袋式除尘器压力损失及其分布的实验研究

袋式除尘器压力损失及其分布的实验研究
袋式除尘器总压力损失可视为过滤介质压力损失与滤筒压力损失之和。

本文对袋式除尘器的总体压力损失和滤筒压力损失在清洁状态下进行了测试研究，通过回归分析，得出袋式除尘器总压力损失和滤筒压力损失与过滤速度相关关联式，测试结果表明：滤筒压力损失在除尘器总体压力损失中所占比重明显占居主要影响因素，因此，袋式除尘器在针对降低压力损失进行结构优化时，其重点应考虑降低滤筒压力损失，应从调整滤筒排列形式及滤筒筒径等方面优化除尘器结构降低袋式除尘器运行阻力。

1引言
随着人们环保意识的不断提高，空气品质问题倍受关注，这就要求不断加强对污染物排放浓度的控制，以求更好的解决大气污染问题。

袋式除尘器是治理大气污染的高效除尘设备，袋式除尘器的最大优点就是除尘效率高，袋式除尘过滤器的效率高达99.99％。

随着袋式除尘技术的不断完善，袋式除尘过滤器正凭借其运行可靠稳定，使用灵活，操作简单，除尘效率高等优点，在大气污染、环境保护及人体健康及工业生产中发挥着重要作用[1，2]，袋式除尘过滤器今后十年将会迅猛发展。

通常袋式除尘过滤器过滤效率能满足人们的需求，袋式除尘过滤器压力损失随过滤运行时间变化不断增加，导致能耗增加，因此，研究影响袋式除尘过滤器压力损失的主要因素及袋式除尘器过滤压力损失分布，努力降低袋式除尘过滤器的压力损失，是十分必要的。

本文对袋式除尘器的总体压力损失和滤筒压力损失在清洁状态下进行了测试研究，旨在于寻求优化及降低袋式除尘过滤器的压力损失，为优化除尘器结构及降低运行阻力提供指导。

2．除尘过滤器压力损失理论分析
除尘器总压力损失为：
（1）
将滤筒压力损失看作过滤介质压力损失和滤筒结构压力损失之和，则有：
（2）
式中：过滤介质压力损失；滤筒结构压力损失；过滤器结构压力损失。

2．1过滤介质压力损失
清洁气流通过时过滤介质的压力损失特性，可反映滤料本身的特性，与粉尘特性无关。

过滤介质的压力损失表示在任一流速度下过滤介质两端的压力降，对于纤维过滤器来说，过滤材料的压力损失是由气流通过纤维层时纤维的迎面阻力造成的。

在填充率、纤维直径及滤料厚度不变的情况下，过滤材料的阻力与过滤速度V成正比。

因此当过滤速度增大时，过滤阻力也随之变大。

当其它参数固定时，过滤介质压力损失可以表示为：
(3)
式中，为常数，由其它参数确定。

2．2滤筒结构压力损失和除尘器结构压力损失
气流通过过滤元件时，所遇到的结构尺寸比纤维直径大的多，惯性力大到不能忽略的程度[43]。

如果过滤元件的形状尺寸给定，结构阻力主要来自气流的沿程损失，大小取决于气流的流动速度、密度等因素。

由流体力学沿程阻力计算式可以得到结构阻力：
(4)
当过滤器结构固定时引入常数项和则有：
，(5)
总压力损失：
＝(6)
滤筒压力损失：
(7)
过滤器实验数据及分析
采用729滤料和覆膜729滤料，在不同过滤速度运行条件下，进行滤筒压力损失和过滤器总压力损失进行测试，得出压力损失与过滤速度关系曲线如图1和图2所示。

通过回归分析，得出滤筒压力损失及过滤器总压力损失与过滤速度回归公式，参见表1和表2。

图1滤布729压力损失随过滤速度变化图
图2覆膜729压力损失随过滤速度变化图
表1滤筒压力损失与过滤速度回归公式
过滤介质回归方程相关系数相关结果
滤布729 0.952 二次函数相关性强
覆膜729 0.963 二次函数相关性强
表2过滤器总压力损失与过滤速度回归公式
过滤介质回归方程相关系数相关结果
滤布729 0.966 二次函数相关性强
覆膜729 0.982 二次函数相关性强注：回归公式中变量单位以国际单位为准。

