袋式除尘器性能实验
实验报告
环境科学与工程学院实验中心
实验题目 实 验 室 实验环境 袋式除尘器性能实验 实 验 时 间 同组人数 实验类别 综合 一、 实验目的 1.通过本实验，进一步提高对袋式除尘器、结构、形式和除尘机理的认识； 2.掌握袋式除尘器主要性能的实验方法； 3.了解过滤速度对袋式除尘器压力损失及除尘效率的影响。 二、 实验仪器及设备 实验设备：袋式除尘器 袋式除尘器性能实验流程图 1一粉尘定量供给装置；2一粉尘分散装置；3—喇叭形均流管；4一静压测孔；5一除尘器进口测定断面；6－袋式除尘器；7一微压计； 实验仪器：微压计，皮托管，秒表，电子天平（分度值为1g），滑石粉 实际实验装置照片 三、实验原理 袋式除尘器也称为过滤式除尘器，是一种干式高效除尘器，它是利用纤维编制物制作的袋式过滤元件来捕集含尘气体中固体颗粒物的除尘装置。含尘气体从袋式除尘器入口进入后，由导流管进入各单元室，在导流装置的作用下，大颗粒粉尘分离后直接落入灰斗，其余粉尘随气流均匀进入各仓室过滤区中的滤袋，当含尘气体穿过滤袋时，粉尘即被吸附在滤袋上，而被净化的气体从滤袋内排除。当吸附在滤袋上的粉尘达到一定厚度电磁阀开，喷吹空气从滤袋出口处自上而下与气体排除的相反方向进入滤袋，将吸附在滤袋外面的粉尘清落至下面的灰斗中，粉尘经卸灰阀排出后利用输灰系统送出。 袋式除尘器的除尘机理： 主要靠粉尘初层的过滤作用，滤布只对粉尘过滤层起支撑作用 （一）捕集机理 1.筛滤作用 过滤器的滤料网眼一般为5一50μm，当粉尘粒径大于网眼或孔隙直径或粉尘沉积在滤料间的尘粒间空隙时，粉尘即被阻留下来。对于新的织物滤料，由于纤维间的空隙即孔径远大于粉尘粒径，所以筛滤作用很小，但当滤料表面沉积大量粉尘形成粉尘层后，筛滤作用显著增强。 2.惯性碰撞 一般粒径较大的粉尘主要依靠惯性碰撞作用捕集。当含尘气流接近滤料的纤维时，气流将绕过纤维，其中较大的粒子(大于1μm)由于惯性作用，偏离气流流线，继续沿着原来的运动方向前进，撞击到纤维上而被捕集。所有处于粉尘轨迹临界线内的大尘粒均可到达纤维表面而被捕集。这种惯性碰撞作用，随着粉尘粒径及气流流速的增大而增强。因此，提高通过滤料的气流流速，可提高惯性碰撞作用。 3.扩散作用 对于小于1μm的尘粒，特别是小于0.2μm的亚微米粒子，在气体分子的撞击下脱离流线，象气体分子一样作布朗运动，如果在运动过程中和纤维接触，即可从气流中分离出来。这种作用即称为扩散作用，它随流速的降低、纤维和粉尘直径的减小而增强。 4.拦截作用 当含尘气流接近滤料纤维时，较细尘粒随气流一起绕流，若尘粒半径大于尘粒中心到纤维边缘的距离时，尘粒即因与纤维接触而被拦截。 5.静电作用 许多纤维编织的滤料，当气流穿过时，由于摩擦会产生静电现象，同时粉尘在输送过程中也会由于摩擦和其他原因而带电，这样会在滤料和尘粒之间形成一个电位差，当粉尘随着气流趋向滤料时，由于库仑力作用促使粉尘和滤料纤维碰撞并增强滤料对粉尘的吸附力而被捕集，提高捕集效率。 6.重力沉降作用 当缓慢运动的含尘气流进入除尘器后，粒径和密度大的尘粒，可能因重力作用而自然沉降下来。 一般来说，各种除尘机理并不是同时有效，而是一种或是几种联合起作用。而且，随着滤料的空隙、气流流速、粉尘粒径以及其他原因的变化，各种机理对不同滤料的过滤性能的影响也不同。实际上，新滤料在开始滤尘时，除尘效率很低。使用一段时间后，粗尘会在滤布表面形成一层粉尘初层。 上述各种捕集机理，对一尘粒来说并非都同时有效，起主导作用的往往只是一种机理，或二、三种机理的联合作用。其主导作用要根据尘粒性质、滤料结构、特性和运行条件等实际情况确定。随着滤料的空隙、气流流速、粉尘粒径以及其他原因的变化，各种机理对不同滤料的过滤性能的影响也不同。实际上，新滤料在开始滤尘时，除尘效率很低。