濾袋脈沖清灰實(shí)測與VDI平臺清灰測試的比較

2012-06-12 來源：CFS責(zé)任編輯：未填瀏覽數(shù)：1486 中國過濾分離網(wǎng)

核心提示：實(shí)驗(yàn)室通常依照 VDI（德國工程師協(xié)會） 3926（或類似指南）來測試袋式除塵器中脈沖噴吹清灰的特性以及進(jìn)行過濾性能預(yù)測，直接將測試結(jié)果與實(shí)際袋式除塵器中濾袋性能的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行對比非常重要。本文首先給出某袋式除塵器（ 3行每行 3個(gè)濾袋）與 VDI測試試驗(yàn)臺的設(shè)計(jì)及動態(tài)特征，同時(shí)用該設(shè)備測試了對包括發(fā)射 PM2.5在內(nèi)的粒子的過濾性能。進(jìn)而提出一種有效對比方法，該方法基于在線清灰測試的脈沖壓力和表面風(fēng)速等可比較的過濾及清灰運(yùn)行條件。最后，提出測試對比的重要結(jié)果。

1　引言

多年以來，實(shí)驗(yàn)室通常依照 VDI 3926（或類似指南）來測試脈沖噴吹清灰對濾料的特性以及提供很多有價(jià)值的信息，同時(shí)也預(yù)測濾料噴吹清灰后的效果 [1,2]。另一方面，僅依賴少量的平板過濾樣本的測試結(jié)果來預(yù)測袋式除塵器脈沖噴吹的效果顯然是存在問題的。在筆者看來，目前還沒有將噴吹和測試同時(shí)進(jìn)行的對比分析報(bào)道出現(xiàn)。

本文首次以 3×3（3行每行 3個(gè)濾袋）的每袋 1.25m長的濾袋進(jìn)行測試，并給出其設(shè)計(jì)和動態(tài)特性，尤其是通過儀器測試得到如清灰阻力，過濾風(fēng)速，粉塵容量和粉塵分離量等在線運(yùn)行數(shù)據(jù)。進(jìn)而深入討論了兩種不同類型的設(shè)備基于同一表面風(fēng)速及脈沖清灰阻力的差別，測試了現(xiàn)場運(yùn)行中濾袋的氣流速率及清灰阻力。 VDI測試儀器的運(yùn)行參數(shù)與以上測試分開進(jìn)行，同時(shí)調(diào)查了相鄰的除塵器二次揚(yáng)塵效應(yīng)。

2 實(shí)驗(yàn)裝置及方法

平面過濾測試裝置

采用 VDI測試裝置（ VDI 3926，Type1）搭建測試平面過濾測試裝置，粉塵通過帶刷的分離系統(tǒng)分離并在進(jìn)入矩形風(fēng)道前預(yù)先通過85Kr輻射源處理。采用連續(xù)光度測試儀對粉塵質(zhì)量濃度進(jìn)行逆向觀測。部分含塵氣體一段時(shí)間后通過平面過濾材料過濾進(jìn)入十字區(qū)域。本實(shí)驗(yàn)中，過濾前后的最大壓差將觸發(fā)脈沖噴吹進(jìn)行清灰。在清潔氣體側(cè)，安裝一個(gè)等速抽離器并用特制的光學(xué)粒子校正計(jì)數(shù)器 [3]進(jìn)行顆粒物分析，直接測量 PM2.5質(zhì)量發(fā)塵量。

噴吹管之后的另一個(gè)等速提取端口將劃分到一個(gè)處理 PM2.5旋風(fēng)器（ 1m3/h）[2]及另一支路。粉塵收集在旋風(fēng)器之后的玻璃纖維過濾器進(jìn)行總質(zhì)量濃度分析。

測試條件選擇來自 VDI 3926中：過濾器表面風(fēng)速為 3.3cm/s；顆粒濃度為 10g/m3。用于提供脈沖清灰的儲氣罐內(nèi)初始壓力為 5bar，然而如后來清灰強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)所示，為了在VDI平臺和布袋除塵器試驗(yàn)臺達(dá)到相同的清灰條件，將最大壓差設(shè)定為 1500Pa，這高于清潔濾袋初始壓降。

