干粉砂浆除尘用滤料阻力的研究

【摘要】根据环境保护部制定的《水泥工业大气污染物排放标准》（GB 4915-2013），水泥制品生产在标准状态下颗粒物排放限值必须达到20mg/m³（无大气污染物特别排放限值下），才能允许排放到大气中。干混砂浆搅拌站生产的干粉砂浆所产生的大气污染物主要为石英砂和水泥，根据此类粉尘性质，干混砂浆搅拌站一般采用袋式除尘器此类设备对颗粒物粉尘进行净化，使其达到国家大气污染物排放标准。

【关键词】滤料阻力；袋式除尘器；过滤风速；干粉砂浆

前言：

袋式除尘器由于其过滤效率高，运行稳定，适应性强等优点，在各个工业除尘领域已经得到了广泛的应用。除尘布袋作为袋式除尘器核心部件，其性能和阻力大小是设计除尘器的重要参数。袋式除尘器的设计制造需执行《袋式除尘器技术要求》（GB/T6719-2009）这一国家标准。

1、袋式除尘器的系统阻力ΔP0一般由除尘器的结构阻力ΔPc、清洁滤料阻力期ΔP和滤料上积附的粉尘层的阻力ΔPd三部分组成，其中结构阻力ΔP指由除尘器进、出口阀门及其分布管道引起的局部阻力和沿程阻力，可借助相关设计手册规定的计算公式计算确定，通常为200～500Pa，此部分阻力不可避免，但可以通过采用合理的结构和流体动力设计而尽可能减少，使其不超过除尘器总阻力的20％～30％；洁净滤料阻力和粉尘层阻力，受滤料结构、烟尘性状、过滤负荷、运行工况等多种因素影响，具有随机变化的不确定性。在各种文献中关于滤料的阻力的表示方式有很多 ，但是没有一个统一的标准。在除尘系统中，滤布产生的阻力占整个系统的很大一部分，它包括滤布本身的阻力ΔP（一般为50～200Pa）和滤布上的粉尘层产生的阻力ΔPd（500 ～2500Pa）。过滤阻力占除尘器总阻力的主要份额，具体计算方法如下。

洁净滤料阻力值

洁净滤料在本质上不是一个真正意义上的“过滤元件”，而只是作为实际起过滤作用的一次粉尘层的依附体，但洁净滤料本身的结构及阻力特性，对粉尘层的建立以及总体过滤性能起着关键作用。在工业除尘领域对袋式除尘器选用过滤速度偏低，气体在滤料中的流动属于黏性层流，清洁滤料的阻力ΔP(Pa)与过滤速度成正比，可用下式表示：

ΔP=ξoμv

式中μ——流体的动力粘性系数(Pa·s)；

　　v——过滤速度(m／s)；

　  ξo——滤料阻力系数(1／m)，见表2一l。

清洁滤料的阻力系数(单位：m-1)

由于粉尘层阻力Δpd与粉尘层自身的性质、过滤风速和气体的性质等多项因素有 关，我们在计算粉尘层阻力Δpd时可以选用达西公式进行计算，因此，空气通过粉尘层的 阻力降为：

常规袋式除尘器设备阻力分布

由表可以看出洁净滤料阻力△p。通常为50—200Pa，与纤维规格、滤料结构及后处理方式有关，一般长纤维滤料高于短纤维滤料，机织滤料高于非织毡滤料，表面涂覆滤料高于未处理滤料。在工程实践中，常用另一指标——透气率表示洁净滤料的阻力特性，其定义是在规定压差(200Pa)条件下，滤料对空气的过滤速度[单位为m³／(㎡.min)]。透气率越大，表示洁净滤料的阻力越小。通常滤料上沉积的粉尘负荷量为0.1～0.3kg/㎡,压降达1000～1500Pa时,即需要进行清灰。一般滤袋阻力达到250mmH2O(2500Pa)要求更换滤袋。

