滤筒式除尘器工艺设计

滤筒式除尘器早在20世纪70年代已经出现，且具有体积小，效率高等优点，但因其设备容量小，过滤风速低，不能处理大风量，应用范围窄，仅在烟草、焊接等行业采用，所以多年来未能大量推广。由于新型滤料的出现和除尘器设计的改进，近些年滤筒式除尘器在除尘工程中较多地应用。 一、滤筒式除尘器工艺特点

滤筒式除尘器工艺特点如下：

⑴由于滤料折褶成筒状使用，使滤料布置密度大所以除尘器结构紧凑，体积小；⑵滤筒高度小，安装方便，使用维修工作量小；⑶同体积除尘器过滤面积相对较大，过滤风速较小，阻力不大；⑷滤料折褶要求两端密封严格，不能有漏气，否则会降低效果。

1滤筒式.除尘器组成和滤筒布置 （1）除尘器组成

滤筒式除尘器由进风管、排风管、箱体、灰斗、清灰装置、滤筒及电控装置组成，见图3-1- 。

（2）滤筒布置

图3-1- 滤筒式除尘器构造示意图

1- 箱体；2-气流分布板；3-卸灰阀；4-滤筒；5-导流板；6-喷吹管

滤筒在除尘器中的布置很重要，滤筒可以垂直布置在箱体花板上，也可以倾斜布置在花板上，用螺栓固定，并垫有橡胶垫，花板下部分为过滤室，上部分为净气室。滤筒除了用螺栓固定外，更方便的办法是自动锁紧装置见图3-2 和橡胶压紧装置见图3- 3，这两种方法，对安装和维修十分方便。

滤筒式除尘器卸灰斗的倾斜角应根据粉尘的安息角确定，一般应不小于60°

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滤筒式除尘器的卸灰阀应严密。

滤筒式除尘器的净气室高度应能方便脉冲喷吹装置的安装，检修。 2.除尘器工作原理

含尘气体进入除尘器灰斗后，由于气流断面突然扩大，气流中一部分颗粒粗大的尘粒在重力和惯性作用下沉降下来；粒度细、密度小的尘粒进入过滤室后，通过布朗扩散和筛滤等综合效应，使粉尘沉积在滤料表面，净化后的气体进入净气室由排气管经风机排出。

图3-2 自动锁紧装置 图3--3 橡胶压紧装置

滤筒式除尘器的阻力随滤料表面粉尘层厚度的增加而增大。阻力达到某一规定值时，进行清灰。见图3- 4 所示，滤筒尺寸见表3-1。此时脉冲控制仪控制脉冲阀的启闭，当脉冲阀开启时，气包内的压缩空气通过脉冲阀经喷吹管上的小孔，喷射出一股高速高压的引射气流，从而形成一股相当于引射气流体积1~2倍的锈导气流，一同进入滤筒内，使滤筒内出现瞬间正压并产生鼓胀和微动，沉积在滤料上的粉尘脱落，掉入灰斗内。灰斗内收集的粉尘通过卸灰阀，连续排出。

这种脉冲喷吹清灰方式，是逐排滤筒顺序清灰，脉冲阀开闭一次产生一个脉冲动作，所需的时间为0.1~0.2s；脉冲阀相邻两次开闭的间隔时间为1~2min；全部滤筒完成一次清灰循环所需的时间为10~30min。由于滤筒除尘器为高压脉冲清灰，所以根据设备阻力情况，应把喷吹时间适当调长，而把喷吹间隔和喷吹周期适当缩短。

表3-1 清灰装置和滤筒配置尺寸

滤筒直径D (mm) 325 218 滤筒高度H (mm) 660 1200 660 1200 660 1200 11进气管直径d1 (in) 1 12喷吹管直径d2 (in) 1 进气孔直径d3 (mm) 13-16 喷吹入口d4 (mm) 156 156 92 92 62 62 喷吹孔至花板距离S (mm) 300-350 300-350 250 250 200 200 滤筒数量n 2-3 2-3 6-7 4-5 6-7 4-5 112 16-20 10-12 10-12 8-10 10-12 1 34211 342145 111 1

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图3- 4 除尘器清灰示意图 3.主要性能指标

国家标准规定，滤筒式除尘器的主要性能和指标见表3-2。

表3-2 滤筒式除尘器的主要性能和指标

项 目 入口含尘浓度 g/m3 (标态) 过滤风速 m/min 出口含尘浓度 mg/m3(标态) 漏风率 % 设备阻力 Pa 耐压强度 kPa 滤 筒 材 质 合成纤维非组织 ≥15 ≤15 0.3~0.8 0.6~1.2 ≤50 ≤2 ≤1500 纸质 ≤5 0.3~0.6 ≤50 ≤2 ≤1500 5 合成纤维非组织 纸质覆膜 ≥15 ≤15 ≤5 0.3~1.0 0.8~1.5 0.3~0.8 ≤30 ≤30 ≤2 ≤2 ≤1300 ≤1300 注1：用于特殊工况其耐压强度应按实际情况计算