過濾器的性能一般以殘余壓降，過濾器的循環(huán)時(shí)間，以及每次循環(huán)中每平方米過濾材料表面排放 PM2.5的質(zhì)量作為評價(jià)基礎(chǔ)指標(biāo)。此外， PM2.5的平均濃度（每個(gè)周期的平均值）根據(jù)每個(gè)周期排放量和相應(yīng)的周期來確定。每個(gè)周期的平均濃度和總質(zhì)量由過濾器特性的不同而不同。

圖1　根據(jù) VDI/DIN 3926設(shè)計(jì)用于顆粒物分析的平板過濾器實(shí)驗(yàn)裝置圖

袋式過濾器試驗(yàn)臺試驗(yàn)

本試驗(yàn)臺由濾袋組成的特殊過濾器，箱體中由 3行（每行 3個(gè)）濾袋（ NBFH）構(gòu)成。每袋配有一個(gè)單獨(dú)的噴吹管，儲氣罐及噴吹閥組成的清理部件。本文對逐行（ RBR）清灰和逐袋清灰（ BBB）均進(jìn)行討論。

圖2　袋式除塵器測試裝置（ NBFH）示意圖

本裝置使用循環(huán)空氣，由流量和溫度調(diào)節(jié)閥門之后徑向吹風(fēng)扇驅(qū)動。下游的風(fēng)扇灰塵計(jì)量測試到通過光度濃度到過濾室入口處測量空氣流通。這九個(gè)濾袋每個(gè)長 1.25m，直徑 120mm。它們連接于 MikroPul文丘里連接器。一個(gè)校準(zhǔn)移動流量傳感器（施密特技術(shù)）安裝在卡口連接器用于不斷測量通過濾袋的體積流量，從而提供其在線瞬時(shí)平均表面風(fēng)速。

如圖 2所示，平板過濾器測試裝置（在設(shè)計(jì)上與 VDI測試儀凈化氣體部分相同）在于法蘭和濾室之間。這種設(shè)置可以同時(shí)過濾器測試，濾袋和過濾片在相同的條件下，以及相鄰之間過濾器表面的相互作用等，進(jìn)一步可進(jìn)行 VDI測試與 NBFH試驗(yàn)臺間數(shù)據(jù)的比較。

發(fā)塵量的測量是 NBFH試驗(yàn)臺和平板測試組件共同完成，并通過一個(gè)由 PM2.5旋風(fēng)器和 OPC等速采樣。

粉塵測試

PURAL SB（SB粉塵）由于它具有在可接受的周期時(shí)間的高粒子滲透性一直使用至今。它是一種惰性物質(zhì)，除了已知的細(xì)微粉塵有影響外，不會影響人體健康。它能夠輕易流動并且可以很容易地從大多數(shù)過濾介質(zhì)分離，一般不易附著在實(shí)驗(yàn)裝置表面，能不斷使用。 Q3累計(jì)粒度分布如下所示。

圖3　0.5bar下通過激光衍射傳感器 (Sympatec Helos)和(Sympatec Rodos)結(jié)合測量的試驗(yàn)粉塵累積量及試驗(yàn)粉塵的分布

3 比較的標(biāo)準(zhǔn)及測試結(jié)果

濾袋表面流速

VDI試驗(yàn)臺和 NBFH的過濾速度不同而導(dǎo)致運(yùn)行不同： VDI試驗(yàn)臺運(yùn)行在一個(gè)恒定表面速度，這是由過濾面積和風(fēng)量所決定的。 NBFH測試裝置在恒定的體積流量下運(yùn)行，因此，流量不斷被重新分配了 9單獨(dú)的濾袋，根據(jù)所選擇的清灰模式和負(fù)荷（即透氣性）的瞬間狀態(tài)。圖 4給出了兩種情況下的周期性瞬態(tài)過濾速度。在圖中，三步驟的 RBR和九步驟的 BBB都清晰可見， RBR的表面風(fēng)速波動情況比 BBB要明顯，因?yàn)榫欧N不同負(fù)荷會導(dǎo)致更少的變化。根據(jù)圖 4，清潔濾袋的速度仍是含塵濾袋的兩倍，這會影響過濾介質(zhì)的粉塵穿透曲線和清灰狀況曲線。為了評估這個(gè)速度提高的影響，另一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行 VDI試驗(yàn)將調(diào)整過濾風(fēng)速進(jìn)行試驗(yàn)。

