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                      除尘器

                      超音速喷嘴对脉冲喷吹滤筒除尘器清灰效果影响的研究

                      作者:郑州快三投注环保    来源:www.xinruiep.com    发布时间:2019-04-11 14:52:07

                      【摘要】实验研究了自行设计的超音速喷嘴与相同孔径的普通喷口在同等条件下对滤筒除尘器的清灰效果。结果表明:随着脉冲喷吹压力的增大,在气流进入滤筒前端100mm位置处,普通喷口形成的脉冲气流对滤筒侧壁产生的压力峰值显著增加且大于同条件下的超音速喷嘴;随着滤筒侧壁距离的增加,在900mm位置处超音速喷嘴产生的压力峰值超过了普通喷口;与普通喷口相比,超音速喷嘴在对长滤筒进行脉冲清灰时具有很大的优势,并且随着喉部直径的减小,这种优势会更明显,但其在滤筒前端的清灰效果会有所下降。

                      【关键词】超音速喷嘴;脉冲喷吹滤筒除尘器;清灰效果

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                      0引言

                      在利用脉冲清灰除尘方面,脉冲布袋除尘器在工业领域应用得较为广泛。近年来,滤筒除尘器由于具有初投资和运行费用低、适用性强、易于运行管理等优点,在生产领域得到了越来越广泛的应用。滤筒除尘器主要采用脉冲清灰。脉冲清灰的喷吹管喷口型式较多,目前主要有简单喷口、锥形喷口和文氏喷口,采用高压气流通过喷口进行清灰,但随着除尘器长度的增加,清灰效果迅速下降。超音速喷嘴具有出口气流速度大、诱导的二次气流量大等特点,在解决滤筒尤其是长滤筒清灰效果不好等问题上与其他喷口相比具有一定的优势,但目前超音速喷嘴在清灰、除尘领域的应用理论研究和实验研究的内容在国内外未见报道,因此开展超音速喷嘴对脉冲喷吹滤筒除尘器清灰效果影响的研究具有重要意义。

                      对脉冲除尘器清灰效果的相关研究表明,影响清灰效果的主要因素为压力峰值和峰值到达时间,即滤筒侧壁所受压力峰值越大、到达峰值的时间越短清灰效果越好。本实验分别采用超音速喷嘴与常规喷吹管喷口,在相同条件下,对滤筒侧壁压力峰值的变化情况进行实验分析和机理研究。

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                      1实验装置及原理

                      1.1实验装置和测试仪器

                      实验装置:敞开式XC-147-P型聚酯滤筒除尘器,外径147mm,内径128mm,长度1000mm,滤料折数45,过滤面积2.5m?;DCF-2L-B直角型电磁脉冲阀,气包,脉冲宽度在0.01~0.12s之间可调的SXC-8A1型脉冲控制仪;UDI8A-7型螺杆式空气压缩机,压缩空气压力最高可达0.7MPa;DBR-4000减压阀,安全阀等。

                      实验测试仪器:Y-YD-7044型传感器、QSY-1型电荷放大器、USB-8512E便携式数据采集仪、L型不锈钢标准皮托管等。

                      其他:橡皮软管、手套、钳工工具箱、清洁用品等。

                      1.2实验原理及系统图

                      为了避免因粉尘物理化学性质的不同和滤袋容尘量的差异对测试的影响,使测试结果有较好的可比性,脉冲喷吹实验在滤筒洁净的条件下进行。

                      图1 喷吹实验系统

                      在脉冲阀出口及滤筒上布置测点,在脉冲宽度为0.08s、喷吹距离为150mm、喷吹管径为?20mm等各参数不变的情况下,测量普通喷口和超音速喷嘴在不同喷吹压力下工作时的滤筒侧壁压力变化及压力峰值,从而分析超音速喷嘴对脉冲喷吹滤筒除尘器清灰效果的影响。测点布置如图1所示,测点1是喷吹孔出口的压力测点;测点2,3,4是滤筒上由上至下100,500,900mm处的3个测点。实验比较常规喷口与超音速喷嘴的清灰效果,通过改变压力值来研究滤筒侧壁压力分布情况及在不同的喷口直径下气体动压与静压在滤筒内部的变化情况,从而判断超音速喷嘴对脉冲喷吹清灰效果的影响。