2：除尘器的漏风率宜在净气箱静压为-2kPa条件下测得。当净气箱实测静压与-2kPa有偏差时，按下列

公式计算：

44.721P

(3—1)

式中：ε——漏风率，%； ε1——实测漏风率，%；

P——净气箱内实测静压(平均)，单位为Pa。

如果采用图3-4 滤筒清灰法，即脉冲气流没有经过文丘里就直接喷吹进入滤筒内部，将会导致滤筒靠近脉冲阀的一端(上部)承受负压，而滤筒的另一端(下部)将承受压如图3- 5。这就会造成滤筒的上下部清灰不同而可能缩短使用寿命，并使设备不能达到有效清灰。

为此可在脉冲阀出口或者脉冲喷吹管上安装滤筒用文丘里喷嘴。把喷吹压力的分布情况改良成比较均匀的全滤筒高度正压喷吹。

滤筒用文丘里喷嘴的结构和安装高度见图3- 6 。

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图3- 5 滤筒有无喷嘴对比

图3- 6 滤筒用文丘里喷嘴的结构和安装高度

灰尘堆积在滤筒的折叠缝中将使清灰比较困难。所以折叠面积大的滤筒(每个滤筒的过滤面积达到20~22m2)一般只适合应用于较低入口浓度的情况。比较常用滤筒尺寸与过滤面积见表3-4。

滤筒式除尘器脉冲喷吹装置的分气箱应符合JB/T10191-2000的规定。洁净气流应无水、 无油、无尘。脉冲阀在规定条件下，喷吹阀及接口应无漏气现象，并能正常启闭，工作可靠。

脉冲控制仪工作应准确可靠，其喷吹时间与间隔均可在一定范围内调整。诱导喷吹装置与喷吹管配合安装时，诱导喷吹装置的喷口应与喷吹管上的喷孔同轴，并保持与喷管一致的垂直度，其偏差小于2mm。

二、除尘器滤筒设计 1.滤筒的分类

常用滤筒分为三大类。这三类滤筒的区别分别见表3-3和表3-4。

表3-3 不同空气滤筒的不同保护对象和安装部位

类别

名称区别 保护对象 具体应用场合及安装位 4

滤筒筒使用对象 Ⅰ 保护机器类的空气滤筒筒 内燃机、空气压缩机、汽轮机及其他类发动机的进气系统机件保护 汽车、各种战车、各类船舰、铁路机车、飞机、运载火箭等发动机的进气口或进气道 Ⅱ 创建洁净房间的空气滤筒筒 洁净室无尘保证生产产品质量，烟雾厂房净化后保证人体健康 药品、食品、电子产品的生产间净化；博物馆、图书馆等馆藏间净化；手术室、健身房、生产厂房烟尘排放；行走器、飞行器、驾驶舱净化。安装在进气口或进气道 Ⅲ 保护大气用除尘器滤筒 控制烟尘粉尘排放，保护地球一切生灵健康长寿 水泥厂、电厂、钢厂等烟粉尘控制排放；垃圾焚烧、炼焦炼铁、锻铸厂房及汽车等烟尘排放口 表3-4 不同滤筒净化的尘源和精度

类空气滤名别 称 保护对象和阻止灰尘源 保护内燃机缸体；阻止道路灰尘进入进气道 洁净室、洁净厂房、超净间、滤除室内漂浮颗粒物 阻截颗粒的 来源和性质 道路灰尘：SiO、FeO3、Al2O3 大气飘尘：SO2、CO2等 大气飘尘：SO2、NOX、CO2、NO2、NH3、H2S及人体排泄物 灰尘浓度 (使用空滤前) /mg/m3 已筑路面：0.005~0.013 多尘路面： 1~100 0.3~0.5 建筑工地： 0.5~1.0 国家标准允许：(日平均) 美国：工业区0.2、0.01~200 居民区0.15； 中国：工业区0.3、居民区0.15 产生烟尘浓度多倍于：火电厂排放：0.01~200 1200~200； 工业窑炉排放：100~400 颗粒尺寸 /m 要求过滤器效率/% Ⅰ 车用空气滤筒 92~99 创建洁净Ⅱ 空间空气滤筒 99.97~99.999 保护大气Ⅲ 除尘器滤筒 二矿企业产生保护大的排放颗粒：气、滤除SO2、NOX、排放的烟CO2、NO2、尘、粉尘 H2S等 达到排放标准(注：过滤器必须满足排放标准，而产生的浓度是未知数) 2.除尘器滤筒构造

