论袋式除尘技术的进步
一、引言
近年来发达国家为控制污染总量，不断提高排放要求，降低污染程度，同时促进了除尘技术的发展与进步。在实际应用中因袋式除尘器过滤材料的技术进步，使得出口排放降至十几甚至几毫克每标立方米的程度，大大改善了环境。在某些领域或生产工艺当中，袋式除尘器被大量使用，有些地方拆除旧的电除尘改换新的袋收尘器，袋收尘器在一定的条件下有取代电收尘器的趋势。钢铁工业是使用袋式除尘器最多、设备容量最大的行业。20世纪80 年代初引进日本新日铁技术建成的宝钢一期工程中，袋收尘器占到全部收尘器总量的80%，而袋收尘器中的70%为反吹风类袋收尘器。随着除尘技术的不断发展，国内引进消化了大量国外技术，到目前国内钢铁工业粉尘治理多采用长袋、低压脉冲袋式除尘器，这个发展有一个过程。评价袋式除尘器技术性能或装备水平的主要标志是清灰性能的优劣、滤袋品质的高低、以及除尘系统的阻力控制。下面就此分别加以论述。
二、清灰技术的进展
我国在20世纪60年代试制成功了第一台脉冲除尘器，宝钢一期工程建成前，国内最大的单机脉冲除尘器为1728m2，处理风量21~26×104m3/h，袋长最大3m，脉冲阀由脉冲控制仪操纵。在20世纪90年代之前脉冲除尘器面对的几大问题一直影响着它的使用及发展。一是脉冲阀膜片寿命短，膜片动作次数为10万次以下，甚至更少；二是过去的脉冲除尘器全部为在线清灰方式，粉尘负荷大，脉冲阀动作频次高。二者使得二、三个月更换一次膜片成为很正常的事，一台除尘器上脉冲阀数目众多，给使用维护造成极大的麻烦；其次，由于脉冲阀尺寸小，喷吹流量低，以前的脉冲除尘器滤波器袋直径为120mm，长度最大不超过 3m，使得在处理较大烟气量的场合，需要许多滤袋，很多个脉冲阀，造成占地面积大，维护量多，给脉冲除尘器大型化带来困难。还有其他一些问题，如肪冲阀结构、压缩空气的净化与脱水问题等等，因为种种原因的制约限制了脉冲除尘器的使用范围。直到宝钢一期工程建成，袋收尘器一直是以中小型脉冲清灰和机械回转反吹清灰除尘器为主导。可以认为这是我国袋式除尘器发展的第一阶段。
宝钢项目引进后，国内袋收尘开始进入大型反吹风除尘器时代。反吹风除尘器的优点是：1、处理能力大，滤袋尺寸可以作出Φ300mm，长度超过10m，单台面积可达2万m2以上（国内单台最大规模）；2、结构简单，易损件少（一个滤室只有一套三通切换阀或翻板阀为运动部件），控制简单，占地面积较小（与传统的短袋在线脉冲除尘器相比）；3、维护方便，可在工作状态下离线分室检修。因此，大型反吹风设备成为20世纪80年代钢铁等行业大容量烟气净化的首选设备。
宝钢大型反吹风除尘设备的使用给国内除尘净化技术的发展开拓了思路，大家纷纷模仿、创造，在此后的十多年中使反吹风大布袋除尘器以其处理烟气量大，结构简单，维护方便而得到广泛的应用。例如在钢铁工业的电炉烟气、转炉二次烟气、混铁炉、石灰窑、焦化工程、炼铁车间的出铁场等；水泥工业的回转窑的窑头、窑尾高温烟报导净化等；有色金属工业中铝电解槽的烟气净化；电力工业电站燃煤锅炉的烟气净化等等。
大型反吹风除尘器在十多年的使用中也逐渐暴露出一些问题。反吹风清灰方式为弱清灰或收柔性清灰方式，对滤袋损伤相对较小，要求气布比低，在粉尘粘性大，浓度较高时，过滤阻力上升较快，在一定的外部条件下容易糊袋。反吹风清灰是靠缩袋使粉尘层破裂，经过2~3 次缩袋，加之反向吹风，使滤袋内侧破碎的大小粉尘饼、块及粉尘颗粒脱离所粘附的滤布表面而落入灰仓，属弱清灰方式，由于清灰后，在滤布表面形成的二次粉尘层剥离不够完全，残留的粉尘仍较多，造成滤布阻力偏高，随着使用时间的延长，滤布阻力逐渐上升，可达3000~4000Pa，比正常值高出30%还多，使主风机性能参数发生变化，抽风量减小，严重影响系统排烟效果。由于除尘器阻力，风机压头提高，风机能耗增大，同时要使除尘器阻力降低，清灰频频增加，滤袋磨损加剧，除尘器的能耗也加大。经过20~30年的发展，肪冲喷吹在改进完善后以其强大的清灰能量又逐渐成为袋式除尘器的主要清灰方式。