使用一段时间后，粗尘会在滤布表面形成一层粉尘初层。 （二）工作原理 含尘气流从下部进入圆筒形滤袋，在通过滤料的孔隙时，粉尘被捕集于滤料上； 沉积在滤料上的粉尘，可在机械振动的作用下从滤料表面脱落，落入灰斗中； 粉尘因截留、惯性碰撞、静电和扩散等作 用，在滤袋表面形成粉尘层，常称为粉层初层。 新鲜滤料的除尘效率较低； 粉尘初层形成后，成为袋式除尘器的主要过滤层，提高了除尘效率。 （三）注意事项： 1． 随着粉尘在滤袋上积聚，滤袈两侧的压力差增大，会把已附在滤料上的细小粉尘挤压过去，使除尘效率下降。 2． 除尘器压力过高，还会使除尘系统的处理气体量显著下降，因此除尘器阻力达到一定数值后，要及时清灰。 3． 清灰不应破坏粉尘初层 （四）滤料的选择 1．对滤料的要求 ①容尘量大、吸湿性小、效率高、阻力低 ②使用寿命长，耐温、耐磨、耐腐蚀、机械强度 ③表面光滑的滤料容尘量小，清灰方便，适用于含尘浓度低、粘性大的粉尘，采用的过滤速度不宜过高 ④表面起毛（绒）的滤料容尘量大，粉尘能深入滤料内部，可以采用较高的过滤速度，但必须及时清灰 2．滤料种类 按滤料材质分： 天然纤维 棉毛织物（适于无腐蚀、350一360K以下气体） 无机纤维（主要指玻璃纤维，化学稳定性好，耐高温；质地脆） 合成纤维（性能各异，满足不同需要，扩大除尘器的应用领域） 实验原理问答题： 1．什么是静压、动压和全压？ 答：静压(Pi)：由于空气分子不规则运动而撞击于管壁上产生的压力称为静压。计算时，以绝对真空为计算零点的静压称为绝对静压。以大气压力为零点的静压称为相对静压。空调中的空气静压均指相对静压。 静压是单位体积气体所具有的势能，是一种力，它的表现将气体压缩、对管壁施压。管道内气体的绝对静压，可以是正压，高于周围的大气压；也可以是负压，低于周围的大气压。 动压(Pb)：指空气流动时产生的压力，只要风管内空气流动就具有一定的动压。 动压是单位体积气体所具有的动能，也是一种力，它的表现是使管内气体改变速度，动压只作用在气体的流动方向恒为正值。 全压(Pq)：全压是静压和动压的代数和： Pq＝Pi+Pb 全压代表单位气体所具有的总能量。若以大气压为计算的起点，它可以是正值，亦可以是负值。 三者关系：静压是由于分子运动力产生的对壁面的压能，在流场内各点大小都一致；动压是因为流体动量形成的压能，仅在迎着来流方向存在。这是一对理论范畴。全压是静压和动压的总和，反应了流体的做功能力水平。在流体流动过程中，扣除阻力损失后，静压和动压会相互转化，并不是不变的。 2．皮托管的测压机理是什么？使用中要注意什么？ 答：（一）测量原理 皮托静压管(以下简称皮托管)是由一个垂直在支杆上的圆筒形流量头组成的管状装置。本装置在侧壁周围有一些静压孔, 顶端有一个迎流的全压孔。它能测出差压，并根据差压确定流场中某处的流速，由流速与面积的乘积计算出流量。 皮托管的测量原理是基于伯努利方程在空气中应用的一个实例，如下图所示。当理想流体均匀的平行流向静止物体时，设想其中一条流线撞在物体上（即图中的A点），在此处流体发生分岔，A点称为滞止或驻点，A点的流速为零，VA＝0。 如果我们选择两个截面Ⅰ－Ⅰ、Ⅱ－Ⅱ、Ⅰ－Ⅰ截面流动没有受到任何的影响，流束是平行的，流速形成规则的速度分布，截面上各点的静压力相等。Ⅱ－Ⅱ截面流动受到影响，流束密集，流速加快，静压降低。则两个面上的伯努利方程为： V1P2V22V22K1K212222 P1式中：—Ⅰ－Ⅰ、Ⅱ－Ⅱ区间的流体阻力系数，这里可以不考虑即：＝0； 2— 流体密度，因为是均匀的12 K－速度分布不均匀系数，这里可设K1＝K2＝1； P－两个截面的静压力； V－两个截面的流速，V2＝VA＝0。 整理得到公式为： P2P12V12式中：P2－总压力（因为动压为零）； P1－静压力。 