滤筒式除尘器的过滤元件是滤筒。滤筒的构造分为顶盖、金属框架、褶形滤料和底座等四部分。

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滤筒的上、下端盖、护网的粘接应可靠，不应有脱胶、漏胶和流挂等缺陷；滤筒上的金属件应满足防锈要求；滤筒外表面应无明显伤痕、磕碰、拉毛和毛剌等缺陷；滤筒的喷吹清灰按需要可配用诱导喷嘴或文氏管等喷吹装置，滤筒内侧应加防护网，当选用D≥320mm，H≥1200mm滤筒时，宜配用诱导喷嘴。

3除尘器.滤筒设计

滤筒成品体积对过滤器总成体积关系很大。使用过滤器总成的主机，往往对过滤器提出以下要求：

①除尘器总高和进出口距离(宽)； ②滤筒下体总高和直径； ③滤筒总质量；

④出气口连接方式及尺寸；

⑤过滤精度等一系列与过滤特性相关的性能要求。 滤筒设计根据总成要求要注意以下要素。

①滤筒外径尺寸 小于滤筒内径10mm为最佳。这是因为高而窄小的空间，可以让污染颗粒在滤筒外层缓慢沉降，这样使滤筒从上而下地均匀接受污染堵塞。

②内骨架直径尺寸的确定 主要考虑通油小孔的大小不应影响过滤气量，同时要照顾小孔尺寸对骨架强度的影响。

③内骨架总强度极为重要 首先要考虑滤筒承受的压差要以骨架支撑，所以直径越小强度越高。

④褶波纹牙高度 应选在10~50mm之间为最佳。

⑤充分留有压差极限余地 当计算出所需过滤面积后，应将此面积增大1倍。这是因为要充分考虑实际工作中，粉尘污染物是不可预测的。

（1）滤筒外形设计

选用纸张式且需要打褶的滤筒的设计和制造方法大同小异。滤筒设计应该是按实际使用要求去设计，而强度、压降和纳污量等要求决不可单纯依靠计算公式得出的参数给出确定值。应靠试验得出的经验数值。计算、推导，只能是个参考，这就是滤筒不同于其他机件的特殊点。

滤筒外形设计包括：形状、尺寸、选材、结构及强度。

波纹牙型要求：包括波纹各部尺寸，波纹数量和波纹展开面积等。

① 滤筒波纹高度 如图3-7所示，此图形确立就是为了展开面积增大。面积大则通过

含尘气体阻力小，负荷量大。

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图3-7 滤筒牙型各元素代号

设计者首先确立两个尺寸：总展开尺寸和波纹形成后的滤筒外圆及总长。两者综合考虑的结果，确立了波纹牙高。即式：

h1(Dd) 2 （3—2）

式中：h——波纹牙高，mm；

D——波纹总体外圆直径，mm；

d——波纹总体内圆直径，mm。

最佳波纹牙高(过滤面积最大取决牙高)，可按下式计算

h1D 4 （3—3）

②波纹牙数 波纹牙高乘滤筒长度是半个波纹牙的面积，一个波纹牙高乘以总牙数是滤筒总过滤筒面积。如果一味追求牙数增多而求其面积增大。则会呈现牙挤牙，牙间隙小，反而增大通油阻力。合适的滤筒牙数按下式计算：

n式中：n——波纹牙数，个；

D2(tr)l (3—4)

t——滤层厚度，mm；

r——波纹牙型折弯半径，mm； l——波纹牙间距，mm。

② 过滤筒面积 按下式计算

A2nhL (3-5)

式中：A——滤筒过滤面积，mm；

2L——滤筒总长，mm。

③ 需求过滤面积 滤筒实际需求过滤面积按下式计算

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AQ

qP （3—6）

式中：Q——空气流量，L/min；

q——对选用滤材实际测得的单位面积流量，L/(mincm2)；

——气体动力黏度，P(泊)；

P——滤材实测压差，MPa/cm2。

实际设计选用“过滤面积”应大于理论计算的“需求过滤面积”，以求滤筒长寿命。 （2）滤筒强度设计

滤筒强度要求有：压扁强度和轴向强度。滤筒结构及受力见图3-8。

①滤筒内骨架负荷系数 滤筒内骨架是外部滤层的主要支撑体，它必须有一定强度。但滤过的气体要通过它流出。为近似地计算内骨架强度，引入了负荷系数C1、C2和C3，其值按经验公式进行计算。

a2b22da2b2 C1a2b2 (3—7)