由以上数据及分析可知：清洁滤料过滤阶段，滤筒的压力损失和除尘器的总压力损失，都随着过滤速度的增加而增大。

实验数据回归结果显示，滤筒压力损失和过滤器总压力损失都与速度成二次函数关系，可以表示为：（8）
，实验数据与理论分析结果相一致。

此外，从实验数据还发现，随着过滤速度的增加，覆膜滤料比未覆膜滤料压力损失增长幅度更快。

当过滤速度为12(m/min)时，覆膜729滤筒压力损失为532(Pa)，当过滤速度增至15(m/min)时，压力损失增至746(Pa)，期间增幅40.2％；而同速度区间内，滤布729压力损失增幅只有37％。

分析认为，这是由于覆膜滤料与未覆膜滤料结构上的差别所造成的，表面覆膜给覆膜滤料带来了额外阻力，相当于增加了滤筒的结构压力损失，覆膜压力损失随过滤速度的增加而上升。

所以，随着过滤速度的增加，覆膜滤料压力损失具有更快的增长速度。

4．除尘过滤器压力损失分布
随着过滤速度的增加，滤筒压力损失与除尘器结构压力损失之间的差值也随之增大，如图3和图4，由图中可以看出随着过滤速度增加，滤筒压力损失和除尘器结构压力损失之差不断增大，滤筒过滤压力损失比除尘器结构压力损失具有更快的上升速度。

以滤布729为例，如图3，当过滤速度为10(m/min)时，滤筒压力损失比结构压力损失高212（Pa），当过滤速度增加到18（m/min）时，压力损失之差上升到600（pa）。

经分析两个原因导致了这个结果：首先，结构压损之差可表示为：，滤筒结构压力损失的系数高于过滤器结构压力损失系数，当V增加时，结构压力损失差值迅速上升；其次，滤筒压力损失还包括过滤介质压力损失，介质压力损失随着过滤速度的增加而上升。

因此，随着过滤速度增加，滤筒压力损失上升的更快。

图3滤布729压力损失之差随过滤速度变化图
图4覆膜729压力损失之差随过滤速度变化图
随着过滤速度的增加，滤筒压力损失和除尘结构压力损失所占比例变化如图5和图6，图中可以发现两个现象，（1）滤筒压力损失在除尘器总压力损失中所占比重明显占优，以过滤速度9.3（m/min）时为例，滤布729中滤筒压力损失所占比重为93.8％，此时，覆膜729中此比重为95.7％；（2）虽然随着过滤速度的增加，滤筒压力损失较除尘器结构压力损失上升更快。

但是，二者在除尘器总压力损失中所占比重变化不大，滤布729中，滤筒压力损失始终在93.6％左右浮动，当过滤速度19.92（m/min）时，此比重达到最小值92.9％，当过滤速度9.95（m/min）时，比重达到最大为94.16％。

至于覆膜729，滤筒压力损失比重稍大，平均值为95.6％。

分析认为，之所以覆膜729滤筒压力损失所占比重较滤布729高，是因为前者表面覆膜增加了过滤介质压力损失造成的。

图5滤布729压力损失分布随过滤速度变化图
图6覆膜729压力损失分布随过滤速度变化图
5．袋式除尘过滤器减阻增效的途径及措施
通过理论分析与实验验证相结合的方法，研究了过滤速度对过滤性能的影响。

根据研究结果，从运行优化、过滤结构及介质优化两方面，对袋式除尘器增效减阻问题给出建议如下：
运行优化方面，过滤速度的改变对过滤效率和过滤压力损失，有着不同的影响。

理论分析和实验结果都证明了临界速度的存在。

实际运行中，在满足过滤效率要求的前提下，尽量采用低于临界速度的过滤速度，此时降低过滤速度可以同时达到增加过滤效率、减少过滤压力损失的目的。

过滤速度高于临界过滤速度时，提高过滤速度可以增加过滤效率，但是过滤阻力也随之上升。

此时，过滤速度设定应以达到过滤效率最低要求为准，盲目提高过滤速度来增加过滤效率，只会引起阻力上升造成能源浪费。

在过滤结构及介质优化方面，通过对袋式除尘器压力损失分布的研究发现：袋式除尘器中，滤筒压力损失所占比重较大，而且随着过滤速度的上升，滤筒压力损失具有更快上升速度。

因此，袋式除尘器结构优化的重点，应放在滤筒结构优化方面。

同时针对不同过滤对象，选择高效低阻的滤料也是袋式除尘器减阻增效的有效途径。

6．研究结论
过滤速度变化时，对袋式除尘器压力损失分布进行了实验研究，结果表明：滤筒压力损失在过滤器总压力损失中所
占比重明显占优，覆膜729和滤布729压力损失比重分别为95.6％和93.6％；而且随速度增加，滤筒压力损失上升较过滤器结构压损更快。

由此建议：袋式除尘器在针对降低压力损失进行结构优化时，其重点应放在降低滤筒压力损失方面。