                      图2 测试仪器连接系统

                      实验测试仪器连接系统见图2。将压力传感图2测试仪器连接系统器分别布置在各个测点,其信号输出端与电荷放大器输入端连接,电荷放大器的输出端与数据采集仪的输入端连接,数据采集仪的信号输出端连接到计算机上,利用与数据采集仪配套使用的dasView2.0软件进行数据采集,并根据各传感器的灵敏度及式(1)将电压转换成所需要的压力值进行分析。

                      灵敏度及式(1)将电压转换成所需要的压力值

                      式中p为测得的压力,MPa;V为测量时的输出电压值,mV;K1为电荷放大器放大倍数,mV/PC;Ki为传感器灵敏度,PC/MPa,传感器1~4的灵敏度依次为5.78,5.77,5.78,5.63PC/MPa。

                      图3 超音速喷嘴的出口速度分布

                      2实验结果与分析

                      2.1超音速喷嘴出口速度的模拟与计算

                      釆用CFD软件模拟喉部直径为?6mm的超音速喷嘴的出口速度,喷管压力入口的相对压力为0.5MPa,进口空气温度为300K;下万为压力出口,压力为大气压;其他均为壁面。从图3中看出,超音速喷嘴出口核心区域内速度达到了超音速,在340~537m/s的范围内,并且随着与喷口距离的增加,其对周围区域空气的诱导量增大。从理论上分析,喷嘴出口速度可用式(2)计算:

                      从理论上分析,喷嘴出口速度可用式(2)计算

                      式中C2为喷嘴出口速度,m/s;k为空气的质量热容比;R为气体常数;T1为进口空气温度,K;p2,p1分别为定熵过程中的压力,Pa。

                      喷管压力入口的相对压力为0.5MPa时,由式(2)计算得超音速喷嘴的出口速度达到491m/s,超过了当地的音速,由于高速气流从喷嘴喷出后在离喷嘴不远处会形成一个收缩断面,使速度进一步增大,因此模拟得到的最大速度为537m/s,稍大于理论计算值,理论分析与模拟结果较为一致。表1给出了不同入口压力下超音速喷嘴的出口速度,可以看出在喷管入口压力为0.2~0.6MPa的范围内喷嘴的出口速度均超过了当地的音速。

                      表1 理论计算不同入口压力下喷嘴的出口速度

                      2.2滤筒表面受力分析

                      分别采用两组喉部直径为?4mm和?6mm的超音速喷嘴与相同孔口直径的普通喷口作为脉冲清灰的喷吹管喷口进行实验,研究其在0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6MPa的喷吹压力下,脉冲气流通过喷口后滤筒侧壁的受力情况。

                      图4 孔口直径为? 6 mm 条件下滤筒表面受力情况

                      从图4可以看出,在孔口直径为?6mm的条件下滤筒表面受力情况件下,普通喷口和超音速喷嘴形成的高速脉冲气流对滤筒侧壁的压力随着滤筒侧壁位置不同而不同,滤筒侧壁所受压力近似呈脉冲变化,正负压峰值交替出现,在滤筒侧壁900mm处,形成一个较大的正压力峰值,这是因为高速气流在滤筒内运行一段距离后,诱导了大量的空气,产生了负压区,形成了二次流,最终形成了较为稳定的气流,因此其压力峰值比较稳定。从图中可以看出,随着喷吹压力的增大,滤筒侧壁所受压力逐渐增大;无论是采用普通喷口还是采用超音速喷嘴,其对滤筒侧壁的压力作用主要集中在极小的一段时间内,气流通过该位置后,压力减小为零。

                      图5 滤筒侧壁100mm 处压力峰值

                      2.3滤筒表面压力峰值分析

                      为了进一步分析超音速喷嘴对滤筒清灰效果的影响,分别采用普通?6mm喷口与超音速?6mm喷嘴分析高速气流对滤筒侧壁产生的压力峰值。从图5可以看出,在滤筒侧壁100mm处,随着脉冲喷吹压力的增大,超音速?6mm喷嘴形成的脉冲高速气流对滤筒侧壁产生的压力峰值增加缓慢,普通?6mm喷口形成的脉冲气流对滤筒侧壁产生的压力峰值有显著增加,且大于超音速喷嘴,这主要是因为在相同的脉冲喷吹压力条件下,从超音速喷嘴进入滤筒的气流的动压要远大于普通喷口,其静压则小于普通喷口,因此在滤筒侧壁100mm处,普通喷口形成的脉冲气流对滤筒侧壁产生的压力峰值要大于同条件下的超音速喷嘴。

