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嚴格來說聲明：

作者

文/郭泗建

濟南麗園粉末狀電子設備有限公司

全文：脈沖反吹式袋式除塵器是控制熱塑性TeO尾氣排放量的關鍵電子設備。除塵器的DAT160控制系統(tǒng)是結構設計的關鍵。責任編輯介紹了相關的方法論此基礎，重點項目預測了顆粒下陷機理，濾袋數(shù)量排序，氣包體積的排序。責任編輯利用排序力學預測軟（CFD）模擬預測噴巢蛛性能，并對其展開優(yōu)化。預測除塵器外部邊界層。

張金鑒

熱塑性TeO制造操作過程中的環(huán)保化非常關鍵，“焦化處置需要嚴控。其中尾氣在各各個環(huán)節(jié)都存在，是防控工作的重點項目內(nèi)容，由于粉末狀制造中導致的尾氣一般都含有藻酸，在很大濃度下還有爆炸風險，這些氣固氧化物導致的邊線主要有：原料混配區(qū)、Sandmeyer釜口、壓片機碎裂出口商品、引風機出口商品等處。電子設備本身有一個自吸除塵計，就是在容易導致尾氣的邊線減少吸藍海，將這些尾氣吸引至除塵箱JK，廠房在制造中單廂額外減少一TA-O中央除塵控制系統(tǒng)展開INS13ZD，但在操作操作過程中，不管是自身控制系統(tǒng)卻是另加的控制系統(tǒng)都是由引風機驅動的除塵控制系統(tǒng)，大部分都是通過脈沖袋式除塵器展開除塵，它的效率可達到99.5％，在廢氣排放量處置中占有關鍵地位。

1 熱塑性TeO除塵器現(xiàn)狀

隨著G家對尾氣排放量標準明確要求的不斷提高，對金融行業(yè)使用的脈沖DAT160袋式除塵器提出了更高的明確要求，目前對除塵器的科學研究在金融行業(yè)外部卻是盲點，因為相比其他各個環(huán)節(jié)，除塵器對商品的品質不導致直接影響，對于它的運行指標制造廠房和用戶也不重視。在電子設備的結構設計上，它外部的情形看不見看不見，結構設計操作過程卻是依靠經(jīng)驗為主，缺乏方法論的指導。但是實際制造中清灰控制系統(tǒng)不合理導致的除塵器阻力降過大影響產(chǎn)能、DAT160過后Haon泄露進入大氣等情形經(jīng)常有。曾經(jīng)有廠房出現(xiàn)商品顏色環(huán)境污染的情形，比較終原因是由于兩條產(chǎn)線的排泄閥門和另兩條產(chǎn)線水煤漿出口處距離太近導致排出環(huán)境污染，這說明產(chǎn)線上的除塵器結構設計有問題，排放量鎘了。因此切實可行的展開除塵器的結構設計卻是必要的。筆者試圖通過現(xiàn)有的方法論此基礎結合排序力學FLUENT等軟件來對除塵器展開科學研究。

2 除塵器概要

2.1 除塵器的分類

清灰是使袋式除塵器長期穩(wěn)定工作的決定性因素，其基本明確要求是從濾袋上迅速而均勻的破損沉積的粉塵，同時又明確要求保持一層很大的一次粉塵層，并且不損傷濾袋和較小的阻力降。它的分類方式很多：A按照清灰方式不同可以分為：機械振打式、逆流清灰式、脈沖DAT160式，氣環(huán)反吹式等；B按濾袋形狀可以分為：圓袋、扁袋；C按照進氣口邊線可以分為上進風和下進風。由于本金融行業(yè)用的比較多的是脈沖反吹式布袋除塵器，因此責任編輯將重點項目介紹這種結構的除塵器的結構設計。

2.2 除塵器的結構樣式

常用的脈沖除塵器的結構如圖1所示，這是一個圓形脈沖反吹式布袋除塵器，它的各部分M稱如圖所示。氣流由出口處進入經(jīng)過濾袋過濾，干凈的空氣經(jīng)由器高排出，反吹的動力來自氣包，電磁脈沖閥通過設定DAT160時間來實現(xiàn)對濾袋的清灰。另外，在筒體上還要開設人孔或者檢修門，出于安全的需要越來越多的廠家需要安裝泄爆門。

3 熱塑性TeO的除塵箱結構設計方法論此基礎

除塵器的結構設計是個復雜的操作過程，金融行業(yè)不同，對其明確要求也不同，熱塑性粉末有其D特的物性特征，比如密度較小、粉末狀流體粘性較大易結塊、靜電作用導致吸附能力大不易從濾料剝離等等，在結構設計除塵器時要綜合考慮。由于篇幅所限，我們只科學研究其中幾個關鍵部分來闡述其結構設計理念，并通過相關的模擬預測來予以說明。

