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利用各种技术和设备产生一定的外力，使悬浮于气体介质中的固体微粒或液体雾滴从中分离的过程称为除尘过程，用于分离的设备称为除尘器。利用纤维织物层实现上述过程的设备称为袋式除尘器。 1 过滤机理 1.1 典型过滤机理 尘粒能从气流中分离，主要靠惯性、碰撞、拦截和扩散等效应，其次还有静电、重力、电泳力等。实际上尘粒从气流中分离是几种效应综合作用的结果，很难用一种收集机理进行模型效率分析，将几种作用效应用串联模式来分析是目前较为合理的处理方式，称之为综合过滤效率法。图1为典型过滤机理，图2为各效应捕集效率与粒径变化的关系。
1.2 纤维织物层过滤理论 纤维织物层过滤理论是研究滤料、开发滤料及设计袋式除尘器、分析袋式除尘器性能参数的基础。纤维织物层过滤方式分为两种：内部过滤和表面过滤。当含尘气体通过新滤料孔隙通道时，在各种效应作用下尘粒分离，积储于纤维内部形成架桥，使得滤料的孔隙逐渐减小，在孔隙达到一定数值后，粉尘开始在滤料的表面沉积，随后沉积在滤料表面构成新过滤层的粉尘，该层一起参与尘气的过滤。这种从内部过滤到表面过滤的变化过程，也就是“尘滤尘”的概念。由于粉尘量、过滤阻力、清灰时间的影响决定它是一个瞬间稳定而长时间非稳定的过滤状态。对于普通的针刺毡内部过滤是一个不可缺少的过程，对于腹膜滤料则主要是表面过滤。滤料外面的腹膜起到形成粉尘层的作用。所以“尘滤尘”是一个很重要的概念，它决定清灰的方式、强度和时间，指导我们调整除尘器的工况。图3为滤料过滤的动态，图4为腹膜滤料过滤的动态。
2 袋式除尘器 袋式除尘器是一种干式高效除尘器，它是利用有机、无机纤维编织制作的滤袋将含尘气体中固体颗粒物滤出的除尘设备。对于2 μm以上的粉尘，其效率可达99．9％，且造价较低、管理简单、维修方便。该设备通常由箱体结构、过滤单元、清灰系统、输灰机构、控制系统等组成。 2.1 工作原理 含尘气体进入袋式除尘器，在扩散、重力、碰撞等作用下，一定粒径范围内的粉尘会粘附在滤袋的受尘面，形成尘饼，干净空气穿过滤袋排出机体，实现气尘分离，达到净化空气的目的。随着时间推移，尘饼堆积越厚，除尘器的阻力就越高，导致除尘器效率下降。为保证系统正常运行，必须进行清灰。清灰的目的是去除粘附在滤袋外表的粉尘，使粉尘层保持在一定的范围内，系统运行阻力在一定范围内波动。 2.2 脉冲清灰系统 袋式除尘器的清灰方式主要有：①机械清灰；②脉冲清灰；③反吹清灰；④组合清灰等几种。粮食饲料行业主要是脉冲清灰。 2.2.1 清灰系统原理 脉冲清灰是利用压缩空气在极短的时间内（通常不超过0.3 s）高速喷入滤袋，同时诱导数倍于己的空气，形成冲击波，使滤袋产生急剧的膨胀和振动，之后滤袋回瘪，这种一涨一瘪的过程使滤袋表面粉尘脱落。喷吹系统由脉冲控制仪、电磁阀、喷吹管等组成。脉冲控制仪控制电磁阀瞬间通断形成脉冲气流。正常过滤状态和清灰状态分别如图5、图6。