如上图所示，若在物体B点开一个孔，由于均匀流场中静压力相等，则 P1＝PB＝P0；令P2＝P1，V1＝V，则公式就变成为： PP01V22 V2PP0 式中：P-P0实际上是流场中某一点流体的动压力P。 （二）皮托管结构 皮托管的原理结构如下图所示,当一台差压计两端分别与总压管和静压管连接,这样差压计上就可以显示出动压值来。 上图是一般皮托管的结构,为了能看清楚把两端放大。如图中可以看到皮托管外形是一个直角弯折的金属管，与管轴平行安置的直角边是测头，其顶端有一个总压孔，在其侧壁有若干个静压孔。总压孔与静压孔不相通，分别用导压管引出，从静压孔至总压孔称为鼻端。直角的另一边称为支杆，引出总压孔和静压孔的接头以便与微压计相连。其上有定向杆，指示鼻端方向。测量总压力的管子叫皮托管；测量静压力的管子叫静压管。 （三）皮托管的使用方法 1.要正确选择测量点断面，确保测点在气流流动平稳的直管段。为此，测量断面离来流方向的弯头、变径异形管等局部构件要大于4倍管道直径。离下游方向的局部弯头、变径结构应大于2倍管道直径。 2.测量时应当将全压孔对准气流方向，以指向杆指示。测量点插入孔应避免漏风，可防止该断面上气流干扰。用皮托管只能测得管道断面上某一点的流速，由于断面流量分布不均匀，因此该断面上应多测几点，以求取平均值。 3.使用前测试一下畅通性。小静压孔经常检查，勿使杂质堵塞小孔使用后及时清洁内外管，以保证长期良好状态。 4．皮托管的直径规格选择原则是与被测管道直径比，不大于0.02。以免产生干扰，使误差增大。测量时不要让皮托管靠近管壁。 5．测量时应当将全压孔对准气流方向，以指向杆指示。测量点插入孔处应避免漏风，防止该断面上气流干扰。按管道测量技术规范，应合理选择测量断面的测点。 6．皮托管只能测得管道断面上某一点的流速，但计算流量时要用平均流速，由于断面流量分布不均匀，因此该断面上应多测几点，以求取平均值。测点按烟道(管道)测量法规定，按“对数一线性”法划分，也可按常用的等分面积来划分。 （四）注意事项 a. 皮托管测量头的轴线与管壁的距离不得小于测头直径。 b. 皮托管的位置应测准到下列两个允差中的较小者。±0.005x,其中x是平行于皮托管定位方向的管道尺寸；±0.005y，其中y是皮托管到最近管壁的距离。 c. 矩形横截面测量点的最小数目为25，测点位置应根据平行于各管壁的五条直线的交叉点来确定，若采用算术法计算轴向平均速度测点分布按有关规定执行。 d. 圆形横截面的各测点应被设置在同心圆上，在横截面上至少为两个相互正交的直径上，每个半径上至少3点，因而在一个截面中至少有12个测点。 e. 使用皮托管定期检验、标定。 （五）皮托管的保养 1． 1.使用中可能造成管子弯曲。在使用前检查一次，明显挠曲预先校直，锥头损伤则不能再使用。 2． 2.在含尘管道中使用后，管内可能有积尘或水汽。应在使用后用吹气方法吹净后盛盒。或在使用前测试一下畅通性。使用后及时清洁内外管，以保证长期良好状态。 3．小静压孔经常检查，勿使杂质堵塞小孔，造成压力不通。 四、实验步骤 1.运行除尘器，测进口和出风口的静压和管径中心的动压； 2.称量500g滑石粉，在进风口处5min内均匀送尘完毕后，测进风口和出风口的平均静压和管径中心处动压，然后振打清灰，收集灰斗处粉尘质量，计算除尘效率。 3.称量1000g滑石粉，重复步骤2，并计算在该条件下的除尘效率。 