顏翠平 黃 梅 馬小輝 林莉君 樊欽宇 劉安雄 嚴(yán)紹文

（1.西南科技大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院,四川 綿陽(yáng) 621010;2.固體廢物處理與資源化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 綿陽(yáng) 621010;3.成都市城市安全與應(yīng)急管理研究院,四川 成都 610031）

粉塵主要來(lái)自于人類(lèi)活動(dòng),包括工業(yè)生產(chǎn)、人們?nèi)粘Ｉ罨顒?dòng)以及交通運(yùn)輸。工業(yè)生產(chǎn)是粉塵的最主要來(lái)源,火力發(fā)電廠、鋼鐵廠、建材廠,化工廠、有色金屬?gòu)S以及礦山作業(yè)區(qū)等工業(yè)生產(chǎn)區(qū)都產(chǎn)生了大量的粉塵[1]。隨著粉體處理技術(shù)的發(fā)展,以及我國(guó)對(duì)粉塵排放濃度標(biāo)準(zhǔn)的逐年提高,捕集和回收粉塵的要求也在不斷提高。這就要求除塵設(shè)備對(duì)微小粉塵的捕集率高、收集純度高,適用范圍廣,排放濃度低等特點(diǎn)。而傳統(tǒng)濾料在工業(yè)使用過(guò)程中存在兩大不容忽視的問(wèn)題,一是濾料易破損,使用壽命較短;二是收集潮解、黏附性粉體時(shí)除塵器堵塞濾料糊袋的問(wèn)題。由于經(jīng)過(guò)反復(fù)的過(guò)濾、清灰、清洗和安裝等工藝導(dǎo)致濾料磨損,表面粗糙變毛甚至變形,變毛的纖維性濾料在脈沖清灰過(guò)程中容易與粉體一起剝落,使得粉體回收的純度變低;另外破損的濾料使得粉體通過(guò)濾料發(fā)生泄漏的概率大大增加,這不僅導(dǎo)致除塵器的過(guò)濾精度降低,泄露的粉塵還將直接導(dǎo)致粉塵排放濃度增加[2]。因此,磨損嚴(yán)重的濾料只能更換才能保證其除塵性能,這不僅增加了設(shè)備運(yùn)行成本,廢棄的濾料也給環(huán)境帶來(lái)了污染。使用PTFE覆膜濾筒分別對(duì)高嶺土（d50=5.531μm）以及勃姆石（d50=0.784 μm）2種粉體進(jìn)行收集,粉體黏附在濾筒褶皺里,有效過(guò)濾面積逐漸減少,最終清灰失效,導(dǎo)致粉體堆積板結(jié)覆蓋了濾筒整個(gè)表面。

脈沖噴吹塑燒板除塵器與傳統(tǒng)濾袋濾筒除塵器的區(qū)別就是濾料的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)不同,它是由高分子材料通過(guò)特殊燒結(jié)工藝形成的剛性波浪式多孔結(jié)構(gòu)濾料,由PE基板和PTFE覆膜組成,覆膜不只是涂于濾板表面,而是填充到了濾板孔隙內(nèi)部。這樣的涂層結(jié)構(gòu)使得塑燒板對(duì)超細(xì)粉體也有超高捕集率[3-4],其中對(duì)于1μm以上粉塵的捕集效率高達(dá)99.99%,粉塵排放濃度小于1 mg/m3,能實(shí)現(xiàn)超低排放[5-6]。這種特殊的覆膜材料使得塑燒板表面光滑,能有效收集吸水性黏附粉體[6-8]。另外過(guò)濾原件一體化剛性設(shè)計(jì)使得塑燒板濾料在脈沖清灰時(shí)不會(huì)變形,附著在板上的粉塵是成塊狀豎直掉落的,不會(huì)發(fā)生由形變帶來(lái)二次揚(yáng)塵?；谝陨咸匦?塑燒板多用于貴重粉質(zhì)的回收以及高濕煙塵等特殊作業(yè)場(chǎng)所[9]。但由于其價(jià)格昂貴、工業(yè)穩(wěn)定運(yùn)行參數(shù)未知,導(dǎo)致其暫未受到廣泛推廣。因此,對(duì)塑燒板除塵器過(guò)濾清灰性能影響因素的研究為其推廣以及解決黏附性粉體收集問(wèn)題都有極其重要的意義。