C2ad

a (3—8)

2abd2C3

2ab (3—9)

图3-8 滤筒结构及受力方向示意图

式中：C1——径向负荷系数；

C2——轴向负荷系数； C3——通孔负荷系数；

a——通孔周向间距，mm；

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b——通孔轴向间距，mm； d——通孔直径，mm。

②滤筒外部径向压力产生的应力 按下式计算：

10

2PRtgC1

（3—10）

0

式中：1——轴向应力，MPa；

2——径向应力，MPa；

——切应力，MPa；

P——滤筒承受的压差，MPa；

tg——骨架壁厚，mm；

R——骨架外圆半径。

④ 端向负荷产生的应力 按下式计算：

F4D32PFK

(3—11)

式中：F——端向负荷，N；

FK——滤筒压紧弹簧力，N； D3——滤筒端盖内圆直径，mm。

端向负荷产生的应力按下式计算：

1F2RtgC2

(3—12)

20

0

④强度失效 滤筒强度失效形式通常有三种，当承受外部径向压力时，失效形式为压扁变形；当端向负荷作用下，细长滤筒容易产生弯曲变形；短粗滤筒容易产生腰鼓变形。

⑤临界压扁力 按式下面公式计算。

令qLgR

Kq43(112)Rtg

(3—13)

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q式中：Lg——内骨架受力长度，mm；

 q1——泊桑比。

当Kqq<3时

Etg1PcC1C34R4Kq17118 198(19)222qq （3—14）

MPa； 式中：Pc——临界压扁力，

E——弹性模量，MPa。

当q≥Kq时

PcC1C3当

3Etg4(1)R

213(3—15)-

1222Kq≤q≤2Kq时： 2PcKcC1C3EtgRLgtgR

(3～16)

式中：Kc——计算系数，一般取0.918mm。

如果q、Kq同时满足满足Kqq<3，q≥Kq条件时，临界压扁力应按式(6- )计算；如果q、Kq同时满足q≥Kq、

（3）滤筒压降设计

滤筒应设计成流量大而压降却小的水平。 ①不锈钢纤维毡滤筒的压降

不锈钢纤维毡制成的滤筒压降按下式计算：

1222Kq≤q≤2Kq条件时，临界压扁力应按式(6～36)计算。 2P127.3QH AK （3—17）

式中：——流体动力粘度，PaS；

H——滤毡厚度，m；

K——渗透系数，m3，。

②烧结滤筒的压降

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金属粉末烧结滤芯的压降按下式计算：

P1Q106 K'A （3—18）

式中：K'——过滤能力系数。

21.04d2103 K'ts （3—19）

式中：d2——烧结粉末颗粒平均直径，m；

ts——烧结板厚度，m。

③纤维类滤材的压降

纤维类滤芯的压降计算式如下：

P1QKx108 A （3—20）

纤维类滤材制成滤芯过滤能力总数Kx=1.67-1m，包括植物纤维、玻璃纤维和无纺布。 ④过滤器空壳压降

过滤器空壳压降按下式计算：

LiQ21m1nQ2Pki2j22i1diAi2j1Aj式中：Pk——过滤器空壳压降，Pa；

（3—21）

i——空壳沿程阻力系数；

Li——每段沿程长度，m； Ai——每段沿程通油面积，m2；

Aj——某局部变化后的面积，m2；

j——某局部阻力系数；

di——每段沿程的水力直径，m。

4滤筒成品外形

滤筒是用设计长度的滤料折叠成褶，首尾粘合成筒，筒的内外用金属框架支撑，上、下用顶盖和底座固定。顶盖有固定螺栓及垫圈。滤筒成品有圆形和扁形两种，圆形滤筒见图3-9 ，扁形滤筒的外形见图3- 10。 5除尘.滤筒国标规定的尺寸

滤筒规定外形尺寸系列见表3-5，尺寸偏差偏差极限值见3-6，滤筒的直径和褶数见表3-7。实际上各厂家还根据工程实际需要，设计和生产许多滤筒尺寸。

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图3- 9 圆形滤筒外形图 图3- 10 扁形滤筒外形图

a-外形尺寸；b-外貌 a-外形尺寸；b-外貌

表3-5 滤筒的尺寸系列 单位：mm

长度 660 700 800 1000 2000 120 ☆ ☆ 130 ☆ ☆ 140 ☆ ☆ 直 径D 150 160 ☆ ☆ ☆ ☆ 200 ☆ ☆ ☆ ☆ ☆ 320 ☆ ☆ ☆ ☆ 350 ☆ ☆ ☆ ☆ 注 1：滤筒长度H，可按使用需要加长或缩短，并可两节串联。 2：直径B是指外径，是名义尺寸。 3：有标志“☆”为推荐组合。

