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摘 要：在自建的脉冲喷吹实验平台上，采用MYD-1540A型压电式压力传感器测试尺寸规格为Φ325×660mm聚酯覆PTFE膜滤筒在不同喷吹距离下的侧壁静压力峰值，对比分析不同喷吹距离下沿滤筒长度方向脉冲压力峰值的变化，进一步揭示喷吹距离工况参数对滤筒除尘器清灰性能的影响。研究成果旨在为脉冲滤筒除尘器清灰系统的优化设计提供指导。

关键词：脉冲喷吹;喷吹距离;喷吹孔径;侧壁压力;滤筒

中图分类号：X964文献标识码：A 文章编号：

引言

随着我国大气污染物排放标准日益严格，特别是PM2.5大气环境质量标准的出台，除尘器作为控制可吸入颗粒物排放的重要设备，对于它的研发与改进势在必行[1]。脉冲滤筒除尘器是继袋式除尘器后研发的又一新型过滤式除尘设备，与袋式除尘器相比具有阻力低、体积小等优点 而被广泛应用于冶金、化工、矿山、粮食、烟草和垃圾焚烧等工矿企业的粉尘净化、粉尘回收。脉冲喷吹系统中，喷吹管结构部分是整个脉冲滤筒除尘器的重要组成部分。喷吹管结构参数部分主要包括喷吹距离、喷吹管管径及喷吹孔孔径等，而喷吹距离是指喷嘴出口与滤筒口之间的距离，喷吹管喷出的高压气体，在喷嘴与滤筒口之间的距离空间中诱导二次气流，进而作用于滤筒[2-5]。因此研究喷吹距离对滤筒除尘器清灰性能的影响具有十分重要意义。

通过文献调研发现，脉冲喷吹气流作用引起的过滤介质的突然振动和反吹气流迅速穿过滤袋纤维的联合作用是脉冲喷吹清灰的主要机理，上述研究成果指出可将侧壁压力峰值作为表征两种作用机理强弱的常用指标，滤筒侧壁所受正压力越大，脉冲喷吹清灰的强度越高[6-8]。

基于上述研究成果，本课题采取实验手段，通过测试在不同喷吹距离下的侧壁静压力峰值，对比分析不同喷吹距离下沿滤筒长度方向脉冲压力峰值的变化，进一步揭示喷吹距离工况参数对滤筒除尘器清灰性能的影响，研究成果为脉冲滤筒除尘器清灰系统的优化设计与操作参数选取提供了理论依据与实践指导。

一、实验

1.实验装置

脉冲喷吹实验装置示意图如图1所示，实验主要设备型号：UD18A-7型螺杆式空压机，CA25T010-305 T型电磁脉冲阀，口径1″即Ф25 mm，SXC-8A1型脉冲控制仪，0.25级YB-150A型精密压力表（安装于气包上），DBR-4000型减压阀，MYD-1540A型压电式压力传感器，QSY-7709电荷放大器，QSY-USB-8512E便携式数据采集仪和计算机。

本实验所选用的设计和操作参数如下：

Φ325×660mm聚酯覆PTFE膜滤筒，滤筒直径（内）215mm，褶数155，过滤面积9.7m2，脉冲宽度80ms，喷吹距离150～450mm（从150mm开始，每组实验依次升高30mm），喷吹压力0.6MPa，喷吹管上开孔Φ15mm气包容积26.8L。

2.实验原理与方法

（1）实验原理

脉冲喷吹瞬间，压缩空气进入滤筒，在滤筒内部形成复杂的气流流场，该脉冲气流对滤筒内壁产生瞬间压力波作用，实验中需要测试这一短暂持续时间内气流对滤筒内壁产生的清灰压力值的大小。MYD-1540A型压电式压力传感器，利用压电材料的正效应制成，其工作原理是当压电材料沿着一定方向受到交变外力作用时，传感器内部产生极化，同时在其两个表面产生符号相反的电荷，当外力去掉后，又恢复到不带电的状态。晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。传感器的工作原理有效地契合了实验对脉冲压力值这一瞬间动态信号的测试要求。传感器直接测试得到的是电压信号，将此电压信号根据式（1） 转换成本实验最终的测试结果—滤筒内壁脉冲压力值，这一转换可在计算机输出信号前通过设置实现。因此，实验中可直接采集输出滤筒内壁脉冲压力值[9]。

式中，P—输出脉冲压力值，Pa;

V—输出电压值，mv;

K1—电荷放大器放大倍数，mv/pc;

K2—传感器灵敏度，pc/Pa。

实验输出的滤筒内壁脉冲压力随时间变化的曲线如图2所示。

图2显示的是计算机输出记录的脉冲气流作用时， 测点1处压力随时间变化曲线，由图可以看出，脉冲气流对滤筒壁的作用，使得滤筒内壁压力呈现波动性变化，因此存在一个最大压力值，根据传感器工作原理可知，这一最大压力值即是气流此次作用对滤筒壁面粉尘产生的最大清除力度，由图还可以看出，气流作用持续时间大约为0.15s，整个作用几乎是在瞬间完成。