國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)中有一部分學(xué)者對(duì)塑燒板的材料結(jié)構(gòu)特征,清灰性能特點(diǎn)等做了一定的定性描述,但對(duì)于塑燒板除塵器的具體實(shí)驗(yàn)研究參考資料較少,其中關(guān)于脈沖噴吹參數(shù)組合問(wèn)題,劉鵬[10]通過(guò)對(duì)塑燒板數(shù)值模擬分析表明:噴射間距、噴嘴直徑、脈沖壓力的最優(yōu)組合值為66 mm、8 mm、0.6 MPa;蔡龍[11]等指出塑燒板除塵器擁有更低的粉塵出口濃度（≤1 mg/m3）,除塵設(shè)備阻力非常穩(wěn)定,壓力損失幾乎保持不變。目前關(guān)于塑燒板過(guò)濾清灰性能的研究只有數(shù)值模擬這類(lèi)方法。塑燒板除塵器的清灰性能的實(shí)驗(yàn)研究空缺,塑燒板除塵器在收集吸水黏附性粉體穩(wěn)定運(yùn)行的噴吹清灰參數(shù)未知。因此本項(xiàng)目應(yīng)用自建的塑燒板除塵器工業(yè)覆粉實(shí)驗(yàn)平臺(tái),參照傳統(tǒng)除塵器清灰性能的研究方法,以除塵器阻力、粉塵排放濃度作為評(píng)價(jià)清灰效果指標(biāo),對(duì)塑燒板除塵器過(guò)濾清灰性能的影響因素以及除塵器收集黏附性粉體穩(wěn)定運(yùn)行參數(shù)等問(wèn)題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

工業(yè)覆粉實(shí)驗(yàn)由實(shí)驗(yàn)室搭建的可容納4個(gè)塑燒板的除塵器進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)裝備如圖1所示,平臺(tái)由供氣設(shè)備、除塵器箱體、噴吹裝置、進(jìn)料裝置組成。其中供氣設(shè)備包括WW-0.9/10B-Q型全無(wú)潤(rùn)滑空氣壓縮機(jī)、HAD-1SNF型冷凍式干燥機(jī)、減壓閥以及氣包;除塵器箱體可容納4塊尺寸為560 mm×52 mm×1 200 mm的塑燒板;噴吹裝置由型號(hào)為DMF-Z-20的直角型脈沖閥、型號(hào)為SXC-8A1的脈沖控制儀、DN25的噴吹管4根（每根管道上開(kāi)9個(gè)噴孔,分別對(duì)應(yīng)塑燒板的9個(gè)空腔,噴孔直徑為6 mm,孔間距為53 mm）組成。進(jìn)料裝置包括振動(dòng)下料機(jī)、下料漏斗以及電控器。另外選用2臺(tái)風(fēng)機(jī)并聯(lián)以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)過(guò)濾風(fēng)速需求,風(fēng)機(jī)1型號(hào)為XFC-7500型漩渦氣泵式風(fēng)機(jī)（最大處理風(fēng)量520 m3/h）、風(fēng)機(jī)2型號(hào)為Ring-BlowerRB100型環(huán)形鼓風(fēng)機(jī)（最大處理風(fēng)量630 m3/h）。

圖1 塑燒板除塵器清灰平臺(tái)示意Fig.1 Schematic diagram of dust removal platform of sintered plastic filter dust collector

塑燒板除塵器在入料口需要用稱(chēng)重設(shè)備控制入料粉塵濃度,在進(jìn)行粉塵收集過(guò)程中需要全程對(duì)其除塵器阻力、粉塵排放濃度以及風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速進(jìn)行檢測(cè)與記錄。所用到的測(cè)量設(shè)備包括稱(chēng)重儀、風(fēng)速儀、粉塵濃度儀和U型管。其中風(fēng)速儀來(lái)自瑞典Swema公司,其型號(hào)為Air50,可測(cè)量風(fēng)速、溫度以及風(fēng)量;粉塵排放濃度監(jiān)控儀器是美國(guó)TSI品牌型號(hào)為8533EP的環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器。該設(shè)備可以同時(shí)測(cè)量5個(gè)不同粒徑段的質(zhì)量濃度分布,分別有PM1,PM2.5,PM4,PM10以及總塵。測(cè)量的濃度值范圍為0.001～150mg/m3,在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始至結(jié)束過(guò)程中,將濃度儀放于風(fēng)機(jī)出口進(jìn)行全程監(jiān)控,可實(shí)時(shí)觀察每一秒下的粉塵排放濃度,每隔5 s系統(tǒng)自動(dòng)儲(chǔ)存一組數(shù)據(jù)。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)用可容納4個(gè)尺寸為560 mm×52 mm×1 200 mm的塑燒板除塵器對(duì)超細(xì)黏附性粉體進(jìn)行收集。通過(guò)改變不同的氣固濃度、過(guò)濾風(fēng)速以及脈沖條件,測(cè)試除塵器阻力以及粉塵排放濃度等方法,對(duì)塑燒板除塵器針對(duì)超細(xì)黏附性粉體收集的清灰性能以及影響因素進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)選用高嶺土和勃姆石2種粉體進(jìn)行工業(yè)覆粉,2種粉體性質(zhì)如表1所示,高嶺土由于其較強(qiáng)的吸水特性而黏附,勃姆石則因?yàn)槌?xì)易團(tuán)聚流動(dòng)性差也具有黏附作用,二者都滿(mǎn)足本次實(shí)驗(yàn)對(duì)粉體黏性的要求。