从清灰的过程看，粉尘脱落量与滤袋“涨”、“瘪”程度有关，这过程由喷入滤袋的压缩空气量、气压、间隔、时间决定，这几者之间综合作用构成通常所说的清灰强度这一概念。间隔就是脉冲周期，即同一电磁阀相临两次打开的时间间隔（一般为3～180 s），它决定清灰的频率。时间就是脉冲宽度，即电磁阀膜片打开的时间（一般为0.03～0.3 s），它决定清灰气量的大小。这两个参数都连续可调并由脉冲控制仪决定。 粉尘层的形成与过滤速度有关，过滤速度高时粉尘层形成较快；过滤速度低时，粉尘层形成较慢。粉尘在滤料上的附着力是非常强的，可以达到粒子自重的1 000～4 200倍。清灰之后，粉尘层会继续存在。但清灰强度过大会破坏粉尘层，导致粉尘层的“漏气”，降低捕集粉尘的效果，直接表现为袋式除尘器间歇冒灰。 脉冲清灰的气压分为高压、低压两种，高压一般为0.5～0.7 MPa，低压一般为0.1 MPa左右。高压清灰诱导的空气量大，能耗高；低压清灰节省压缩气用量，压损小、喷吹管口径大，能耗低，适合抗折性比较低的滤料。从清灰效果讲两者没有太大的差别，这种分法是不科学的。随着人们对清灰机理的进一步认识，清灰的气源压力和气量选择将更为合理，灵活掌握清灰系统的配置，延长滤料的使用寿命。 2.2.2 脉冲清灰系统方式 袋式除尘器的清灰方式可分为在线和离线。几万风量的除尘器常采用在线清灰，几十万风量的除尘器常采用离线清灰。在线清灰就是滤袋边过滤边清灰；离线清灰就是将过滤和清灰分开，滤袋过滤时不清灰，滤袋清灰时不过滤，清灰较彻底，设备造价高。 2.2.3 脉冲清灰系统控制 脉冲清灰系统可分为定时控制和阻力控制。定时控制即固定脉冲周期，定时清灰，清灰方式不随实际运行的因素而波动，对初始调节要求高，调节不好会造成频繁喷吹，降低滤袋和膜片的使用寿命，长时间间隔喷吹又会影响除尘器的运行效果。阻力控制即将除尘器的设计阻力作为控制仪的工作点，使清灰的时间和除尘器的运行阻力联系起来。当净气室和含尘室的压差达到一定值（一般为1 000～1 300 Pa左右）时开始清灰。这种定阻力控制清灰方式能避免定时控制存在的缺点，使清灰的频率更接近除尘器的实际运行情况。 由于粮食饲料行业要处理的含尘气体浓度较高，很大一部分除尘器是作为中间分级处理设备，清灰的频率较高，阻力控制和定时控制相比已没有优势可言。定时控制清灰还可以避免阻力控制产生的误操作和失效的问题。 2.3 过滤单元 过滤单元是袋式除尘器的核心部分，主要由花板、骨架、滤袋组成。 2.3.1 针刺毡 滤袋是过滤单元的重要部件，它直接关系到除尘器的运行效果和投资成本。滤料有多种多样，成型工艺也各不相同。不同的滤料适合不同的粉尘处理。袋式除尘器中通常用的滤料为针刺毡。针刺毡一般由基布和纤维层组成。成型工艺是将梳理成网的纤维层进行反复针刺，使纤维层和基布牢固地结合形成三维结构，经烧毛、热轧、涂层、定型等整理工序完成。如在针刺毡上加一层腹膜就变成腹膜滤料。 针刺毡的特点是纤维组织疏松，高空隙率增加了粉尘的容截量，属复式截留模式，较大的颗粒被截留在纤维表面，而细微颗粒被捕捉于纤维深层中，应用瞬间烧结技术进行表面热处理，有效防止过滤时纤维受流体高速冲带而散失，过滤精度1～200 μm。腹膜滤料可控制粉尘进入滤料的深处，防止滤料的堵塞，提高清灰能力，其对0.01～1 μm的粉尘分级捕尘率可达97%～99%，但其透气度约是未腹膜的70%～80%。 2.3.2 滤料基本要求 滤料的性能与除尘效率、清灰强度、使用环境有关。