（2）实验方法

脉冲清灰实验原理图如图1。为了解压缩空气释放时，清灰气流在沿着滤筒长度方向各个部位的清灰情况，实验沿滤筒长度方向布置测点同步测试了脉冲喷吹时滤筒内壁形成脉冲压力值。为此，将压力传感器安装在3个测点处，即测点P1、P2、P3，测点距离（测点距滤筒口距离）分别为60，330和600mm。滤筒内壁脉冲压力随时间变化曲线由计算机同步记录，数据采集系统采样率1kHz，传感器固有频率40kHz。

二、结果与讨论

为了解喷吹距离对滤筒清灰性能的影响，在喷吹压力0.6 MPa下，测试喷吹距离从150mm上升到450mm时沿着滤筒长度方向形成的侧壁压力峰值，实验结果见表1。

1.相同喷吹距离下滤筒侧壁压力峰值不同原因分析

由表1可以看出，在相同的喷吹距离下，滤筒3个测点的侧壁压力峰值不同，且明显发现测点P1、P2、P3逐渐增加。这是因为在脉冲喷吹时，喷吹气流到达滤筒口再到滤筒底部过程中，由于压缩空气及诱导气流没有充分膨胀就经过了滤筒口部，所以P1测点的压力峰值会较小。当压缩空气继续向下运动的过程中，喷吹气流因膨胀直接作用于侧壁，则侧壁压力峰值会有所上升，所以滤筒中部测点P2的侧壁压力峰值会较高。但压缩空气又不可能无限制的膨胀，气体的消耗伴随着整个过程，特别是到了滤筒底部，气体本身的压力相对就较低了，但因为滤筒底部是封闭的，当压缩空气运动到滤筒底部时，会受到滤筒底部的冲击而重新作用于滤筒侧壁，这股冲击气流和主导气流共同作用使滤筒底部压力值达到最大，所以滤筒底部P3测点的侧壁压力峰值最大。由此可以看出，在滤筒长度方向上，压力分布是不均匀的，上部受到的压力值最小，中部次之，底部最大。

2.喷吹距离对滤筒侧壁压力峰值的影响

从表1可以看出，当喷吹距离是150mm时，滤筒侧壁P1测点的脉冲压力峰值为270Pa。从喷吹距离150mm到300mm时， P1测点的脉冲压力峰值随着喷吹距离的增加而升高。当喷吹距离从300mm到450mm时，P1测点的脉冲压力峰值随着喷吹距离的增加而降低。从表1中可以发现，滤筒侧壁P2和P3测点均显示了相同的现象。结合喷吹气流喷吹进入到滤筒的过程分析，这是因为当喷吹压力不变时，喷吹孔喷吹的气流初始速度恒定，即喷吹气流动能恒定。在其他喷吹装置不变时，压缩空气从喷吹孔喷出后迅速向下运动，边运动边膨胀，诱导更多的气流进入滤筒，从而使经过的空间气体压力增大，除了发生膨胀以外，由于滤料的透气性，会使一部分空气透过滤料扩散到滤筒外，再加上向下运动过程中会产生摩擦，消耗一部分能量，所以滤筒侧壁压力峰值的大小取决于压力增大和减小这两种趋势的强弱。在喷吹距离150mm到300mm时，当喷吹距离逐渐增加时，喷吹气流到达滤筒口的时间也就随着距离的增加而增加，可以诱导更多的气流进入滤筒，即喷吹距离越大，诱导气流越多。因此滤筒侧壁压力峰值增大随着喷吹距离的增加而增大。当喷吹距离过大时，即在喷吹距离300mm到450mm时，因脉冲气流本身的散射作用，脉冲气体开始膨胀，使气体还没到达滤筒口时就迅速扩散，部分气体流到滤筒外，在此过程中气体动能下降，能量减小，进入滤筒的气体对滤筒壁的冲击力也会减弱，因此滤筒侧壁压力峰值会大幅度下降[10-13]。因此，当喷吹距离超过一定时，滤筒侧壁压力峰值会随着喷吹距离的增加而减小。因此在相同喷吹压力下，滤筒存在一个最佳的喷吹距离。

三、结论

（1）在脉冲喷吹时，喷吹气流从滤筒口到滤筒底部过程中，由于压缩空气及诱导气流在向下运动的过程中，喷吹气流因逐渐膨胀作用于侧壁，同时压缩空气再向下的过程中不断消耗，当压缩空气运动到滤筒底部时，受到滤筒底部的冲击又反作用于滤筒侧壁。因此，在滤筒长度方向上，压力分布是不均匀的，上部受到的压力值最小，中部次之，底部最大。

（2）对于相同喷吹孔径，在喷吹压力一定时，脉冲压力峰值总是随着喷吹距离的增加先增大后减小，因此在相同喷吹压力下，滤筒存在一个最佳的喷吹距离。

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作者简介：钱云楼（1990-），男，在读博士研究生。

基金项目：项目名称：温州市科技局基础性工业科技项目（G20180031）。