表1 2種粉體的性質(zhì)對(duì)比Table 1 Comparison of the properties of the two powders

實(shí)驗(yàn)中固定參數(shù)值不變的有:脈沖寬度80 ms、4支噴吹孔徑為6 mm的噴吹管、噴吹距離45 mm、電磁閥為DMF-Z-20直角式脈沖閥。實(shí)驗(yàn)中隨清灰效果改變的噴吹參數(shù)有:初始噴吹壓力為0.4 MPa、初始脈沖間隔為10 s。若除塵器阻力較大即清灰效果不好時(shí)則考慮增加噴吹壓力,若除塵器阻力穩(wěn)定則考慮增加脈沖間隔以節(jié)約能源。

實(shí)驗(yàn)中的變量參數(shù)有:①過(guò)濾風(fēng)速選取0.6、0.8、1.0、1.2 m/min;②粉塵濃度選取 15、25、35、45 g/m3。

實(shí)驗(yàn)前,對(duì)除塵器進(jìn)行安裝,保證氣密性;將供氣裝置、噴吹裝置以及下料裝置與除塵器進(jìn)行連接;脈沖噴吹參數(shù)設(shè)置:脈沖寬度為0.08 s、脈沖間隔為10 s、脈沖周期為0、脈沖回路為4、氣包脈沖壓力為0.4 MPa;調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)變頻器和振動(dòng)加料機(jī)以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的過(guò)濾風(fēng)速與氣固濃度值;實(shí)驗(yàn)開(kāi)始每5 min進(jìn)行1次U型管壓力讀數(shù)以及2臺(tái)風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速的測(cè)量和記錄,實(shí)驗(yàn)全程對(duì)風(fēng)機(jī)出口的粉塵排放濃度進(jìn)行檢測(cè)與記錄。隨時(shí)通過(guò)除塵器透明鋼化玻璃觀察塑燒板除塵器的過(guò)濾清灰情況,并做相關(guān)現(xiàn)象拍照備注。

2 結(jié)果與分析

2.1 脈沖間隔、脈沖壓力對(duì)塑燒板除塵器阻力的影響分析

噴吹壓力可以決定塑燒板除塵器的單次噴吹清灰強(qiáng)度,在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中如有清灰困難就會(huì)通過(guò)提高噴吹壓力以提高清灰強(qiáng)度。脈沖間隔指的是相鄰2個(gè)脈沖閥都輸出開(kāi)閥信號(hào)的時(shí)間間隔,直接決定了壓縮空氣的消耗量[12],脈沖間隔設(shè)置時(shí)間越短,即噴吹周期越短,在相同的清灰時(shí)間內(nèi),脈沖閥工作的次數(shù)越多,清灰次數(shù)越多。但脈沖閥的多次使用不僅使得耗氣量增加,還加速了脈沖閥這一易損件的耗損,增加了除塵設(shè)備的運(yùn)行成本。因此,在除塵器入口氣固濃度小,濾料上積灰少,清灰效果較好的情況下可適當(dāng)增加脈沖間隔以節(jié)約能源,反之應(yīng)縮短脈沖間隔。