2、过滤风速与过滤阻力的关系

过滤阻力的大致计算公式如下：

△Pd=(A十B)VFm　

式中：△Pd——过滤阻力，Pa；

　　　A——附着粉尘过滤系数；

　　　B——滤袋阻尼系数；

　　　VF——过滤风速，m/min；

　　　m——滤袋性能系数。

上述系数可从相关的资料中查得，这里不做详细叙述。

3、过滤阻力还可按计算滤尘量的办法来查表计算。

过滤阻力随滤料上粉尘量的增大而增大，滤料不同，单位滤料面积上容尘量也不同，根据滤尘量、过滤风速、过滤阻力三者关系查阅相关资料得出，当滤尘量一定时，过滤风速增加1倍，阻力增加25～50；即使过滤风速增加2倍，阻力增加亦不到80%，而且过滤风速越低，阻力增加的百分比越小；反过来说，当滤尘量一定，过滤风速降低1倍时，阻力降低不到30%.可见，过滤风速的增减与过滤阻力的增减不成正比。综上所述：盲目地降低过滤风速，并不能完全保证提高除尘效率，也不一定能够降低过滤阻力，还可能造成不必要的经济损失；办要在充分了解粉尘性质及系统特性的基础上，优化除尘器本体结构设计，正确进行经济技术分析，才能合理地确定过滤风速。

4、实验的测试方法

在测定滤布阻力特性实验中可以测试滤料在清洁状态下过滤阻力随过滤风速的变化关系同时也可以测试滤料在发尘状态下过滤阻力随过滤风速的变化关系。

a、 滤料阻力的测定。滤料的阻力压力损失就是滤布前后测点的全压差，即：

ΔP=Pq1-Pq2-ΔPm-ΔPz    

式中：ΔP为滤布的阻力，即空气通过滤料时的压力损失，Pa；Pq1、Pq2为被 测滤料前后测试截面的全压，Pa；Pj1、Pj2为被测滤料前后测试截面的静压， Pa；ΔPm为被测滤料的前后压力测试截面之间的管道沿程阻力，Pa；ΔPz为被测滤料前 后压力测试截面之间管道的总的局部阻力，Pa。

由于被测试滤料前后管道截面积相等，同时假设可不考虑漏风和气流密度在被测滤 料前后的微小变化，则前后过滤风速变化很小，可以近似认为前后动压相等，因此可以用静 压差来代替全压差。需要注意的是滤布前后的静压测试点应该布置在管段的气流稳定段；同时，因为被测试滤 料的前后压力测定面之间的管道沿程阻力和局部阻力之和很小，相对于滤布的阻力可以忽略 不计，所以被测试滤料的阻力可简化用下式表示：

ΔP=Pj1-Pj2

过滤风速是指气体通过滤材的平均速度。过滤速度代表袋式除尘器处理气体能力的重要技术经济指标,同时,过滤速度对捕集效率亦有显著影响。实验证明,过滤速度增大一倍,粉尘通过率可能增加2倍甚至4倍以上。由查表得知出口含尘浓度与过滤速度的关系，由此可见,刚清灰后,由于滤料上的粉尘大部分被清除,致使捕集效率短期显著下降,随着积尘量的增加,效率不断增加,压降也增加,至清灰前效率最高。过滤速度高还会导致滤料上迅速形成粉尘层,引起清灰频繁,因此,通常总是希望过滤速度选择得低一些。对于滤筒式除尘器，过滤风速一般为0.6～1.2m/min。最理想的过滤风速为0.8m/min。当粉尘浓度较高时，可以考虑选择较低的过滤风速，降低了过滤风速有利于提高除尘器的过滤效率，延长滤筒使用寿命，降低工作阻力，改善通风性能。但除尘器造价有所提高，但在有些特殊情况下，滤筒除尘器的过滤风速也可选到2m/min以上。

综上所述一般袋式除尘器的阻力由除尘器结构阻力、滤料阻力、滤袋粉尘残留阻力（初层）和堆积粉尘层阻力四部分组成，传统的袋式除尘器的结构阻力和滤料残留阻力较大，其节能的根本措施主要有：

1、降低气流在除尘器内的流动速度并采取导流措施使气流合理运动，这样可以降低袋式除尘器的结构阻力；

2、采用覆膜滤料和超细纤维高密面层滤料，可显著降低滤袋粉尘残留阻力和粉尘层厚度；

3、合理的清灰周期和清灰强度可减少粉尘层厚度降低粉尘层阻力。