圖4　RBR模型及 BBB模型平均表面風(fēng)速與運(yùn)行時(shí)間關(guān)系曲線

過濾介質(zhì)的清灰強(qiáng)度

兩個(gè)試驗(yàn)臺之間差異的另一個(gè)關(guān)鍵在于脈沖噴吹清灰系統(tǒng)，均是處于滿載運(yùn)行并分散到濾袋表面。小而扁平的濾料在 VDI過濾裝置中有一個(gè)針對它的后面的清灰系統(tǒng)，從而當(dāng)過濾介質(zhì)的穿透性較高時(shí)，在表面上壓力分布集中。另一方面在過濾袋的 NBFH試驗(yàn)臺上濾袋的瞬時(shí)壓力差與脈沖噴吹時(shí)間和位置相關(guān)。此外，清灰時(shí)也可能會影響鄰近濾袋。

當(dāng)比較 VDI和NBFH中的清灰強(qiáng)度時(shí)，選擇一些特征值及參數(shù)來描述清灰效率。在一些標(biāo)準(zhǔn)中，瞬態(tài)壓力脈沖的上升率被選為評價(jià)參數(shù)，因?yàn)樗c過濾介質(zhì)上層餅 [4,5,6]的位移加速度成正比。脈沖清灰強(qiáng)度較低的濾袋上第三部分（ 1250mm中800mm處）通過快速壓力傳感器測量，圖 5所示，相對于清灰前而言，瞬態(tài)測量差壓在覆膜濾袋透氣性非常低（6-10L/ dm2 min，壓差為 200Pa）。

圖5　在清潔濾袋上瞬態(tài)壓力信號差（儲氣罐壓力 5 bar），距袋頂為 800mm

清灰過程中袋式除塵器內(nèi)瞬時(shí)含塵濃度的影響

VDI和NBFH試驗(yàn)臺的設(shè)計(jì)和操作的差異也導(dǎo)致清灰上的顯著不同。在 VDI試驗(yàn)臺，由于橫向氣流通過相對較小的過濾器表面，既能有效地去除層餅和二次返混的顆粒，同時(shí)在進(jìn)氣側(cè)的粉塵濃度幾乎不變。然而， NBFH在每個(gè)相鄰的濾袋的清灰時(shí)，都將導(dǎo)致短暫卻使得周圍粉塵濃度顯著上升。由于尚無法衡量一個(gè)單獨(dú)的濾袋在線的正常運(yùn)行期間的通透性的改變，這些濃度峰值的影響通過連接的 VDI管進(jìn)行調(diào)查。在此 VDI管過濾器的濾片間距和 NBFH中濾袋之間的距離可以是多個(gè)。本試驗(yàn)中，相鄰濾袋之間的最小距離相同，圖 7所示，在對相鄰濾袋進(jìn)行清灰時(shí)，單個(gè) VDI濾袋的前后壓差⊿ P是不連續(xù)的值。越接近在清灰的濾袋，壓力差的跳躍現(xiàn)象越明顯。

圖6　NBFH（RBR模式）和 VDI管連接到 NBFH的壓差測試比較（ VDI清灰與最遠(yuǎn)的平板過濾器同步）

4 結(jié)論

采用實(shí)驗(yàn)室 VDI型過濾器的測試系統(tǒng)和袋式除塵器試驗(yàn)臺（ NBFH）兩個(gè)不同的過濾裝置并進(jìn)行了介紹。這兩種測試設(shè)備已配備額外的測量裝置，以獲得如排放的顆粒物濃度和粒度分布，流速和再生強(qiáng)度的時(shí)間等相關(guān)數(shù)據(jù)。分析兩實(shí)驗(yàn)臺得到清灰強(qiáng)度及表面風(fēng)速的差異對過濾性能的影響?；趯υ囼?yàn)臺過濾測試及實(shí)際運(yùn)行結(jié)果的對比，為改進(jìn)ＶＤＩ儀器的測試提供方法，使其更能接近實(shí)際運(yùn)行中袋式除塵器的過濾特性。

5 致謝

感謝歐盟過濾技術(shù)研究 KIT中心， AIF（Arbeitsgemeinschaft工業(yè)合作研究會）和 EFRE（歐洲地區(qū)發(fā)展基金會）對筆者的資金資助。

6 參考文獻(xiàn)

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