為了定量分析脈沖間隔以及壓力對(duì)塑燒板除塵器清灰效果影響。選取高嶺土粉體進(jìn)行工業(yè)覆粉實(shí)驗(yàn)。如圖2所示,當(dāng)過(guò)濾風(fēng)速為0.6 m/min、噴吹壓力為0.4 MPa、氣固濃度為 15 g/m3時(shí),實(shí)驗(yàn)的前5 min,除塵器的阻力上升較快。這是因?yàn)闈崈舻乃軣逋蝗婚_(kāi)始過(guò)濾粉體,大量的粉體附著在濾板上使得除塵器的阻力快速上升,5 min之后,阻力上升明顯減慢,且逐漸趨于穩(wěn)定。最終阻力由95 Pa上升到155 Pa。除塵器阻力較小,可能是由于粉塵氣固濃度較低,粉塵附著在塑燒板上就立即被脈沖噴吹氣流吹下。后續(xù)實(shí)驗(yàn)增大了粉塵氣固濃度至45 g/m3、脈沖間隔增至120 s,讓更多的粉體有充足的時(shí)間附著在濾板上進(jìn)行過(guò)濾,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明塑燒板除塵器的阻力呈現(xiàn)的規(guī)律為前5 min突增隨后緩慢上升最后穩(wěn)定。前60 min的阻力變化分別為125～160、130～170、130～180 Pa,60 min后增加了40 s的脈沖間隔,各氣固濃度下除塵器阻力僅僅只增加了5 Pa。結(jié)果表明當(dāng)過(guò)濾風(fēng)速為0.6m/min時(shí),塑燒板除塵器的運(yùn)行阻力較小且穩(wěn)定,脈沖間隔對(duì)塑燒板除塵器的阻力影響較少。因此,塑燒板除塵器在阻力穩(wěn)定的情況下可考慮增加脈沖間隔以減少耗氣量與脈沖閥的耗損。脈沖除塵器總耗氣量計(jì)算:

圖2 脈沖間隔對(duì)塑燒板除塵器運(yùn)行阻力影響Fig.2 Effect of pulse interval on operation resistance of sintered plastic filter dust collector

式中,a為附加系數(shù),取1.2;n為脈沖閥數(shù)量,本次覆粉實(shí)驗(yàn)取4;q為閥單次噴吹耗氣量,DMF-Z-20型脈沖閥取27 L/（閥·次）;T為噴吹周期;t為脈沖間隔,s。

對(duì)于有4個(gè)脈沖閥的塑燒板除塵器,不同脈沖間隔的耗氣量與脈沖次數(shù)如表2所示,數(shù)據(jù)表明脈沖間隔與除塵器耗氣量和脈沖次數(shù)成反比。其中,脈沖間隔為10 s時(shí),除塵器的耗氣量和脈沖次數(shù)是脈沖間隔為120 s時(shí)的12倍。因此,適當(dāng)增加脈沖間隔可減少能耗,節(jié)約能源。但當(dāng)除塵器運(yùn)行阻力不穩(wěn)定時(shí)脈沖間隔的增加則會(huì)增大除塵器運(yùn)行阻力。

表2 不同脈沖間隔的耗氣量與脈沖次數(shù)Table 2 Gas consumption and pulse times at different pulse intervals

如圖3所示,在過(guò)濾風(fēng)速為1.0 m/min、氣固濃度為15 g/m3、脈沖壓力為0.4 MPa時(shí),除塵器阻力持續(xù)上升,實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了65 min依然未穩(wěn)定。脈沖間隔從120 s減少到10 s,塑燒板除塵器的運(yùn)行阻力有所降低,從最大1 510 Pa減少到1 135 Pa。數(shù)據(jù)表明脈沖間隔的減少對(duì)除塵器阻力有一定的控制作用,但就此清灰參數(shù)條件下依然無(wú)法使塑燒板除塵器持續(xù)穩(wěn)定的清灰。因此,在此過(guò)濾風(fēng)速、氣固濃度的清灰參數(shù)下保持脈沖間隔10 s不變,調(diào)節(jié)脈沖壓力至0.5 MPa,進(jìn)行了覆粉實(shí)驗(yàn)。如圖4所示,由于脈沖壓力的增加,除塵器阻力明顯降低,并且較快地趨于穩(wěn)定。阻力從1 135 Pa降低到420 Pa?？梢?jiàn)脈沖壓力的增加能有效提高塑燒板除塵器的清灰性能,保證除塵器穩(wěn)定運(yùn)行。

圖3 脈沖間隔對(duì)塑燒板除塵器運(yùn)行阻力影響Fig.3 Effect of pulse interval on operation resistance of sintered plastic filter dust collector

