分室定位反吹袋式除塵器是我國(guó)自主研發(fā)的新型外濾式分室反吹袋式除塵技術(shù)。該技術(shù)于2002年開始投入實(shí)踐應(yīng)用.針對(duì)實(shí)踐應(yīng)用，2010年以后，有關(guān)研發(fā)人員總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，從更合理的“微壓反吹清灰”機(jī)理出發(fā)，優(yōu)化該技術(shù)。完善后的該技術(shù)保留外濾反吹清灰特色，優(yōu)化回轉(zhuǎn)清灰機(jī)構(gòu)，更好地實(shí)現(xiàn)離線清灰;將原來的濾袋緊繃在袋籠上改為濾袋與袋籠間隙配合，取消原有沉重的袋底定位裝置，保證濾袋的彈性變形;研制新式清灰機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)清灰點(diǎn)數(shù)、位置自由選擇，清灰時(shí)間可調(diào);并對(duì)除塵器氣流分布，袋室布置，濾袋型式等技術(shù)環(huán)節(jié)做了改進(jìn)。

之后該除塵技術(shù)在山西漳山2X600MW燃煤機(jī)組及內(nèi)蒙京泰、廣東湛江、山西陽光、上海吳涇等多臺(tái)300MW燃煤機(jī)組成功應(yīng)用，表現(xiàn)出高過濾精度(出口粉塵濃度低于15mg/Nm3)、低運(yùn)行阻力(滿負(fù)荷除塵器本體阻力600-1000Pa)，濾袋壽命長(zhǎng)(5年以上)等技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

分室定位反吹袋式除塵器過濾-清灰工作流程

如圖2所示，該除塵器過濾時(shí)，含塵氣體從濾袋外表面流向?yàn)V袋內(nèi)，再通過袋口、袋室口流經(jīng)凈氣室，進(jìn)入引風(fēng)機(jī)，粉塵被過濾隔離在濾袋外表面形成粉塵層。當(dāng)粉塵層達(dá)到一定厚度，除塵器阻力增高到設(shè)定值(800Pa或1000Pa)，除塵器啟動(dòng)回轉(zhuǎn)反吹清灰機(jī)構(gòu)。

清灰狀態(tài)時(shí)，回轉(zhuǎn)反吹機(jī)構(gòu)下端做圓周運(yùn)動(dòng)，到達(dá)某袋室口后暫停，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上端連接引風(fēng)機(jī)出口，靠引風(fēng)機(jī)出口與塵氣室之間壓差(約3000Pa)形成反吹氣流，并持續(xù)4-30秒鐘。反吹氣流從濾袋口進(jìn)入濾袋，濾袋受內(nèi)部正壓而鼓脹，氣流透過濾袋流向?yàn)V袋外，對(duì)濾袋外表面的粉塵層形成氣化，在濾袋鼓脹和氣流氣化的共同作用下，粉塵層剝落，沉降到灰斗，完成清灰過程。一個(gè)袋室清灰完成后，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)到下一個(gè)袋室口，重復(fù)上述操作，直到所有袋室都完成清灰。

濾袋外粉塵層受力分析

分室定位反吹袋式除塵器采用微壓反吹清灰技術(shù)。不同于傳統(tǒng)脈沖袋式除塵器采用高壓氣流鼓動(dòng)濾袋產(chǎn)生較大的反向加速度以實(shí)現(xiàn)濾袋與粉塵層剝離，微壓反吹清灰技術(shù)是以微壓氣流氣化粉塵層，削弱粉塵層間的粘聚力，靠粉塵自身重力沉降清灰。這種清灰方式，保留與濾袋接觸的粉塵初層，清除外圍粉塵層。

當(dāng)前脈沖袋式除塵器是袋式除塵領(lǐng)域主流技術(shù)，學(xué)界多是依照脈沖清灰機(jī)理來理解、分析其他各種清灰方式的。脈沖清灰機(jī)理是以爆破模式為理論原型，注重清灰過程中氣流最大壓力，最大反向加速度，壓力上升時(shí)間等指標(biāo)。由于反吹清灰氣流壓力較低，清灰過程無反向加速度產(chǎn)生，一般被認(rèn)為是清灰效果不佳的弱清灰。

