■ 王澤武 陳生超 臧利濤

〔鄭州棉麻工程技術設計研究所，河南鄭州450004〕

紡織除塵器的發(fā)展及適用于機采棉除塵器的設計

■ 王澤武 陳生超 臧利濤

〔鄭州棉麻工程技術設計研究所，河南鄭州450004〕

一、紡織除塵器的發(fā)展

在紡織生產中，最早的除塵方式是把紡織設備產生的粉塵直接排到室外大氣中自由飄散，給周圍環(huán)境帶來嚴重污染，人們開始提出空氣過濾問題，于是出現了塵室、塵塔（圖1）。

為了提高除塵效率，進而出現了結合廠房土建結構建造的大布袋除塵方式（圖2）。

圖1 塵室、塵塔

圖2 大布袋除塵方式

20世紀60年代末，英國出現了紡織專用轉籠濾塵設備。直到20世紀70年代中期，我國才出現了早期真正意義上的紡織濾塵設備（圖3）。

圖3 紡織濾塵設備

20世紀80年代初，我國引進了瑞士LUWA（羅瓦）公司的回轉式濾塵設備，給我國紡織濾塵改造增添了一定活力。我國在消化吸收基礎上制造了仿羅瓦濾塵設備，一級過濾為旋風式預分離器，二級過濾為大轉籠回轉式過濾器，塵纖收集經由纖維分離器和集塵器完成，這是積極式除塵系統在我國應用的開端，同時配套使用的還有纖維分離壓緊器、旋風分離集塵器或布袋集塵器。20世紀80年代末從德國LTG引進的除塵設備為組合式除塵設備的開發(fā)應用大開先河，在此基礎上研制了成系列的圓盤圓筒兩級組合式的除塵機組，其結構特征是：把LUWA圓筒式旋風分離器平面化設計，大大節(jié)省了空間，與此同時又增加了吸嘴傳動系統（這就是目前幾乎所有紡織濾塵設備的一級圓盤預過濾器的最早形式）；二級過濾利用內吸式清灰方式，整體結構組合性強，節(jié)省了土建費用和占地面積，但二級過濾能力依然未變。

隨著國內環(huán)保要求的日趨嚴格和紡織工藝的快速發(fā)展，紡織行業(yè)要求排放濃度更低，適應更多機組、更大風量的高性能除塵設備。國內相關設備制造廠家經過多年努力研制出了多種型號的紡織用除塵設備，出現了扇形、螺旋式、星形等多種形式的板式濾塵器，反映出國內開發(fā)濾塵產品的能力已經緊跟國際水平并有了自己的濾塵產品。目前，以蜂窩式（圖5）和多層圓籠式（圖6）為代表的除塵器以可靠的性能和優(yōu)異的除塵效果占據了紡織除塵的統治地位。

（一）蜂窩式過濾器

1994年江陰空調除塵設備廠研制了JYFO蜂窩式過濾器。蜂窩式濾塵器吸取了瑞士LUWA公司一級平網（圖4）濾塵器和德國LTG公司內吸式濾塵器的優(yōu)點，廣泛應用于棉紡織、化纖、苧麻、亞麻以及造紙、煙草等行業(yè)的兩級濾塵系統中。其設備主要由第一級圓盤過濾器（圖4）和第二級蜂窩式除塵器（圖5）組成。第一級圓盤預分離器由圓盤過濾器、密封箱體、纖維分離器和纖維風機組成，利用旋轉吸嘴吸除集結在圓盤濾網上的纖維塵雜，通過纖維分離器分離后排出纖維，含塵空氣由纖維風機排回箱體。本級主要過濾、分離、收集被處理空氣中所含的纖維塵雜。

圖4 圓盤預分離器

圖5 蜂窩式除塵器

第二級蜂窩式除塵器（如圖5）的濾料由多排內吸式小塵籠構成（形似蜂窩），采用機械吸臂帶動一排小吸嘴依次對每排小塵籠進行自動清灰。這種除塵器大大增加了單位空間的濾料布置面積，提高了處理能力，機械吸臂采用先進的程序控制，自動進行橫向、縱向以及多吸嘴的回轉運動，具有占地少、過濾面積大、過濾效率高、阻力小、自動化程度高、能耗低的優(yōu)點，其主要技術性能指標均優(yōu)于內吸式、平板式過濾器。蜂窩式濾塵器的缺點是過濾周期（過濾面積清潔一遍所需時間）較長，同時由于其傳動系統的間歇性和吸臂運動軌跡的復雜化，使得機械結構和控制系統比較復雜，給維修管理工作造成了一定的困難。

