袋式除尘器工作原理解析

（一）袋式除尘器的除尘机理

图5.21是袋式除尘器结构简图。含尘气体进入除尘器后，通过并列安装的滤袋，粉尘被阻留在滤袋的内表面，净化后的气体从除尘器上部出口排出。随着粉尘在滤袋上的积聚，含尘气体通过滤袋的阻力也会相应增加。当阻力达到一定数值时，要及时清灰，以免阻力过高，造成除尘效率下降。图5.21所示的除尘器是通过凸轮振打机构进行清灰的。

图5.21　袋式除尘器结构简图

1—凸轮振打机构　2—含尘气体进口　3—净化气体出口　4—排灰装置　5—滤袋

含尘气体中的粉尘被阻留在滤袋表面上的这种过滤作用通常是通过以下几种除尘机理的综合作用而实现的，如图5.22所示。

图5.22　几种除尘机理示意图

1.筛滤作用

当粉尘粒径大于滤袋纤维孔隙（网孔）或沉积在滤袋上的粉尘间孔隙时，粉尘被阻留在滤袋表面。新滤袋纤维网孔大于粉尘粒径时，粉尘可以通过网孔，此时筛滤作用很小。但是当粉尘在滤袋表面大量沉积形成粉尘初层后，筛滤作用显著增大。

2.惯性碰撞

当含尘气体接近滤袋纤维时，气流将绕过纤维，而较大的粉尘由于其惯性作用而偏离流线运动，撞击到纤维上而被捕集。惯性碰撞作用随粉尘及流速的增大而增大。

3.拦截作用

当含尘气流接近滤袋纤维时，较细粉尘随气流一同绕流，若粉尘半径大于粉尘中心流线到纤维边缘的距离时，粉尘则因与纤维接触而被捕集。此种作用也称为接触阻留作用。

4.扩散作用

当粉尘粒径很小时（如粒径为0.1μm的亚微米粉尘），会在气体分子连续不断地撞击下脱离流线，像气体分子一样做不规则的布朗运动，一旦与纤维接触即被捕集，这种作用称为扩散作用。粉尘的粒径越小，因扩散作用而被捕集的概率就越大。

5.静电作用

粉尘和滤袋都可能因某种原因而带有静电，两者之间遵循同性相斥、异性相吸的原理。如果粉尘与滤料所带静电电性相反，粉尘就容易被吸附在滤袋上。通过外加电场，强化静电作用，有利于除尘效率的提高。

含尘气体通过洁净滤袋（如新滤袋）时，由于洁净滤袋本身的网孔较大（一般滤料为20～50μm，表面起绒的滤料为5～10μm），气体和大部分粉尘都能从滤袋的网孔中通过，只有粗大的粉尘（相对于网孔尺寸而言）能被阻留下来，因而洁净滤袋的除尘效率很低，如图5.23所示。随着较大粉尘被阻留，在网孔上产生“架桥”现象，使得较小粉尘很快在滤袋表面形成一层粉尘初层，如图5.23所示。在以后的过滤过程中，粉尘初层便成了滤袋的主要过滤层。由于粉尘初层的作用，即使过滤很细的粉尘，也能获得较高的除尘效率。这也是袋式除尘器之所以能够成为高效除尘器的重要原因之一。而滤料主要是起着支撑粉尘层的骨架作用。随着粉尘在滤袋上的积聚，除尘效率不断增加，但同时过滤阻力也在不断增加。当流动阻力达到一定程度时，滤袋两侧就会形成较大的压力差，使一些已经附着在滤料上的微细粉尘挤压过去，造成除尘效率降低。此外，除尘器阻力过高，会造成通风除尘系统的风量显著下降，影响吸尘罩的工作效果。因此，当过滤阻力达到一定数值后，要及时进行清灰。清灰时不应破坏粉尘初层，以免损伤滤料，除尘效率下降。