                      图6 滤筒侧壁500 mm 处压力峰值

                      图7 滤筒侧壁900 mm 处压力峰值

                      从图6和图7可以看出,随着距离的增加,超音速喷嘴形成的高速脉冲气流对滤筒侧壁产生的压力峰值明显增大;在滤筒侧壁500mm处,超音速喷嘴和普通喷口产生的压力峰值相差不大,在900mm处,超音速喷嘴产生的压力峰值超过了普通喷口,主要原因是超音速喷嘴形成的高速脉冲气流速度远高于普通喷口,随着高速气流在滤筒内部的流动,诱导了大量的空气,气流动压逐渐减小,静压逐渐增大,对滤筒侧壁产生的压力峰值显著增大。这说明对长滤筒进行脉冲清灰时,超音速喷嘴比普通喷口有很大的优势;在应用超音速喷嘴时,对滤筒前端进行辅助清灰,滤筒清灰效果会更好。

                      2.4不同超音速喷嘴条件下滤筒表面受力分析

                      图8给出了6种喷吹压力下,采用喉部直径为?4mm的超音速喷嘴时滤筒侧壁的受力情况。

                      比较图8和图4可以看出,喉部直径为?4mm的超音速喷嘴形成的高速脉冲气流对滤筒侧壁产生的压力的变化规律与喉部直径为?6mm的超音速喷嘴基本相似,但压力大小分布有所不同。为便于分析,将二者的压力峰值进行比较,如表2所示。

                      图8 孔口直径?4 mm 条件下滤筒表面受力情况

                      表2  滤筒侧壁压力峰值分布

                      从图8和表2可以看出,气流通过喉部直径为?4mm的超音速喷嘴后,所形成的高速气流对滤

                      筒侧壁产生的压力峰值随着滤筒长度的增加而增大,随着喷吹压力的增大而增大。为了研究不同直径的超音速喷嘴所形成的高速气流的全压,在图1中的测点1处进行测试,全压随时间的变化曲线如图9所示。从图9及表2可以看出,喉部直径为?4mm的超音速喷嘴形成的高速气流全压远大于同条件下喉部直径为?6mm的超音速喷嘴形成的高速气流全压;但从表2可以看出在相同条件下喉部直径为?6mm的超音速喷嘴形成的气流对滤筒侧壁产生的压力峰值都大于喉部直径为?4mm的超音速喷嘴,这主要是因为气流从喉部直径为?4mm的超音速喷嘴进入滤筒后,其动压大于同条件下喉部直径为?6mm的超音速喷嘴,因此其作用于滤筒侧壁的压力峰值与同条件下喉部直径为?6mm的超音速喷嘴相比偏小。这也从侧面说明了随着超音速喷嘴喉部直径的减小,其在滤筒前端的清灰效果会有所下降,但随着滤筒长度的增加,在滤筒中后部其清灰效果会得到加强。这主要是因为随着喉部直径的减小,喷嘴出口的气流总压及动压增大,高速气流在滤筒中不断诱导周围空气,随着滤筒长度的增加,诱导空气的效果增强,更易形成对滤筒侧壁较大的压力峰值。

                      图9 超音速喷嘴出口全压随时间变化曲线

                      3结论

                      3.1随着脉冲喷吹压力的增大,在滤筒前端100mm处,普通喷口形成的脉冲气流对滤筒侧壁产生的压力峰值要大于同条件下的超音速喷嘴。随着气流进入滤筒距离的增加,超音速喷嘴所形成的高速脉冲气流对滤筒侧壁产生的压力明显增大,在900mm处超音速喷嘴产生的压力峰值超过了普通喷口。

                      3.2在对滤筒进行脉冲清灰时,超音速喷嘴对长滤筒或是滤筒的中后部的清灰效果要优于普通喷口。

                      3.3超音速喷嘴喉部直径减小,其在滤筒前端的清灰效果会有所下降,但随着滤筒长度的增加,在滤筒中后部其清灰效果会得到进一步的增强。

                      3.4下一步可以考虑加长滤筒长度,研究小喉部直径喷嘴对其侧壁产生的压力分布规律以及清灰效果。

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