（二）多層圓籠式除塵器

20世紀90年代后期，我國引進了瑞士LUWA公司的MDV疊鼓式除塵器，此種鼓式除塵器規(guī)格少，處理風量有限，吸塵方式為雙吸臂、多吸嘴同時連續(xù)吸塵，吸塵能耗較高。為了增大過濾面積、降低吸塵能耗，我國的除塵設備生產廠家在濾料布置、設備結構和吸塵機構上不斷創(chuàng)新，形成了具有我國特色的鼓式濾塵器，其某些性能指標甚至超過進口設備。鼓式濾塵器成為繼蜂窩除塵器后又一代新型紡織除塵產品的代表（圖6為邯鄲紡織機械有限公司的多層圓籠式）。

圖6 多層圓籠式除塵器

圖7 多層圓籠濾塵器

多層圓籠式除塵器主要由第一級圓盤預分離器（圖4）和第二級多層圓籠濾塵器（圖7）組成。

第一級圓盤預分離器原理和蜂窩式的一級類似。第二級由多層圓籠、箱體、粉塵壓實器和吸塵風機組成。含塵空氣在經過多個同心套裝的圓筒形濾料時粉塵被阻留在濾料內表面，通過濾料的空氣即被凈化。點吸吸嘴沿濾筒內表面做往復螺旋運動，在吸塵風機的作用下逐點吸除濾料表面的粉塵并將其送入粉塵分離布袋，落入粉塵壓實器壓實后排出，布袋分離后的含塵空氣經回風管排回濾塵器內，防止二次污染。本級用于過濾、分離、收集經過第一級過濾后的空氣中所含的粉塵微粒，使空氣凈化到可以排放和回用的標準。

想到了這些，易非一個人去項目地址看了看，沒想到這樣一個小戶型也能看到河，易非站在陽臺邊，看到永南河白浪奔涌，她再也沒能遏制住想起爸爸和他未建完的房子。房子已建好，配套設施正在完備，易非一低頭，看到樓下工人正在搬樹栽花，而河對岸有風吹過來，河邊的意楊次第低了頭，又次第仰了頭。一陣風起，裹挾著青草的氣息向易非涌來，“好涼快??！”易非伸出頭去，風柔柔地吹著，輕輕掀起她脖頸后的長發(fā)，一波又一波地舞動著。那一刻，易非的心，被柔軟地打動了：多么溫柔而善解人意的風啊。

二、內地棉花加工企業(yè)除塵器的發(fā)展

棉花加工企業(yè)相對于紡織企業(yè)所需風量更大，物料的雜質更多，更需要除塵設備的配合。但長期以來，棉花加工企業(yè)大部分歸屬農業(yè)口并散布在偏遠鄉(xiāng)鎮(zhèn)，對除塵的標準和要求遠低于除塵后空氣還要再回車間維持平衡的紡織企業(yè)，棉花加工企業(yè)除塵設備基本上是以傳統的沙克龍（圖8）為主。

圖8 沙克龍

在內地人口稠密地區(qū)的軋花企業(yè)，生產加工期雖經沙克龍除塵，但還是有大量的粉塵被排放到大氣中自由飄散，給周圍環(huán)境帶來嚴重污染，引起當地居民的強烈不滿，很多企業(yè)因排放不達標被當地環(huán)保部門勒令停工整改。于是內地有的軋花企業(yè)借鑒紡織企業(yè)的除塵經驗，將紡織企業(yè)常用的蜂窩式除塵器和多層圓籠式除塵器用到軋花除塵上。

通過幾年的摸索試用，蜂窩式除塵器基本退出了軋花企業(yè)的除塵系統，其主要原因是二級吸嘴動作復雜，在雜質含量遠大于紡企的工況下清理不及時、可靠性不高、不易維護，同時更換濾料也很麻煩。蜂窩式除塵器其本身處理風量遠小于軋花生產線的總風量，需要多臺處理關鍵工藝點的排塵，其它的工藝點還需要沙克龍來處理。多層圓籠式除塵器也被應用到軋花除塵上。因為二級吸嘴動作簡單可靠，故障率較低，所以目前有些軋花企業(yè)還在應用，但也存在處理風量小的問題。

筆者分析認為：內地的軋花廠以小機型、手摘棉為主，所以使用紡織用多層圓籠式除塵器取代部分沙克龍還是勉強可以的。我國的棉花種植、加工在迅速地向新疆轉進，內地的軋花廠近幾年開工率逐年創(chuàng)新低，對除塵工藝、設備的研究探索也失去了發(fā)展的動力。