近期内0多年来，脉冲除尘器比20世纪80年代前的技术水平有了跳跃式的发展，原来许多局限的东西被打破，将优良的脉冲清灰功能充分发挥起来。具体为：
1、脉冲阀由原来的小口径作到3”甚至更大，结构由单一的直角式发展出淹没式,喷吹流量大幅增加,一个脉冲阀可同时喷吹多达20个直径130mm、长度至少6m的滤袋，而且脉冲阀在0.2MP压力下就能有效进行喷吹清灰，使其压力适应范围更宽，充分满足各种工况的要求。
2、滤袋由从前的3m发展成今天通常的使用长度6m，更可扩展到8m长，占地面积减小，配用大尺寸脉冲阀（单阀服务过滤面积35~50m2），使得脉冲除尘器的大型化成为可能，到目前为止长袋脉冲除尘器已做了2万多平方米，同大型反吹风的规模相差无几。
3、由于脉冲清灰力大，滤袋表面的二次粉尘层剥离较彻底，清灰后滤袋阻力低，通常为700~1000Pa，正常运行情况下清灰阻力上限一般庙宇为 1200~1500Pa，远远低于反吹风除尘器的运行阻力，主风机能耗大大降低，而且系统运行平稳。两者相比，弱清灰除尘器要求气布比不能太高，通常情况下，反吹风方式比脉冲清灰（脉冲气布比通常选择1-2）过滤面积要大一倍，而同样过滤面积的除尘器，反吹风比脉冲的体积亦要大出30%左右。单位过滤面积的钢耗量负压反吹风为35—50kg/m2，正压反吹风为28—32 kg/m2，而长袋脉冲为18—26 kg/m2。归纳起来反吹风除尘跑龙套一次性投资大，能耗高，占地面积大。
综上所述，袋式脉冲除尘器在诸多方面明显优于反吹风除尘器，特别是长袋脉冲克服了以往的不足之后，这种优势足以改变人产的认识和习惯。
宝钢工程的建设对国内袋收尘器的发展起到了重要的作用。经过二十几年的发展进步，大型袋式除尘器已由反吹风为主导转向以长袋脉冲为首选的局面，特别是在钢铁工业中，目前在各工业粉尘治理中绝大部分采用长袋式低压脉冲除尘设备，过滤面积从几百平方米不等，低压脉冲很好地适应了工厂管网压力范围，使用较方便，0.2Mpa 的压力足以满足清灰压力的要求.也有些场合用高压脉冲0.5—0.7Mpa,由于高压脉冲对于气源压力要求较高，有些企业管网压力不足，需另配压缩空气动力系统，造成多耗能源.。国内习惯将脉冲除尘器分为高压和低压，所用脉冲阀亦分为高、低压产品，而国外品牌脉冲阀从其适用压力范围说无高低之分，国内产品有一部分只能用于低压状态下，原因是阀体结构和膜片质量问题。膜片在不同压力下受到的冲击是不同的，压力高，冲击压力就大，有些国产膜片在低压脉冲工作中，可达几十万次的使用寿命，在高压下寿命难以保证。下面列出几种品牌脉冲阀的技术指标，见下表。
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三、脉冲清灰技术
脉冲喷吹清灰分气箱式喷吹和吹管喷吹。气箱式喷吹为气流对过滤室内的数条滤袋同时喷吹清灰，压力0.5~0.7Mpa(美国富乐公司技术)。喷吹管喷吹为通过管上若干个喷嘴对每个滤袋进行喷吹。