表3-6 滤筒外形尺寸偏差极限值 (单位：mm)

直径D 120 130 140 150 160 200 320 350 偏差极限 ±1.5 ±2.0 长度H 600 700 800 1000 2000 ±5 偏差极限 ±3 注：检测时按生产厂产品外形尺寸进行

表3-7 滤筒的直径与褶数 单位：mm

褶数 35 45

120 ☆ ☆ 130 ☆ ☆ 140 ☆ ☆ 直 径D mm 150 160 ☆ ☆ 12

200 320 350 88 120 140 160 250 330 350 ☆ ☆ ☆ ☆ ☆ ☆ ☆ ☆ ☆ ☆ ☆ ☆ ☆ ☆ ☆ ☆ ☆ ☆ ☆ ☆ ☆ 注1：有标志“☆”者为推荐组合。

2：褶数250～350仅适应于纸质及其覆膜滤料。

3：褶深35mm～50mm。三.滤筒常用滤料

三 除尘.滤筒常用滤料

滤筒用滤料有四种类型，一种是合成纤维非织造滤料，一种是纸质滤料以及这两种滤料的覆膜滤料。滤筒滤料的特点是对其挺变有严格要求。这是其他滤料所没有的。

1.合成纤维非织造滤料

按加工工艺可分为连续纤维纺粘聚酯热压及短纤维纺粘聚酯热压两类。滤筒用合成纤维非织造滤料的主要性能指标如3-8所示。聚酯非织造滤料可承受工作温度不低于120℃。对高温高湿等其他特殊工况，滤筒材质结构的选用应满足应用要求。

滤料表面防水处理工况时，处理后的滤料其浸润角应大于90º，沾水等级不低于Ⅳ级。当遇到需要滤料防油处理时，滤料做防油处理。

表3-8 合成纤维非织造滤料的主要性能指标

特 性 形态特性 项 目 位 单 % % N % m3/(m2•min) % % N•m 连续纤维纺粘短纤维纺粘聚聚酯热压 酯热压 ±2.0 ±2.0 ±0.15 ±0.15 >900 >600 >1000 >700 <9 <22 <9 <25 15 15 ±15 ±15 ≧99.95 ≧99.95 ≧20 备 注 单位面积质量偏差 厚度偏差 经向 强力 断裂强力 纬向 经向 断裂伸长率 纬向 透气度 透气度 透气度偏差 除尘效率 挺 度 2.纸质滤料

纸质滤料可分为低透气度和高透气度两类。纸质滤料的性能指标如3-9所示。 3.聚四氟乙烯覆膜滤料

合成纤维非织造聚四氟乙烯覆膜滤料的主要性能指标如3-10所示。

表3-9纸质滤料的主要性能指标

特 性 形 项 目 单位面积质量偏差 13

单 位 % 低透气度 ±3 高透气度 ±5 态 特 性 透气度 阻力特性 总厚度 厚度 滤料厚度 瓦楞深度 最大 孔径 平均 透气度 透气度偏差 阻力 除尘效率 耐破度 挺 度 mm mm mm µm µm m3/(m2•min) % Pa % MPa N•m 0.65±0.04 0.30±0.03 0.35 47±3 31±2 5 ±12 580±4 ≥99.8 ≥0.2 ≥20 0.56±0.05 0.32±0.03 0.24 80±5 57±5 12 ±10 250±2 ≥99.8 ≥0.3 ≥20 注：1.纸质滤料最高连续工作温度小于等于80℃。

2.透气度是△P=125Pa时测出。 3.阻力是在过滤风速40cm/s时测出。

表3-10 合成纤维非织造聚四氟乙烯覆膜滤料的主要性能指标

特 性 形态特性 强力 伸长率 透气度 项 目 单位面积质量偏差 厚度偏差 断裂强力 断裂伸 长 率 透气度 透气度偏差 除尘效率 覆膜牢度 疏水特性 覆膜滤料 浸润角 沾水等级 经向 纬向 经向 纬向 位 单 % % N % m3/(m2•min) % % MPa º 连续纤维纺粘聚酯热压覆膜 ±2.0 ±0.15 >900 >1000 <9 <9 6 ±15 ≥99.99 0.03 >90 ≥Ⅳ 短纤维纺粘聚酯热压覆膜 ±2.0 ±0.15 >600 >700 <22 <25 4 ±15 ≥99.95 0.03 >90 ≥Ⅳ

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