圖4 脈沖壓力對(duì)塑燒板除塵器運(yùn)行阻力影響Fig.4 Effect of pulse pressure on operation resistance of sintered plastic filter dust collector

綜上所述,工業(yè)上針對(duì)塑燒板除塵器對(duì)粉體進(jìn)行收集過(guò)程中,可根據(jù)除塵器阻力的大小調(diào)節(jié)脈沖間隔以及脈沖壓力。為了后續(xù)控制變量,研究清灰參數(shù)對(duì)塑燒板除塵器清灰性能的影響,脈沖間隔選擇10 s,噴吹壓力選擇0.4～0.5 MPa。

2.2 過(guò)濾風(fēng)速對(duì)塑燒板除塵器清灰性能的影響

為探究過(guò)濾風(fēng)速對(duì)塑燒板除塵器的清灰性能影響,選用高嶺土和勃姆石2種粉體進(jìn)行覆粉實(shí)驗(yàn)。利用實(shí)驗(yàn)測(cè)試的除塵器阻力、風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速、粉塵排放濃度數(shù)據(jù)以及拍攝的照片對(duì)塑燒板除塵器的清灰影響進(jìn)行分析。

2.2.1 設(shè)備阻力分析

過(guò)濾風(fēng)速對(duì)塑燒板除塵器阻力影響如圖5所示,塑燒板除塵器初始阻力以及實(shí)驗(yàn)后期阻力都隨過(guò)濾風(fēng)速的增加而變大。這是因?yàn)檫^(guò)濾風(fēng)速越大,除塵器空腔內(nèi)的負(fù)壓越大,含塵氣流作用在濾板上的力越大,對(duì)除塵器清灰的性能要求更高,需要更大脈沖強(qiáng)度才能將黏附在濾板上的粉塵層清理下來(lái)。如圖5（a）所示,對(duì)于高嶺土粉體,過(guò)濾風(fēng)速為0.6～1.0 m/min時(shí),除塵器阻力快速趨于穩(wěn)定,穩(wěn)定時(shí)的阻力分別為155 Pa、280 Pa、420 Pa。當(dāng)過(guò)濾風(fēng)速增加到1.1 m/min時(shí),除塵器阻力持續(xù)緩慢上升,運(yùn)行80min依然未達(dá)到穩(wěn)定,阻力值上升到980 Pa。 當(dāng)過(guò)濾風(fēng)速增加到1.2 m/min時(shí),除塵器阻力增長(zhǎng)速度變快,阻力上升到4 600 Pa,脈沖噴吹對(duì)附著在塑燒板上的粉體幾乎沒(méi)有作用,堆積在塑燒板上逐漸變厚,清灰失效,停機(jī)后對(duì)塑燒板進(jìn)行拍照如圖6所示。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明過(guò)濾風(fēng)速對(duì)塑燒板除塵器的阻力影響較大,在過(guò)濾風(fēng)速0.6～1.0 m/min時(shí)能保證塑燒板除塵器穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)于大于1.0 m/min的過(guò)濾風(fēng)速需要增加噴吹壓力（＞0.5 MPa）,以降低設(shè)備阻力。綜合考慮,塑燒板除塵器收集高嶺土這類(lèi)吸水性黏附粉體的過(guò)濾風(fēng)速不易大于1.1 m/min。

圖5 過(guò)濾風(fēng)速對(duì)塑燒板除塵器阻力的影響Fig.5 Effect of filtration wind velocity on resistance of sintered plastic filter dust collector

圖6 塑燒板除塵器收集高嶺土1.2m/min過(guò)濾風(fēng)速下清灰失效圖Fig.6 Failure diagram of ash removal under filtration wind velocity of 1.2 m/min for ceramic clay collected by sintered plastic filter dust collector