脉冲清灰原理是喷吹气流的充气作用将滤袋由过滤状态向中心收缩状向外鼓起变形、振动，导致滤袋外表面的粉尘层破裂，同时脉冲气流使袋内空气振动，带动滤袋的微振，加上喷吹气流和引射气流的逆向吹风作用，实现粉尘脱离滤袋表面的过程，达到清灰的目的。覆膜滤袋为表面过滤，难于形成完整可靠的粉尘层，因而清灰主要是由上滤袋振动及逆向气流来完成的。关于清灰当中反向气流的作用，有国外学者实际测得脉冲喷吹所造成的反向气流速度仅为3-5cm/s，而靠气流反向吹落滤布表面粉尘颗粒的速度至少应为10-20m/s，真正起作用的主要是脉冲气流引起的空气振动，带动滤袋壁的来回运动，而且这种运动的初始速度极大。高、低压喷吹管在喷吹清灰中，高压压力大（0.5~0.7MPa）,喷射孔小(Ф12~Ф13mm);低压压力小(0.2~0.3MPa)，喷射孔大(Ф18~Ф20mm)，二者喷吹气量相关不多，高压孔小，喷射速度大，引射流量比低压要多，在喷吹相同尺寸、相同数量的滤袋情况下，在袋底的剩余压力也比低压略大。由此可见，高压清灰力较强，一般用于粉尘粘性大、颗粒细、浓度高、潮湿状态下的场合，具体应用当然要结合工况参数综合考虑。通常情况下，低压脉冲喷吹已完全可以满足使用要求。低压脉冲喷吹技术是在高压脉冲的基础上发展形成的，它具有很多的优越性。有观点认为低压喷吹状态下滤袋获得的清灰强度更高。像类似的技术问题有很多尚需要实验研究来解决。
喷吹管喷吹还有一个问题，过去的短袋脉冲出尘器，都要在文丘里管喉部狭小，
过滤气流通过此处产生局阻，使除尘器的整体阻力增加。有一种说法，放置文丘里管与直接脉冲喷吹相比，并不能使引射流量增加，反而不如直接喷吹的引射流量大。文丘里管主要功能是保住喷射压力，将其有效地传递到达长滤袋的底部。现在制作的大型长袋脉冲除尘器，在一般工况下已较少使用文丘里管，一方面在清灰系统设计上已充分考虑了能有效喷吹滤袋的数量及达袋底的喷吹强度：另一方面，不设文丘里管既减少了设备阻力也节省了投资。
四、滤料技术的进展
一台好的出尘器设备，除尘效率至关重要。高除尘效率需要优良的过滤材料来保证。袋式除尘器的进步主要是过滤材料的进步。值得注意的是，由美国戈尔公司首先开发成功的聚四膜的表面过滤，使之成为低阻高效、高可靠性的新型过滤材料，这是技术上的一大进步。
薄膜滤料在机织布和针刺毡等滤料表面覆以带微孔的聚四氟乙烯薄摸。覆膜滤料关键在聚四氟乙烯薄膜，它是立体网装结构的微孔膜，孔径伪0.2~3.5/μm ，膜的空隙率达80~90%，透气性好，透气量达3~6m3/ m2.min，滤尘效率高，耐化学腐蚀，表面光滑，磨擦系数低，剥离性好，耐连续调温达287℃。覆膜滤料用薄膜表面过滤积尘，无需普通滤料的粉尘层参与过滤，压降低，节省风机电耗，减少清灰次数并延长清灰周期。对潮湿和粘性和粘性粉尘它不象普通滤料那样，在清灰不利的情况下，滤料表面粉尘越粘越多，造成糊袋、板结、压差迅速上升的现象。由于膜表面光滑及憎水性，即使有潮湿粉尘粘结，在清灰外力的作用下，也容易脱落，保持过滤阻力平稳。覆膜滤料的微孔结构滤尘效率极高，比普通滤料提高1-2个数量级，可满足最严格的排放要求，特别是对人体可吸入性粉尘（<5μm），同样有很高的过滤效率。
目前国内已有多家企业生产聚四氟乙稀薄膜材料，虽然性能指标等参数与美国戈尔公司产品有此差别，但低廉的价格和较好的过滤性能，还是得到广大用户的认可，所以逐渐得到推广应用，几家公司均有相当大的生产能力。高温滤料也有较大的发展，品种增加很多，改变了以往高温只能使用玻纤机织布的局面。高温滤料有诺梅克斯、玻纤膨体纱、玻纤针刺毡、氟美斯针刺毡等，温度适用范围也在扩大，并可在其上覆膜，增强使用的适应性，给设计、使用提供了很大方便。
五、袋除尘器的阻力控制