燃煤電廠粉煤灰是一種干粉土。實(shí)踐觀察表明，反吹清灰時(shí)，多是大片塵塊以滑落形式脫離濾袋，相比爆破運(yùn)動(dòng)，更類似一種滑坡運(yùn)動(dòng)。下面從力學(xué)角度，對(duì)于除塵器過濾—清灰過程進(jìn)行分析。

考慮到清灰過程并不是清落濾料外表面的全部粉塵，需保持一定的粉塵初層，以保證清灰后過濾精度。在受力分析模型中，可區(qū)分為L(zhǎng)1濾袋、L2粉塵初層、L3外圍粉塵層，主要針對(duì)粉塵初層與外圍粉塵層之間的受力進(jìn)行分析;同時(shí)考慮到實(shí)際清灰時(shí)，粉塵多是以塵塊形式滑落，受力分析模型中，可將外圍粉塵層、粉塵初層都假設(shè)為具一定厚度的薄片。模型如圖3所示。

在實(shí)際工況下，由于除塵器的運(yùn)行參數(shù)在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，為了便于量化分析，各參數(shù)(單位面積)取定值如下：

(1)濾袋內(nèi)外表面(含粉塵層)壓力差1000Pa，

(2)濾袋外粉塵層質(zhì)量：2kg/m2，其中粉塵初層0.2kg/m2，

(3)粉煤灰的安息角為25度，對(duì)應(yīng)的內(nèi)摩擦系數(shù)為：tg25。=0.466，

(4)粉煤灰粘聚強(qiáng)度為80Pa，

(5)反吹氣流壓力(以反吹時(shí)，濾袋內(nèi)部與塵氣室的壓差計(jì))：2000Pa，

(6)反吹氣流維持時(shí)間：14秒，

(7)濾袋按表層過濾設(shè)計(jì)，濾袋與袋籠保持一定間隙，

在過濾過程中，濾袋、粉塵初層、外圍粉塵層在X方向基本不受力;在Y方向，外圍粉塵層負(fù)方向受重力G3，正方向受來自粉塵初層的抗剪力Fkj3，粉塵初層負(fù)方向受自身重力G2，和來自外圍粉塵層的剪切力Fkj3，其大小等于G3，在正方向受來自濾袋的抗剪力Fkj2。

由土力學(xué)中庫倫抗剪強(qiáng)度公式知，抗剪力由摩擦力和粘聚力組成，過濾過程，由于氣流壓力Fqy較大(1000Pa)，其產(chǎn)生的摩擦力(466Pa)足以抵消粉塵初層和外圍粉塵層的重力(19.6Pa)，粉塵層不會(huì)因粉塵重力而發(fā)生滑落。

在Z方向：外圍粉塵層受負(fù)方向的氣流壓力Fqy，和正方向的粉塵初層的支撐力N，過濾狀態(tài)時(shí)支撐力等于氣流壓力;粉塵初層受力狀況等同外圍粉塵層。

反吹清灰過程：

微壓反吹清灰技術(shù)要點(diǎn)是：分室離線，彈性濾袋，微壓反吹。在反吹清灰過程，由這三個(gè)技術(shù)要點(diǎn)引起的粉塵初層和外圍粉塵層產(chǎn)生的受力變化分析如下，

1、 分室離線

反吹過程，清灰機(jī)構(gòu)罩在袋室口部，隔絕塵氣室到凈氣室的氣流，此分室內(nèi)的多條濾袋不再過濾處于離線狀態(tài)。

離線時(shí)，Z負(fù)方向的氣流壓力Fgy=0。雖然氣流壓力消失，考慮粉塵的土力學(xué)特性，原有壓力會(huì)有一定的應(yīng)力殘余，也即是濾袋、粉塵初層與外圍粉塵層間的抗剪力此時(shí)仍大于正常粘聚力。即使不考慮此部分殘余應(yīng)力，粉塵初層和外圍粉塵層間粘聚強(qiáng)度為80Pa，尚能抵消其重力17.64Pa，維持掛灰。