五、实验记录及原始数据 组别 1 2 3 进尘量/g 0 500 1000 进风口 静压/Pa -119 -100 -120 动压/Pa 125 -115 -120 -12 -2 -15 出风口 静压/Pa 动压/Pa 205 -133 -178 粉尘捕集量/g 0 418 840 六、数据处理及结论 组别 1 2 进尘量/g 500 1000 进风口 静压/Pa -109.5 -119.5 动压/Pa 120 122.5 全压/Pa 10.5 3 静压/Pa -7 -13.5 出风口 动压/Pa 169 191.5 全压/Pa 162 178 压力损失ΔP/Pa 151.5 175 除尘效率η/% 83.6 84 取第一组（500g）数据进行计算： 进风口静压：（-119-100）÷2= -109.5Pa 动压：（125+115）÷2= 120Pa 全压：120-109.5= 10.5Pa 出风口静压：（-12-2）÷2= -7Pa 动压：（205+133）÷2= 169Pa 全压：169-7= 162Pa 压力损失：162-10.5= 151.5Pa 除尘效率：418÷500×100%= 83.6% 七、思考题 1.试分析袋式除尘器压力损失，流量和除尘效率之间的关系 ？ 答：袋式除尘器的压力损失比除尘效率具有更重要的技术经济意义，它不但决定着能量消耗，而且决定着旋风除尘器的除尘效率及清灰周期等。它与除尘器的结构、滤科种类、粉尘性质及粉尘层特性、清灰方式、气体温度、湿度、粘度等因素均有关系。它由三个部分构成，公式表示为: P＝Pc+Pf+Pd 式中：P——除尘器的总阻力，Pa； Pc——除尘器设备阻力，Pa，200-500Pa； Pf——滤料阻力，Pa，50-100Pa； Pd——沉积粉尘层的阻力，Pa，500-2500Pa。 Pc指气体通过除尘器出入口及内部挡板、文氏管等产生的阻力。 Pf指清洁滤料自身的阻力，即： Pf＝fuv 式中f——滤料的阻力系数，1/m； u——气体的粘性系数，kg/m·s； v——过滤风速，m/s。 Pf一般很小，但就滤科而言，阻力小意味着孔隙大，粉尘易穿透，除尘效率也很低，因此一般都选用具有一定初阻力的滤料。一般长纤维滤料阻力高于短纤维滤料，不起绒滤阻力高于起绒滤料；纺织滤料阻力高于毡类滤料；布重较重的滤料阻力高于较轻的滤料。压力损失与过滤风速的关系：随着过滤风速的增大，阻力呈上升趋势。 根据实验得下表： 压力损失 实验项目 △P/Pa 500 g 1000 g 151.7 175 效率η % 83.6 84 基本可以看出效率随压力损失的增大而增大。 同时，流量的大小取决于一定时间内，进入除尘器的粉尘的量。经比较，吸入1000g粉尘比吸入500g粉尘，所获得的效率大，所以可以判断除尘器的除尘效率随流量的增大而增大。 2.除尘器除尘效率高，就能说明除尘器除尘性能好吗？为什么？ 答：除尘器除尘效率高，并不一定就能说明除尘器除尘性能好。下面假设一台袋式除尘器的效率很高，打到99.9%，却可能存在以下缺点： ①对直径1μm以上的粉尘去除效率很高，对于直径1μm以下的粉尘去除效率很低。而现今所处理的粉尘大多数直径在1μm以下。 ②除尘效率高要求较大的压力损失，而压力损失一般伴随着流量增大，但流量的增大反而会降低除尘器的除尘效率。 ③除尘器要求在较为严格的环境下才能保持较高的除尘效率（例如适宜的温度、湿度和气压），因此对环境的变化的抗干扰能力差。 ④不能在流量较大的情况下，仍保持较高的处理效率。 ⑤设备体积庞大，占用室内面积多。 ⑥运行时噪音污染相当严重，给周围工作人员带来不便。 ⑦设备及零件价格昂贵，一次投资巨大。 ⑧运行费用高，其中包括安装费、动力消耗以及装备杂项开支。 ⑨维修保养困难，损坏零件无法及时得到修补、替换。 ⑩发尘后，清灰困难、复杂。 因此，不难判断，此除尘器的性能不好。 由上可知，除尘器的性能包括除尘效率、压力损失、一次投资、维修管理等多方面因素，单单以除尘效率的高低来评判一种除尘器的性能优劣是不全面的，且不科学的。
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