ——袋口直径（mm）；

α——喷射角（°）。

例如：选用3in淹没式脉冲阀，其喷吹管导向管的喷孔φ₂=30mm，滤袋直径φ=160mm，求导流管中心与滤袋口的距离。

解：①求导流管的长度l，即

导流管内径选择30mm，则导流管我们设计为φ₂30×3焊管，长度l=40mm；

②先求h₂即

喷吹管中心线距袋口为

所以除尘器的喷吹管中心距离花板面的距离334mm。

（2）经验公式

选用高品质的脉冲阀，其性能优良，可用下式计算喷吹管到袋口的距离。

h₂=（φ-48）/0.353 （3-34）

式中 h₂——喷吹口到花板距离（mm）；

φ——滤袋直径（mm）。

实践表明，气流刚进入滤袋时，滤袋口总有100～300mm的距离经常受到高压气流的直接冲刷，如果喷吹口中心和滤袋口中心稍有偏差，高压气流喷吹滤袋会更强烈，从而导致滤袋很短时间就会损坏，直接影响除尘器的使用效果和维护成本。这种现象说明在袋口装带有文氏管的袋笼是合理的。由于化纤针刺毡滤袋耐磨性较强，不装文氏管也可以减少滤袋口气流阻力。但对不抗折的玻纤滤袋，则一定要用有文氏管的袋笼，否则会严重影响滤袋的使用寿命，破坏影响的表现在袋口附近，如图3-54所示。

按上述方法设计在供气压力不低于0.2MPa的情况下选用3in淹没式脉冲阀可保证16条滤袋袋底压力达到2000Pa以上，计算方法省略。