图5.23　袋式除尘器的分级效率曲线

图5.24为同一滤料在不同状况下的分级效率曲线。由图中曲线可以看出，洁净滤料的除尘效率最低，清灰前最高，清灰后有所降低，但对1μm粉尘的除尘效率仍可达98%以上，说明袋式除尘器对微细粉尘的净化能力是很强的。从图中曲线还可看出，对粒径为0.2～0.4μm的粉尘，在不同状况下的除尘效率最低。因为这一粒径范围的粉尘正处于惯性碰撞和拦截作用范围的下限，扩散作用的上限。

图5.24　滤料上的粉尘层(www.xing528.com)

（二）过滤风速

袋式除尘器的过滤风速是指气体通过滤袋表面时的平均速度。若以Q表示通过滤袋的气体量（m3/h），A表示滤袋总面积（m2），则过滤风速为：

工程上还使用比负荷gf的概念，它是指每平方米滤袋表面积每小时所过滤的气体量（m3）。比负荷可表示为：

显然有

过滤风速（或比负荷）是反映袋式除尘器处理气体能力的重要技术经济指标，它对袋式除尘器的工作和性能都有很大影响。在处理风量不变的前提下，提高过滤风速可节省滤料（即节省过滤面积），提高了滤料的处理能力。但过滤风速过高会把积聚在滤袋上的粉尘层压实，使过滤阻力急剧增加。由于滤袋两侧压力差增大，使微细粉尘渗入到滤料内部，甚至透过滤料，致使出口含尘浓度增加。这种现象在滤袋刚清完灰后更为明显。过滤风速高还会导致滤料上迅速形成粉尘层，引起过于频繁的清灰，增加清灰能耗，缩短滤袋的使用寿命。在低过滤风速下，压力损失少，效率高，但需要的滤袋面积也增加了，则除尘器的体积、占地面积、投资费用也要相应加大。因此，过滤风速的选择要综合粉尘的性质、进口含尘浓度、滤料种类、清灰方法、工作条件等因素来确定。一般而言，处理较细或难于捕集的粉尘、含尘气体温度高、含尘浓度大时宜取较低的过滤风速。表5.6列出了不同粉尘适用的过滤风速，可供选择时参考。

表5.6　袋式除尘器推荐的过滤风速　单位：m/min

注：①基本为高温粉尘，多采用反吹风清灰除尘器捕集。

（三）袋式除尘器的阻力

袋式除尘器的阻力不仅决定着它的能耗，而且还决定着除尘效率和清灰的时间间隔。袋式除尘器的阻力与它的结构形式、过滤风速、滤料特性、清灰方式、气体温度及黏度等因素有关。一般可用下式表示袋式除尘器阻力的构成：

式中　Δp——袋式除尘器的阻力，Pa；

　　　Δpc——袋式除尘器的结构阻力（在正常过滤风速下，一般为300～500Pa），Pa；

　　　Δpf——清洁滤料的阻力，Pa；

　　　Δpd——粉尘层的阻力，Pa。

对于确定的袋式除尘器，Δpc和Δpf主要与过滤风速有关，而Δpd取决于过滤风速、进口含尘浓度和过滤持续时间。在袋式除尘器允许的Δpd确定以后，过滤风速、进口含尘浓度和过滤持续时间这三个参数是互相制约的。如处理含尘浓度低的气体时，清灰时间间隔（即滤袋过滤持续时间）可以适当延长；处理含尘浓度高的气体时，清灰时间间隔应尽量缩短。进口含尘浓度低、清灰时间间隔短、清灰效果好的除尘器可以选用较高的过滤风速；反之，则应选用较低的过滤风速。

袋式除尘器正常工作时，压力损失与气体流量随时间变化图形类似于电流的脉冲，如图5.25所示。

图5.25　袋式除尘器压力损失与气体流量的变化

图中所示的清灰宽度是指每次清灰的持续时间；清灰周期是指前后两次清灰的间隔时间。