如圖5（b）所示,對(duì)于勃姆石粉體的收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,當(dāng)過(guò)濾風(fēng)速為0.6～0.8 m/min時(shí),系統(tǒng)阻力也是較快趨于穩(wěn)定,穩(wěn)定時(shí)的阻力分別為325 Pa、435 Pa。當(dāng)過(guò)濾風(fēng)速為1.0 m/min時(shí),系統(tǒng)阻力持續(xù)穩(wěn)定上升,實(shí)驗(yàn)進(jìn)行130 min依然沒(méi)有穩(wěn)定,阻力值上升至1 020 Pa。對(duì)比高嶺土粉體收集的系統(tǒng)阻力,發(fā)現(xiàn)勃姆石相對(duì)高嶺土更難收集,這可能是因?yàn)椴肥奖雀邘X土小以及流動(dòng)性比高嶺土差,導(dǎo)致勃姆石的黏附性比高嶺土強(qiáng)。因此在過(guò)濾風(fēng)速為1.0 m/min、噴吹壓力為0.5 MPa下收集勃姆石粉體時(shí)的設(shè)備阻力都無(wú)法穩(wěn)定。綜合可得塑燒板除塵器在收集勃姆石這一類(lèi)超細(xì)黏附性粉體所適用的過(guò)濾風(fēng)速為0.6～0.8 m/min,更高的過(guò)濾風(fēng)速需要加大脈沖強(qiáng)度（脈沖壓力＞0.5 MPa）,不宜選用更大的過(guò)濾風(fēng)速。

2.2.2 風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速分析

由過(guò)濾風(fēng)速設(shè)計(jì)值0.6～1.2 m/min可反算出風(fēng)機(jī)1出口設(shè)計(jì)風(fēng)速為8.021 m/s、10.695 m/s、13.368 m/s、14.705 m/s、16.042 m/s,風(fēng)機(jī)2出口設(shè)計(jì)風(fēng)速為11.977 m/s、15.97 m/s、19.962 m/s、21.959 m/s、23.955m/s。覆粉實(shí)驗(yàn)過(guò)程中每5min對(duì)2臺(tái)風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速進(jìn)行了測(cè)量并記錄,由于2臺(tái)風(fēng)機(jī)并聯(lián),出口風(fēng)速變化規(guī)律相似,選用風(fēng)機(jī)1的出口風(fēng)速變化值進(jìn)行分析。

如圖7所示,其中對(duì)高嶺土粉體的收集,當(dāng)過(guò)濾風(fēng)速為0.6～1.0 m/min時(shí),風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速維持在8.5 m/s、11.0 m/s、13.5 m/s上下,與設(shè)計(jì)值相差在±0.5 m/s以?xún)?nèi),表明塑燒板除塵器在此條件下的設(shè)計(jì)風(fēng)量得到保障,且除塵器運(yùn)行穩(wěn)定。當(dāng)過(guò)濾風(fēng)速為1.1 m/min時(shí),風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速有緩慢降低,過(guò)濾風(fēng)速達(dá)到1.2 m/min時(shí),風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速則在持續(xù)下降,從初始值15.92 m/s下降到11.57 m/s,與設(shè)計(jì)值相差4.5 m/s,可以反推出除塵器處理風(fēng)量以及過(guò)濾風(fēng)速也在下降,除塵器清灰失效。另外對(duì)勃姆石粉體收集過(guò)程中,除塵器出口風(fēng)速變化圖可以看出,當(dāng)過(guò)濾風(fēng)速為0.6～0.8 m/min時(shí),風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速維持在7.7 m/s、10.2 m/s上下,而當(dāng)過(guò)濾風(fēng)速為1.0 m/min時(shí),風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速有緩慢降低,從初始值13.28 m/s下降到12.46m/s,與設(shè)計(jì)值相差0.9m/s。以上的數(shù)據(jù)變化規(guī)律都能和除塵器阻力變化相對(duì)應(yīng),除塵器阻力的上升不僅導(dǎo)致風(fēng)機(jī)所耗功率增加,還將減少除塵器的處理風(fēng)量,使得除塵性能降低。

圖7 過(guò)濾風(fēng)速對(duì)塑燒板除塵器出口風(fēng)速的影響Fig.7 Effect of filtration wind velocity on outlet wind velocity of sintered plastic filter dust collector