2、 彈性濾袋

濾袋過濾清灰過程是否發(fā)生形變是區(qū)別“靜態(tài)清灰”和“微壓反吹清灰”的關(guān)鍵，有文獻(xiàn)表明，彈性濾料較剛性濾料有著更好的清灰效果，如圖4所示，但其原因尚缺乏分析。

清灰時(shí)，反吹氣流進(jìn)入濾袋，在Z正方向，濾袋因受反吹氣流的正壓力(2000Pa)而發(fā)生鼓脹，鼓脹到一定程度后，由于濾袋自身的彈性，其變形產(chǎn)生的拉力抵消了反吹氣流壓力，濾袋停止鼓脹。對(duì)于脈沖清灰，濾袋在自身拉力下產(chǎn)生反向加速度而馬上收縮，而微壓反吹清灰基本不產(chǎn)生反向加速度，濾袋鼓脹到位后穩(wěn)定維持14秒鐘，當(dāng)反吹結(jié)束后才在過濾氣流壓力下收縮。

由于濾袋為閉合圓環(huán)，濾袋在Z方向的膨脹，會(huì)對(duì)附在其上的粉塵層形成X正負(fù)方向的剪切力。由土力學(xué)可知，干粉土組成的粉塵層只存在抗剪強(qiáng)度，不存在抗拉強(qiáng)度，在X方向的剪切力作用下，粉塵層會(huì)在圓周向發(fā)生多處斷裂，外圍粉塵層與粉塵初層間還會(huì)發(fā)生X方向的剪切錯(cuò)位，致使原有粉塵層結(jié)構(gòu)變化，殘余應(yīng)力被消除，抗剪強(qiáng)度下降，有利于外圍粉塵層的剝離。

3、 微壓反吹

隨著濾袋鼓脹，反吹氣流透過濾袋進(jìn)入到粉塵層并維持14秒鐘，在粉塵初層、外圍粉塵層間發(fā)生氣化，粉塵結(jié)構(gòu)變得松散。粉塵間的粘聚力屬于范德華力，與顆粒距離的4-7次方成反比。粉塵受氣化作用，如其顆粒距離增加一倍，粉塵層間的粘聚強(qiáng)度將從原有的80Pa降為5pa，低于Y負(fù)方向的外圍粉塵層重力(17.64N/m2)，外圍粉塵層靠自重即可自然滑落，實(shí)現(xiàn)清灰。

微壓反吹清灰機(jī)理探討

我們對(duì)濾袋外粉塵層在過濾-清灰過程作受力分析后，對(duì)微壓反吹清灰機(jī)理會(huì)有更深入的理解：

1、依據(jù)過濾機(jī)理，實(shí)現(xiàn)袋式除塵器高效過濾的是粉塵初層。如果清灰過程破壞了粉塵初層，濾袋過濾精度會(huì)受到影響。為了保證穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，袋式除塵器清灰時(shí)要保留一定量的粉塵初層，而盡量清除外圍粉塵層。傳統(tǒng)的慣性清灰理論，靠破壞粉塵層與濾袋之間粘附力來實(shí)現(xiàn)清灰，不利于粉塵初層的保護(hù)，在生產(chǎn)實(shí)踐時(shí)常出現(xiàn)清灰后，粉塵濃度高排現(xiàn)象。

2、依據(jù)受力分析，具有重力的外圍粉塵層在過濾過程能附在粉塵初層上不沉降，是受到粘附力的作用，這個(gè)粘附力是由氣流壓力產(chǎn)生的摩擦力和粉塵自身的粘聚力共同組成的抗剪力，其方向與重力方向相反，與清灰剝離面平行。之前的清灰機(jī)理研究中，都將此粘附力理解為垂直于剝離面的抗拉力，在清灰過程中需反向加速度來克服此粘附力。而依據(jù)土力學(xué)知識(shí)，粉煤灰組成的粉塵層之間并不存在垂直于剝離面的粘附力，清灰反向加速度大小對(duì)清灰效果無明顯影響。