基本要求有：强度指标、孔隙率、透气性、收缩率和延伸率等。性能良好的滤料能做到：①纳尘量大，有效保证“粉尘层”过滤效率较高；②透气性、渗透率好，降低过滤阻力；③抗拉、抗皱折、耐磨，力学性能好；④耐高温、耐腐蚀，化学性能好；⑤吸湿性小；⑥清灰和清洗再生性能好等。 2.3.3 滤袋 常用滤袋有三种：圆袋、扁袋、椭圆袋。大多数的袋式除尘器采用圆形滤袋，其结构简单，便于清灰；扁袋通常为扁平形，布置紧凑，过滤面积比圆袋增加20%～40%，缺点是布袋短边易积灰，制作要求高；椭圆袋是滤袋截面呈椭圆形，吸收圆袋和扁袋的优点，更符合清灰时的滤袋变化轨迹，易清灰，制作要求和密封要求比圆袋和扁袋要高。 3 选择袋式除尘器需要考虑的因素（见图7）
选择除尘器主要从工艺、环保和经济成本几方面考虑。对袋式脉冲除尘器选择时主要考虑以下几点：①粉尘特性；②工艺要求；③安装环境；④运行维护方式；⑤现有资源等。图7给出了选用袋式脉冲除尘器的考虑因素，它们之间是相互关联的。 3.1 选择步骤 选择是一个综合考虑过程，图8是针对主要因素选择的简单流程。步骤：根据粉尘特性选择过滤风速；根据工艺设备所需风量及过滤风速选择过滤面积；根据安装环境选择方形或圆形除尘器。由过滤面积、外形确定除尘器的基本参数；根据粉尘特性来选择滤料的材质是普通针刺毡还是腹膜针刺毡，是否需要耐高温、防酸碱，滤袋采用圆形、扁形还是椭圆形；根据运行维护的要求，结合安装环境确定换袋方式是上换还是下换；根据工艺要求，结合安装环境确定进出风口的位置、排灰口的位置等等。袋式除尘器的效率一般都能达到99.9%，所以在选择时一般不用考虑。
3.2 几点建议 除尘器选择是达到工艺要求的很关键的一步，但不应忽视整个风网的设计，风网设计的优劣直接关系到除尘系统的能量消耗、工作能力和除尘效率。 粉尘入口浓度超过15 g/m3的一般要预净化或降低过滤风速，建议粉碎工段中的除尘器过滤风速小于2 m/min。 常温中，对于粉尘粒径≤1 μm或水分较高的粉尘可选用腹膜滤料，对于粒径较大、粒径分布差别太大的粉尘不太适用。选用腹膜滤料时建议过滤风速ν≤2 m/min，甚至ν≤1 m/min。 粉尘的导电性和爆炸性是不可忽视的重要问题。粮食粉尘中无机物含量较高，占50％，平均粒径也较大，一些事故表明这些粉尘仍然具有爆炸性，而且粉尘层着火的敏感度比玉米淀粉还要高。 严格意义上讲，对于袋式脉冲除尘器的“选型”一说是错误的。一个袋式除尘系统是由含多个技术的独立系统配置而成的，是要针对不同的粉尘、不同的处理量、不同的工艺环境进行单独设计的。直接选购对应处理风量的型号，一味地“选型”在除尘设备的应用过程中经常产生各种事故。 4 结论 现在行业中存在一种误解，除尘设备不算主要设备，安装目的为了达到环保要求。事实上，在粮食饲料企业中除尘设备的主要功能是在关键工序中对粉尘进行分级回收，除尘设备的效率将直接影响到企业的生产量。了解袋式脉冲除尘器的一般知识和正确认识除尘器的“选型”，将风网设计、风机选择作为整个除尘系统一个至关重要因素来考虑，这样袋式脉冲除尘器在粮食饲料行业中才能发挥积极的作用。【高 峰 孙怀林】 |
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