除尘器的另一个重要指标设备阻力同样是不可忽视的。如何控制除尘器的阻力是设备和滤料生产企业的一个课题。控制阻力不单是设备本身的问题，对一个除尘系统来说，首先要明确系统的工况参数，选择合理的工艺措施和匹配的除尘设备，其中首要的是除尘器的滤料，它关系到除尘效率、运行阻力及使用寿命和投资等。除尘器的阻力80%来自于滤料，因而如何降低滤料的阻力成为主要矛盾。一般工况下，确定了合适的气布比，有完善的清灰系统，滤料阻力都能控制在合理的范围内。但对于较特殊的工况，如烟气温度较大，粉尘细而粘性大，烟尘中有油烟成份的就应采取相应的措施。例如在含油烟和粘性较大的粉尘净化系统中，常采用预涂层技术，即在除尘器未投稿正式运行前人为发尘。粉尘种类有白云石粉、石灰石粉和氧化铝粉等，它们均是较松散、易清灰、对粘性烟尘有吸附作用的物质，让这种特定的粉尘在滤布上形成较牢固的一次粉尘层，防止粘性粉尘和烟气凝结出的油渍直接粘连在纤维上，堵塞小组料纤维间的空隙，形成糊袋，使清灰困难，造成除尘器阻力上升过快，直到最后无法运行的结果。这种特定的粉尘层在滤料纤维与粘性粉尘或油渍间起到隔离作用。预涂层还相应带来其他的辅助作用。在实际工程中这项技术已得到普遍应用，效果良好，已有专用的预喷涂机械设备（发尘装置）在使用，定期对滤袋做预喷涂层处理，维持滤袋上特定粉尘层的作用，以保证滤袋使用的可靠性及寿命。种种措施的目的都是为了降低滤袋阻力或将其稳定在合理的范围内。
除尘器阻力另一部分来自于除尘器的结构。各种除尘器的结构阻力的构成无大差异，数值在300~500Mpa 左右，以脉冲除尘器为例，结构上分为在线和离线两种形式，在长袋脉冲出现之前，几乎全部为在线形式，由于长袋大型脉冲除尘技术的出现，针对工况变化及优化设备参数和性能考虑，发展出离线清灰方式。所谓离线，就是将一整体分为若干个小过滤室，每一过滤室由一个阀门控制，使其能按着一定的程度，开启关闭阀门，阀开时为正常过滤状态，阀闭上，这一过滤室的滤袋处于静止状态，此时对其喷吹清灰，脱离滤料表面的粉尘，能从容地自由沉降，落在灰斗中，而不必象在线清灰状态下受过滤气流影响，使脱离的部分粉尘末沉降下来就又附在滤袋上。实际应用中为强化清灰效果及降低过滤阻力，大量使用离线方式。所以研讨离线结构部分的阻力具有实际意义。离线结构中，总面积几千平方米过滤面积的除尘器，单室面积至少在几百平方米，一室的烟气量都要通过离线阀排出，因而阀口尺寸的大小直接关系到此处结构的阻力高低，设计上不宜将通过阀门的风速定得过大，一般不宜超过10m/s。阀门的局部阻力hf=（v2/2g）r，阀门局阻hf的大小与v的平方成正比。一方面从加工及使用可靠性讲，阀做的越小越好，而另一面阀口越大，阀口的局阻越小，因而设计中要二者兼顾，综合考虑。减少结构阻力的另一方面应尽量避免除尘器进出风口与相接管道断面有过大的变化，排风口断面风速尽量低些。另外，烟气总管向各分室灰斗分支管道及进风挡板结构要合理有效，减小不必要的局阻增加。特别是进风挡板安装形式不合理，不但不能起到将大颗粒粉尘拦截的作用，反而增加阻力。
控制袋除尘器运行阻力的最有效方法之一为差压自动控制，即压差达到除尘器设计阻力上限时，通过传感器启动自动清灰程序。国内很多工程中已将原来较多使用的定时控制方法（即根据计算或使用经验得出清灰周期而人为庙宇时间周期对其控制）改为差压、时间混合的控制程序，使除尘器运行状态更趋合理，减少不必要的清灰动作次数，延长滤袋及脉冲阀等部件的使用寿命。
综上所述，袋式除尘技术的关键之一是有适应不同工况条件的优质滤料；其二，要求强劲可靠的清灰机构，控制设备阻力；其三，有完善合理的自动控制程序，保持除尘设备连续稳定地运转。当前大型除尘设备多采用计算机可编程序控制器，对除尘器的压差、温度、流量等状态参数进行实时监控，对运动部件可进行故障检测等。
袋式除尘器具有广泛的适应性。随着技术的发展，新技术新产品不断涌现，目前已有附载催化剂的过滤材料问世，在滤尘的同时，将有毒有害气体一并净化。例如在垃圾焚烧处理过程中，二恶英等有害物质随着粉尘同时存在，有了除毒滤料可同时除尘除毒，而不需另设除毒净化装置，节省了大量投资。可以预计袋式除尘技术将会随时代发展，不断扩大其应用领域。
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