圖3是一個現(xiàn)場測試的Haon粒度分布圖。對于除塵器處置的氣固流體中顆粒的粒度分布在1至10微米之間，我們需要知道這個直徑粒子的懸浮速度進而得到除塵器外部的上升氣流速度。方法論上講這個速度越低越好，但是在經(jīng)濟上不合算，因為這會使電子設備的體積變大，所以這個上升速度排序是必要的。根據(jù)簡單的物理知識如圖2所示，顆粒懸浮狀態(tài)下顆粒重力和所受的流體阻力平衡（考慮流體粘滯力），我們得到式1的平衡方程，判斷流體狀態(tài)的關鍵指標是雷諾數(shù)，由此將流體分為層流，過渡流，湍流等三個狀態(tài)。根據(jù)相關科學研究結果，我們?nèi)☆w粒粒徑中值得到熱塑性TeO處于過渡流，也就是1≤Re≤500的范圍，相關排序公式如下：

其中：Ws函數(shù)；Re——雷諾系數(shù)；μ——空氣粘度，17.9×10-6Pa·s

由式（1）～（3）我們可以推導出該區(qū)的懸浮速度為V0：

也就是風速低于該值時，顆粒就會自由下陷，減少除塵控制系統(tǒng)的負擔。由于除塵器的氣流分布在電子設備外部并不是均勻的，在后面的章節(jié)中有預測，該數(shù)值只是具有方向性但不具備指導性。

4 濾袋數(shù)量的選擇

濾袋是除塵器的主要工作介質，數(shù)量的選擇與控制系統(tǒng)風量、過濾風速、電磁閥規(guī)格等相關，下面介紹三種方法來排序或者控制濾袋數(shù)量。

4.1 由過濾風速來排序濾袋個數(shù)

布袋除塵器過濾風速的大小，取決于粉塵特性及濃度大小、氣體特性、濾料品種以及清灰方式等。脈沖除塵強度比較大，我們一般選擇的過濾風速是0.02～0.04m/s（1~2.2m/min)。由此我們得到下面幾個公式：

其中：Uf——過濾風速，m/s；Qv——控制系統(tǒng)風量，m3/s；S——濾袋總面積，m2；D——濾袋截面直徑，m；n——濾袋個數(shù)。

4.2 由電磁脈沖閥來確定濾袋個數(shù)

下表是意大利Turbo脈沖閥的結構設計參數(shù)：

因此也可以根據(jù)購買的脈沖電磁閥的參數(shù)來排序需要的濾袋的數(shù)量。

4.3 由上升氣速控制外形尺寸間接控制濾袋數(shù)量

圖4是一款方形除塵器的截面示意圖，綠色部分是濾袋的截面，上升氣速指的是濾袋縫隙間的風速，由上一章節(jié)排序可知，氣速越低越有利于吸附和下陷，但是也會導致電子設備規(guī)模變大，同時會導致氣流攜帶更多的本可以下陷下來的顆粒，減少過濾的負擔，實際制造中該速度需要≤8s，即滿足下式：

5 氣包的相關排序

作為脈沖反吹型除塵器，氣包體積是一個關鍵排序內(nèi)容。由于我們在之前的章節(jié)中已經(jīng)得到了控制系統(tǒng)所需的濾袋個數(shù)，所以通過下面兩個步驟我們確定氣包的體積。

5.1按照一次噴吹濾袋的面積來確定脈沖閥每次需要的氣體DAT160體積，一般我們選擇過濾耗氣量是10-15nl/m2，我們得到脈沖閥DAT160所需要的氣量公式如下：

其中，n——濾袋個數(shù)；D——濾袋直徑，m；L——濾袋長度，m。

5.2 氣包體積排序

由于空氣是可以壓縮的流體，物理性質和溫度壓力等條件相關，空氣的氣態(tài)方程為：

(mol.k)

但實際制造中氣包并不是需要釋放所有的氣量，壓力的下降有一個范圍，也就是氣包需要有很大的額外容量儲備，一般明確要求壓力下降30％，因此下降部分也滿足氣態(tài)方程，表示如下：

下面舉例來說明氣包容量的排序，我們查得一款脈沖閥每次噴氣量為40L，氣包表壓為0.6MPa，已知氣體的摩爾體積為22.4mol/L此，代入式10排序結果為：

實際制造中明確要求氣包有足夠多的容量，且不會因為DAT160頻繁而導致壓力波動較大，實踐上實際的容量Vt一般取比較小體積的2~3倍的比較小體積，本例氣包的比較小體積為：