2.2.3 粉塵排放濃度分析

塑燒板除塵器覆粉實(shí)驗(yàn)全程的粉塵排放濃度都使用了粉塵濃度儀進(jìn)行檢測(cè)與記錄,如圖8所示,過(guò)濾風(fēng)速對(duì)粉塵排放濃度沒(méi)有明顯的影響。其中對(duì)高嶺土粉體收集的排放濃度數(shù)據(jù)可以看出當(dāng)過(guò)濾風(fēng)速為0.6～1.1 m/min時(shí),粉塵出口濃度一直處于一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài),平均值分別為0.080 mg/m3、0.145 mg/m3、0.104 mg/m3、0.075 mg/m3,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1 mg/m3。當(dāng)過(guò)濾風(fēng)速為1.2 m/min時(shí),也就是塑燒板除塵器清灰失效的時(shí)候,粉塵排放濃度也逐漸上升。其中,在除塵器阻力為1 830 Pa時(shí)對(duì)應(yīng)的粉塵排放濃度為1.02 mg/m3,已經(jīng)開(kāi)始大于1 mg/m3;當(dāng)除塵器阻力上升至3 400 Pa時(shí),排放濃度增加到了4.55 mg/m3。對(duì)于勃姆石粉體收集的排放濃度數(shù)據(jù)圖可得,過(guò)濾風(fēng)速為0.6～1.0 m/min時(shí),粉塵排放濃度平均值分別為0.191 mg/m3、0.152 mg/m3、0.188 mg/m3。雖然相對(duì)高嶺土而言數(shù)值有所增加,但依然遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1 mg/m3,排放濃度的增加是因?yàn)椴肥牧奖雀邘X土細(xì)很多。在過(guò)濾風(fēng)速為1.0 m/min時(shí)后期的排放濃度有明顯的上升,這是因?yàn)槌龎m器阻力也在緩慢上升未穩(wěn)定,但最大值也只有1.58 mg/m3。

圖8 過(guò)濾風(fēng)速對(duì)粉塵排放濃度影響Fig.8 Effect of filtration wind velocity on dust emission concentration

綜上所述,當(dāng)塑燒板除塵器的系統(tǒng)阻力較小且穩(wěn)定的情況下,粉塵排放濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1 mg/m3,當(dāng)除塵器清灰失效時(shí),粉塵排放濃度會(huì)逐漸上升。有可能是因?yàn)楫?dāng)清灰失效時(shí),附著在塑燒板上的粉塵層會(huì)越積越厚,不斷的過(guò)濾使得除塵器內(nèi)負(fù)壓增加,作用于濾板上,使得小顆粒穿過(guò)濾板孔隙從風(fēng)機(jī)出口逃逸,造成排放濃度的增加。因此,為實(shí)現(xiàn)粉塵的超低排放,應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)除塵器系統(tǒng)阻力的控制。

2.3 氣固濃度對(duì)塑燒板除塵器清灰性能的影響

氣固濃度即為除塵器入口的含塵氣流濃度,氣固濃度越高,相同時(shí)間里塑燒板過(guò)濾的粉塵越多,粉塵黏附在濾板表面的量越多,對(duì)除塵器的清灰性能的要求也越高。下面將從除塵器阻力、風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速以及粉塵排放濃度的角度進(jìn)行氣固濃度對(duì)塑燒板除塵器清灰性能影響分析。

（1）系統(tǒng)阻力與風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速分析。由于在對(duì)高嶺土粉體進(jìn)行工業(yè)覆粉實(shí)驗(yàn),當(dāng)過(guò)濾風(fēng)速為1.1、1.2 m/min時(shí),塑燒板除塵器的系統(tǒng)阻力未達(dá)到平衡,清灰失效。因此選取過(guò)濾風(fēng)速為0.6～1.0m/min下除塵器能穩(wěn)定運(yùn)行的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)氣固濃度的影響分析。如表3所示,在各個(gè)過(guò)濾風(fēng)速下的除塵器的穩(wěn)定阻力隨著氣固濃度的增大而不斷上升。其中,對(duì)于高嶺土粉體收集的數(shù)據(jù)來(lái)看,過(guò)濾風(fēng)速0.6～1.0 m/min,氣固濃度從15 g/m3增加到45 g/m3,除塵器穩(wěn)定運(yùn)行的系統(tǒng)阻力分別上升了30 Pa、70 Pa、100 Pa。表面過(guò)濾風(fēng)速越大,除塵器入口的含塵氣流濃度對(duì)除塵器系統(tǒng)阻力的影響越明顯。然而對(duì)于勃姆石粉體,阻力分別上升75 Pa、55 Pa,氣固濃度的變化對(duì)除塵器阻力影響與過(guò)濾風(fēng)速的相關(guān)性不大。這是因?yàn)閷?duì)于勃姆石粉體,過(guò)濾風(fēng)速為0.8 m/min時(shí)就需要0.5 MPa的噴吹壓力才能使塑燒板除塵器穩(wěn)定運(yùn)行,這恰好說(shuō)明了噴吹壓力對(duì)塑燒板除塵器清灰強(qiáng)度的重要影響。另外,從風(fēng)機(jī)出口穩(wěn)定風(fēng)速值可以看出,只要塑燒板除塵器在穩(wěn)定運(yùn)行,風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速與除塵器阻力一樣會(huì)維持穩(wěn)定。與氣固濃度的影響相關(guān)性較小。當(dāng)除塵器清灰失效后,風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速會(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)阻力的上升而逐漸下降。與2.2.2節(jié)對(duì)出口風(fēng)速的分析一致。

