袋式除尘器设计原理

袋式除尘器是一种干式滤尘装置。滤料使用一段时间后，由于筛滤、碰撞、滞留、扩散、静电等效应，滤袋表面积聚了一层粉尘，这层粉尘称为初层，在此以后的运动过程中，初层成了滤料的主要过滤层，依靠初层的作用，网孔较大的滤料也能获得较高的过滤效率。随着粉尘在滤料表面的积聚，除尘器的效率和阻力都相应的增加，当滤料两侧的压力差很大时，会把有些已附着在滤料上的细小尘粒挤压过去，使除尘器效率下降。另外，除尘器的阻力过高会使除尘系统的风量显著下降。因此，除尘器的阻力达到一定数值后，要及时清灰。清灰时不能破坏初层，以免效率下降。
袋式除尘器设计优劣涉及到诸多因素,文章从处理风量、使用温度、气体成分等方面简要介绍了袋式除尘器的设计要点。
       袋式除尘器设计优劣涉及到诸多因素,文章从以下因素介绍了袋式除尘器的设计要点。
    1、处理风量
    处理风量决定着袋式除尘器的规格大小。一般处理风量都用工况风量。设计时一定要注意除尘器使用场所及烟气温度,若袋式除尘器的烟气处理温度已经确定,而气体又采取稀释法冷却时,处理风量还要考虑增加稀释的空气量；考虑今后工艺变化,风量设计指值在正常风量基础上要增加5%～10%的保险系数,否则今后一旦工艺调整增加风量,袋式除尘器的过滤速度会提高,从而使设备阻力增大,甚至缩短滤袋使用寿命,也将成为其他故障频率急剧上升的原因,但若保险系数过大,将会增加除尘器的投资和运转费用；过滤风速因袋式除尘器的形式、滤料的种类及特性的不同而有很大差异,处理风量一经确定,即可根据确定的过滤风速来决定所必须的过滤面积。
    2、使用温度
    袋式除尘器的使用温度是设计的重要依据,使用温度与设计温度出现偏差,会酿成严重后果,因为温度受下述两个条件所制约: 一是不同滤料材质所允许的较高承受温度(瞬间允许温度和长期运行温度)有严格限制；二是为防止结露,气体温度必须保持在露点20℃以上。对高温气体,必须将其冷却至滤料能承受的温度以下,冷却方式有多种,较为典型的有自然风管冷却、强制风冷、水冷等,具体可按不同的工艺及冷却温度、布置尺寸要求等进行设计选型。
    3、气体成分
    除特殊情况外,袋式除尘器所处理的气体,多半是环境空气或炉窑烟气,通常情况下袋式除尘器的设计按处理空气来计算,只有在密度、黏度、质量热容等参数关系到风机动力性能和管道阻力的计算及冷却装置的设计时,才考虑气体的成分。在许多工况的烟气中多含有水分,随着烟气中水分的增加,袋式除尘器的设备阻力和风机能耗也随之变化。含尘气体中的含水量,可以通过实测来确定,也可以根据燃烧、冷却的物质平衡进行计算。烟气中有无腐蚀性气体是决定滤料、除尘器壳体材质及防腐等选择所必须考虑的因素。另外,若烟气中有有毒气体,一般都是微量的,对装置的性能没有多大影响,但在处理此类含尘烟气时,袋式除尘器必须采用不漏气的结构,而且要经常维护,定期检修,避免有毒气体泄露造成安全事故。
    4、入口含尘浓度
    入口含尘浓度常以标态体积含尘质量表示,就入口含尘浓度,袋式除尘器设计时要作如下考虑
    (1) 设备阻力和清灰周期。入口含尘浓度增大,相同过滤面积情况下,设备阻力也增加,为维持一定的设备阻力, 清灰周期也相应缩短；
    (2) 滤料和箱体的磨损。在粉尘具有强磨损的高浓度状况下,磨损量与含尘浓度成正比,在除尘器入口处应有导流耐磨等处理技术,如烧结粉尘、氧化铝粉、硅砂粉等；
    (3) 预除尘器及过滤风速。在入口含尘浓度很高的情况下,应设计较低的过滤风速及设计预除尘器,但如果设计具有初级沉降功能的结构形式,也可取消预除尘器；