6 噴嘴結構設計排序

噴嘴的結構設計是除塵器DAT160控制系統(tǒng)的核心部分，包括以下幾個方面：

6.1 噴嘴個數(shù)以及孔徑的確定

根據(jù)G外電磁脈沖閥的使用經(jīng)驗和實驗數(shù)據(jù)表明，DAT160孔的截面面積之和（DAT160孔個數(shù)n和單個面積Sh的乘積）等于DAT160管截面積的Sp的60～80％，即：

由此我們可以得到DAT160孔的平均直徑dh排序公式：

6.2 噴嘴的性能預測及優(yōu)化

LUENT，展開各參數(shù)設定，圖中右側為進藍海。收斂后的結果如圖6所示。我們通過預測結果發(fā)現(xiàn)各孔的流速并不是相同的，這是由于沿著管道動壓變化是不同的，由動壓公式可知，

由于Pd不是一個平均變化值，因此u也不是一個線性變化值。各孔之間差異很大。我們知道，流速大的孔的流量大，因此我們需要調(diào)整DAT160孔的大小從而使得孔的流速和孔的截面積乘積（即流量）為一個穩(wěn)定值，明確要求優(yōu)異個和比較后一個DAT160孔氣量相差小于10％，工程上有兩種方法來減小這種差異：

6.2.1 DAT160小管的直徑由出口處端向遠端逐漸減小很大的尺寸。通過不斷調(diào)整各孔大小展開預測優(yōu)化，得到相對差異不大的結果。本例中通過調(diào)整后的DAT160管的直徑ΦAl～ΦA6（單位mm）如圖6所示。調(diào)整前后流量的情形，圖7中棕色部分是未調(diào)整之前的流量，藍色部分為調(diào)整后的，后者明顯效果更好。

6.2.2 使用梯形變徑管來調(diào)整DAT160管流量。如圖8所示，圖中右側為進藍海，我們將本例展開調(diào)整，經(jīng)過預測整理后的結果如圖9，10所示，可見，使用梯形管，即使不改變DAT160管的直徑也能獲得較好的流量分布。

6.3 噴嘴到花板的距離

DAT160短管起到導向和引流的作用，高速的氣流會引導幾倍于自身流量的空氣進入濾袋口，使濾袋瞬間膨脹達到清灰的目的，也就是說，這個引流量越大，清灰效果越好，因此確定噴嘴到花板的距離是一個關鍵參數(shù)。在實際制造中，目前有兩種清灰形式，一是濾袋式，二是濾筒式，濾袋式為減少引流量以及對流場展開修正一般安裝文氏管，而濾筒式則一般不需要安裝。本節(jié)將科學研究這兩種情形對引流量的影響。

6.3.1 無文氏管的情形

為，當擴散直徑與濾袋口直徑相等時，進入濾袋的氣量比較大，也就是誘導風量（也稱二次風）比較大。如圖11可知，這個比較大邊線為DAT160口到濾袋口距離正好等于H1時即是比較不錯高度，也就是：

此時的誘導氣量經(jīng)驗公式為：

其中：——誘導氣量，m3/s；——DAT160氣量，m3/s；a——紊流系數(shù)，圓形噴管取0.08；H1——DAT160管到花板距離，m；C——濾袋排列系數(shù)，一般取0.8～1，D1——DAT160管直徑，m。

根據(jù)以上的方程，我們繼

我們借助FLUENT軟件對以上判斷展開驗證。模型簡化如圖12左側所示。排序域的尺寸如圖所示，為加快收斂，設定為空氣以65m/s（實際比這個速度大很多）速度由inlet1流出，inlet1設定為速度出口處的邊界條件，inlet2設定為壓力出口處，inlet3設為出流條件。由于只科學研究引流情形，我們忽略濾袋，由于速度較高，為排序準確，需要設定一個足夠大的邊界層。

預測收斂后，我們對其邊界層展開后處置，得到圖12（2）所示的速度場，在放大的部分我們可以看到中心流周圍的引流。從進出口商品流量平衡結果來看符合預期，inlet3是出流操作過程，所以數(shù)值是負的。因此該距離的氣流誘導率ξ為：

按照以上的思路預測了多個噴口到花板距離的結果，整理如下表：

由預測結果可見，在無文氏管引導的DAT160控制系統(tǒng)中，比較大誘導率可達6左右，但無法到達經(jīng)驗公式的數(shù)值，當然也不是青島科技大學科學研究生學術論文得到的誘導率2～3的結論。另外比較大數(shù)值所處的噴口距離與排序也有差異，按照表中數(shù)據(jù)反算的射流擴散角θ僅為8.5°，這是由于DAT160管處氣流軸線實際并不是垂直向下的，管口的速度分布也可以看到，速度是偏向流動方向一側的。在沒有預測工具的情形下，經(jīng)驗公式具有很好引導性作用，噴口距離