表3 不同過(guò)濾風(fēng)速、氣固濃度條件下除塵器阻力與風(fēng)速值Table 3 Resistance and wind velocity of dust collector under different filtration wind velocity and gas-solid concentration

（2）粉塵排放濃度分析。不同的氣固濃度對(duì)塑燒板除塵器粉塵出口濃度變化對(duì)比數(shù)據(jù)如表4所示,數(shù)據(jù)表明粉塵排放濃度隨氣固濃度的改變變化不明顯。勃姆石粉體收集除塵器的平均排放濃度普遍大于高嶺土,這是因?yàn)椴肥垠w的粒徑遠(yuǎn)小于高嶺土,超細(xì)的粉體顆粒在塑燒板除塵與清灰過(guò)程中更易發(fā)生逃逸。從整體來(lái)看,塑燒板除塵器穩(wěn)定運(yùn)行的排放濃度遠(yuǎn)低于1 mg/m3。這與2.2.3節(jié)對(duì)粉塵排放濃度的分析一致。

表4 氣固濃度對(duì)粉塵排放濃度影響數(shù)據(jù)Table 4 Effect data of gas-solid concentration on dust emission concentration

綜合以上覆粉實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分析來(lái)看,噴吹壓力、脈沖間隔、過(guò)濾風(fēng)速以及氣固濃度對(duì)塑燒板除塵器的清灰性能都有很大的影響。其中,噴吹壓力的增大較脈沖間隔的減少更能降低除塵器系統(tǒng)阻力,過(guò)濾風(fēng)速較氣固濃度對(duì)除塵器系統(tǒng)阻力的影響性更大。因此塑燒板除塵器在工業(yè)應(yīng)用過(guò)程中,在除塵器阻力較小且穩(wěn)定的情況下可適當(dāng)增加脈沖間隔減小噴吹壓力,以降低除塵設(shè)備的能耗,可用于較高氣固濃度、過(guò)濾風(fēng)速的工業(yè)環(huán)境;相反則應(yīng)減小脈沖間隔增加脈沖壓力以保證除塵器穩(wěn)定運(yùn)行。

3 結(jié) 論

（1）改變噴吹壓力（0.4～0.5 MPa）和脈沖間隔（10～120 s）,對(duì)高嶺土粉體進(jìn)行了工業(yè)覆粉實(shí)驗(yàn),從除塵器阻力以及能耗的角度,系統(tǒng)分析了噴吹參數(shù)對(duì)除塵器性能的影響。為后期對(duì)塑燒板除塵器清灰性能影響參數(shù)實(shí)驗(yàn)研究選定了脈沖間隔為10 s,噴吹壓力為0.4～0.5 MPa,以保障實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可對(duì)比性。

（2）改變氣固濃度（15～45 g/m3）和過(guò)濾風(fēng)速（0.6～1.2 m/min）,對(duì)高嶺土和勃姆石2種粉體進(jìn)行了工業(yè)覆粉實(shí)驗(yàn),分別從除塵器系統(tǒng)阻力、風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速和粉塵排放濃度的三大角度系統(tǒng)地進(jìn)行了塑燒板除塵器的過(guò)濾清灰性能分析。得出了塑燒板除塵器阻力與過(guò)濾風(fēng)速、氣固濃度成正比的規(guī)律;得到了塑燒板除塵器收集2種不同類(lèi)型粉體時(shí)除塵器設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的過(guò)濾風(fēng)速、氣固濃度以及系統(tǒng)穩(wěn)定阻力,即塑燒板收集高嶺土和勃姆石穩(wěn)定運(yùn)行的過(guò)濾風(fēng)速范圍分別為0.6～1.0 m/min,0.6～0.8 m/min,設(shè)備穩(wěn)定阻力值的范圍分別為155～520 Pa,325～500 Pa（氣固濃度為15～45 g/m3）;驗(yàn)證了塑燒板除塵器穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)具備超低排放濃度（遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1 mg/m3）;上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)塑燒板除塵器的工業(yè)使用推廣提供了理論指導(dǎo)以及技術(shù)支撐作用。