3、之前有清灰理論研究認(rèn)為，將塵粒從纖維上吹落的氣流速度至少需要10-20m/s。但是又有研究表明，當(dāng)粉塵負(fù)荷在1000g/m2時(shí)，反吹風(fēng)速在2-3m/min，即可獲得很好的清灰效率，如圖5所示。兩種說法表面看相互矛盾。

由上述清灰過程分析知，反吹風(fēng)并不需要吹落附著在纖維上的粉塵初層，也不需要吹落外圍粉塵層，只要能夠進(jìn)入到粉塵層間，形成粉塵層氣化，削弱粉塵層粘聚力，外圍粉塵層即可靠自身重力實(shí)現(xiàn)有效清灰。

4、原有靜態(tài)清灰理論認(rèn)為，“如果濾袋被袋籠張緊拉直后，在過濾過程中，粉塵會(huì)大量自行滑落”。受力分析可以發(fā)現(xiàn)，在過濾過程，因氣流壓力作用，粉塵層會(huì)受到較大的摩擦力(500Pa)，這個(gè)摩擦力遠(yuǎn)大于粉塵重力(19.6N/m2)，所以濾袋是否被張緊拉直，粉塵層的重力都不足以使其會(huì)自動(dòng)滑落，濾袋是否拉直與粉塵自行滑落的相關(guān)性得不到理論支持。

5、原有靜態(tài)清灰理論強(qiáng)調(diào)“濾袋被袋籠張緊，清灰過程濾袋保持靜止”。粉煤灰可視為干粉土，屬于彈塑性材料，具備微弱的水硬膠合性能，很好的強(qiáng)度靈敏性。在過濾過程，由于氣壓的作用，粉塵層會(huì)被壓實(shí)，加之水氣的作用，會(huì)形成一定的結(jié)構(gòu)，使其抗剪強(qiáng)度增強(qiáng)。即使之后轉(zhuǎn)為離線狀態(tài)，此強(qiáng)度仍然保持。不過粉塵層結(jié)構(gòu)如發(fā)生變化，此殘余強(qiáng)度立刻消除。彈性濾料可以通過清灰變形來消除粉塵層殘余應(yīng)力，使得粉塵更易被清除。但濾袋如不變形，粉塵層殘余應(yīng)力難于得到消除，反吹清灰的難度大大加大，這是之前靜態(tài)清灰項(xiàng)目清灰不佳的主要原因。

結(jié)論

經(jīng)了解，脈沖除塵器清灰機(jī)理是基于瀝青渣等粘性物質(zhì)作為粉塵成分實(shí)驗(yàn)而建立的，該理論認(rèn)為存在垂直于剝離面的粉塵粘附力，因而需要垂直于剝離面的反向加速度來破壞此粘附力，反向加速度的大小影響著粉塵的剝離效果，但這一理論并不適用于粉煤灰等干粉土的清灰過程。

本文依據(jù)土力學(xué)原理建立濾袋外粉塵層受力模型。粉煤灰等干粉土類物質(zhì)雖然也存在粘附力，但是此粘附力表現(xiàn)為平行與剝離面的抗剪力，而非垂直于剝離面的抗拉力。這一粉塵性質(zhì)的變化，導(dǎo)致用原有脈沖清灰理論評(píng)價(jià)反吹清灰時(shí)出現(xiàn)偏差。

本文依據(jù)粉煤灰特性重新對(duì)反吹清灰過程作力學(xué)分析，對(duì)微壓反吹清灰過程中的分室離線、彈性濾袋、微壓反吹三個(gè)要素對(duì)于清灰的貢獻(xiàn)進(jìn)行分析，探討清灰機(jī)理，希望分析結(jié)果可供日后袋式除塵器設(shè)計(jì)、研發(fā)參考。