    (4) 排灰装置。排灰能力是以能排出全部收集的粉尘为标准,排出的粉尘量,等于入口、出口含尘浓度差值与处理风量之积,多级排灰装置能力设计应以下一级大于上一级排灰能力为准。
5、出口含尘浓度
    出口含尘浓度必须低于环境保护法规及国家卫生标准的指定值。袋式除尘器的出口含尘浓度,依除尘器的结构形式、滤料种类、粉尘性质而有所不同,一般介于1～50mg/m3之间。对于含有铅、镉等有害物质的情况下,要求出口浓度特别低,设计时按不同的用途及工艺特性,选用不同的袋式除尘器结构及滤料材质。
    6、粉尘性质
    粉尘的性质对袋式除尘器的设计有很大影响,对粉尘一些特殊性质,要根据设计经验采取有效的措施。
    (1) 附着性和凝聚性。附着性和凝聚性粉尘进入袋式除尘器,粉尘稍经凝聚就会颗粒变大,堆积于滤袋表面的粉尘在被抖落的过程中,也能继续进行凝聚,清灰效能和通过滤料的粉尘量也与粉尘的附着性和凝聚性有关。因此,设计时对附着性和凝聚性非常显著的粉尘,或者几乎没有附着性和凝聚性粉尘,必须按粉尘种类、用途的不同,根据设计经验采取不同的处理措施。
    (2) 粒径。粒径分布对袋式除尘器的主要影响是阻力损失和磨损。微细粉尘对压力损失影响比较大,粗粒粉尘对磨损起决定性作用,但只有入口含尘浓度高和硬度大的颗粒,其影响才比较大。
    (3) 粒子形状。一般认为,针状结晶粒子和薄片状粒子容易堵塞滤料的孔隙,降低除尘效率。能够凝聚成絮状物的纤维状粒子,若采取很高的过滤速度,就很难从滤料表面脱落,设计时按粒子状及特性选择不同的过滤风速。
    (4) 粒子的密度。粉尘的堆积密度与粒径、凝聚性、附着性有关,也与袋式除尘器的阻力损失、过滤面积有关。堆积密度越小,清灰越困难,设计时要选择较低过滤风速。此外,粉尘的堆积密度对选定除尘器灰斗及排灰装置能力至关重要。
    (5) 吸湿性和潮解性。吸湿性和潮解性强的粉尘,在袋式除尘器运转过程中,极易在滤料表面上吸湿而固化,或遇水潮解而成为稠状物,造成清灰困难、设备阻力增大,以至影响除尘器正常运转。例如对含有KCl、MgCl2、NaCl、CaO等强潮解性物质的粉尘, 要采取必要的技术措施。
    (6) 静电性。容易带电的粉尘在滤料上一旦产生静电,就不易脱落,对非常容易带电的粉尘,必须采用防静电滤料等技术措施,以避免因静电产生火花而引起爆炸。
    (7) 可燃性。对于可燃性粉尘,虽然不一定都引起爆炸,但如除尘器前的工艺流程中出现火花,且能进入除尘器内时,就应采用防爆措施,如增设火花捕集器、设防爆门等。
    7、设备阻力
    所谓设备阻力是指除尘器入口至出口在运行状态下的全压差。布袋除尘器的压力损失通常在1000～2000Pa之间,脉冲袋式除尘器压力损失通常小于1500Pa。设备阻力是风机选型的主要依据,设备运行过程中允许压力损失有某种变动范围,设计时应考虑设备阻力变动余量来确定风机的选型。
    8、设备耐压
袋式除尘器的耐压是根据工艺要求及风机的静压等确定的,必须按照袋式除尘器正常使用的压力来确定设备的设计耐压。作为一般用途的袋式除尘器,设备耐压为4000～5000Pa,对于长袋脉冲除尘器一般为6000～8000Pa,对于采用以罗茨鼓风机为动力的负压型空气输送装置,除尘器的设计耐压为15～50kPa。另外,某些特殊如高炉煤气干法脉冲袋式除尘器,其设计耐压要求达到0.3MPa或更高,设备一般均设计为圆形,以满足耐压要求。