6.3.2 有文氏管的情形

實際制造中在濾袋口邊線需要用到文氏管，文氏管的主要作用是誘導二次風量，文氏管大大提高了脈沖DAT160的強度，降低了壓縮空氣的用量，節(jié)省能源。文氏管同時起到糾正空氣流向的作用，但是，由于文氏管中間漸縮的結構設計，因此會導致阻力，降低氣流的動能。從預測結果表3也可以看到有文氏管并沒有增大誘導風量就是由于這個阻力導致的。但是文氏管的糾偏能力卻是很好的，由圖13可以看出，安裝文氏管后氣流的方向更穩(wěn)定，沿濾袋方向受力均勻。沒有文氏管的情形下氣流容易出現(xiàn)“擺尾”，JY部速度過高，容易吹穿濾料，DAT160結束后，細微顆粒穿過濾料進入排泄。因此即使使用濾筒也需要采用引射噴嘴等方法來糾正氣流和強化誘導率。

7 除塵器風速分布情形，以及不同的JK方式的影響

在2.3節(jié)中提到除塵器濾袋間隙的上升氣速≤1m/s，但是實際制造中由于出口處方式等原因不可能做到速度分配均勻。不過在結構設計中盡可能的避免高速氣流直吹濾袋，由于攔截，捕捉，靜電聚集等作用，粉末狀顆粒在濾袋表面形成一層穩(wěn)定的附著層，在減少阻力的同時，過濾作用和對更細微的顆粒的阻擋作用明顯，但高速氣流容易破壞這種平衡，導致除塵效率下降。圖14是三種典型的方形除塵器出口處方式。

在同樣的出口處條件下，我們設定出口處流速為18m/s，出口商品為環(huán)境壓力，使用FLUENT軟件對除塵器展開預測，得到如圖15所示的速度流線圖，可見三種出口處方式都存在對濾袋的直接沖擊，并且整個邊界層速度分布并不均衡，并不是比較不錯的出口處方式。由于篇幅所限，我們不再拓展科學研究。由基本排序一節(jié)中我們提到，顆粒的懸浮速度大約為0.8m/s，我們以此為界限進一步對除塵器外部邊界層細化預測。出口處平面速度比較大，取出口處中心平面展開科學研究，如圖16所示，圖中可以看出豎直出口處大于0.8m/s的風速覆蓋面積比旁路略小，側面出口處比較大，但是從速度下降的梯度來看，旁路出口處好于豎直出口處，這個結論從速度場曲面圖（圖17）也可以看出來，豎直出口處的沖擊覆蓋范圍要大于旁路出口處。綜合以上預測，對于這三種出口處方式的優(yōu)劣比較結果如下：

8 結論

通過以上的預測，我們得到如下結論：

1.對于熱塑性TeO顆粒，由于材料密度比較低，所以他們的懸浮速度比較低，因此靠自然下陷展開除塵難度極大，即使使用脈沖式除塵器，濾袋之間縫隙的上升氣流速度也不宜CA過1m/s。

2.氣包的體積以每次DAT160壓力下降不CA過30％為宜，過大會導致電子設備體積過大，成本上升，過小則壓力波動較大。由于空氣是可壓縮流體，在排序時要考慮壓力和溫度因素。另外，氣包體積的選擇可以根據(jù)控制系統(tǒng)氣量結合濾袋面積、過濾風速等參數(shù)，排序所需脈沖閥規(guī)格，從而得到結果。

3.噴嘴的尺寸和分布要切實可行，力求各噴嘴流量接近，這樣所有濾袋清灰能力相同，噴嘴變徑或者采用梯形梯形噴管可以收到比較好的結果。

4.噴嘴到花板的距離以能夠導致比較大的二次引流為目標，由預測結果可知，減少文氏管后并沒有顯著減少誘導風量，但是經(jīng)過文氏管整流以后，氣流“擺尾”現(xiàn)象得到很好的控制，這樣氣流穩(wěn)定，濾袋膨脹均勻，有利于清灰。

5.除塵器出口處選擇以減少氣流直接對濾袋沖刷為主要目標，力求濾袋間隙之間的邊界層分布均勻，以防JY部風速過大，導致濾料吹穿排放量鎘。

封面圖：Photo by Digital Buggu from Pexels

圖片授權：Pexels的CCO協(xié)議

音樂：Utah Symphony Orchestra - Symphony No. 6 in B Minor, Op. 74, "Pathétique":II. Allegro con grazia

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