三、新疆棉花加工企業(yè)機采棉除塵器的發(fā)展

新疆已經成為我國的棉花加工生產基地，近十余年來，機采棉生產工藝由兵團到地方，由北疆到南疆得到了大力發(fā)展。隨著兵團的城市化發(fā)展，很多原來遠離城鎮(zhèn)中心的軋花廠也被“包”到了城市里，對排放的要求更嚴格了，部分企業(yè)嘗試使用了除塵機組代替沙克龍除塵。國內相關除塵設備廠家借鑒紡織除塵早期的產品制造出了針對棉花加工使用的主動式除塵機組（圖9），其一級過濾為圓盤式預分離器（圖10），二級過濾為大轉籠回轉式過濾器（圖11）的設備。目前有少數幾臺還在兵團軋花廠應用。因為要處理較大的風量，過風量大小的關鍵是濾料的過風面積，所以在設計時加大了一級平網的直徑和二級圓網的直徑和長度。外觀上看比紡織用除塵器的體積大了很多。即使這樣應用多臺，其處理風量也遠遠不能達到排放總量，目前也只是在灰塵較多的工藝點使用主動除塵機組，其他的還是使用沙克龍。由于這種除塵器的濾料是不銹鋼絲網，因此，除塵效果也不是太好。這種除塵器處理機采棉的局限性很大，在處理籽棉貨場外吸風機的風量時，因為機采籽棉夾雜有大量的沙塵，所以二級圓籠無法及時處理，沙塵沉降將吸嘴和塵籠下沿埋住，導致設備損壞，這樣就形成了最需要除塵的外吸風機排風無法使用過濾機組的局面。在一級圓盤處也由于沉降的沙塵太多無法排走，阻礙甚至損壞了吸嘴。有的企業(yè)迫不得已將除塵機組架高或下面建塵室（圖12），使除塵器內自然沉降的沙塵落入塵室，這樣無疑大大增加了除塵器的使用成本，這也是這種除塵器沒有在新疆廣泛使用的原因之一。

圖9 主動式除塵機組

圖10 圓盤式預分離器

圖11 大轉籠回轉式過濾器

圖12 高架的除塵器

四、適用于機采棉除塵器的設計

（一）設計的必要性

隨著人們環(huán)保意識的加強和環(huán)保法規(guī)的不斷完善，努力降低棉花加工企業(yè)的揚塵已經成為團場領導、職工的強烈意愿。目前針對軋花生產線，除塵器除沙克龍外可選擇的除塵機組品種很少，特別是專用于機采棉生產線的除塵機組幾乎沒有。筆者長期跟蹤紡織除塵工藝、設備的發(fā)展，總結除塵設備在軋花手摘棉生產線和機采棉生產線的經驗，設計了適用于機采棉的除塵器。

專門設計機采棉除塵器的主要原因是：1.機采棉的普及已經成為大趨勢，隨著我國棉花生產綜合成本（特別是人工成本和租地成本）的大幅上漲、農業(yè)機械化水平的不斷提高、機采棉種植模式和加工技術的逐漸成熟，我國機采棉產業(yè)呈現快速發(fā)展趨勢。近幾年兵團新上的生產線均是機采棉生產線，更多的地方、民營企業(yè)也在跟進，并不斷將原有的手摘棉生產線改造為機采棉生產線，為此適用于機采棉的除塵器有廣闊的市場需求和空間。2.機采棉加工的工況遠遠惡劣于手摘棉加工的工況，能適用于機采棉工藝的除塵器在手摘棉的工藝應用上更游刃有余。

（二）基本原理

1.設計思路。

2.工作過程。

圖13 適用于機采棉除塵器的設計圖

如圖13所示，風機排風由軋花含塵氣體入口7進入本機箱體10，先進入到一級濾塵箱，經過一級平網6過濾進入二級多層圓籠濾塵。一級平網6由目數80到100的不銹鋼絲網構成，在一級濾塵箱內大量沙塵、碎棉葉沉降，落入下部的一級排雜左右旋絞龍15中，此絞龍將大量沙塵、碎棉輸送到中間位置落入地絞龍16中排出本機。在一級平網6上會吸附有碎棉葉、短纖維，較多時會降低平網6的透風率阻礙新的氣體進入，這時一級吸塵系統8以中心為圓轉動，一級吸塵系統8的長狹縫吸嘴及時地將平網表面的雜物吸走，保持平網的透風率。吸走的含塵纖空氣由一級吸塵軟管9經一級吸管排風管排到一級布袋濾塵箱14，尾氣排至二級圓籠濾塵箱中。經初步濾塵的空氣通過一級平網6進入二級圓籠濾塵箱中。二級圓籠濾塵箱中最主要的部件是多層圓籠，由多層長毛絨濾料4貼在鋼絲網上呈環(huán)狀排布。在每兩層長毛絨濾料4之間形成過風通道，通道盡頭有封板11、圓籠封板12封堵。含塵空氣穿過長毛絨濾料4到圖13中陰影處的排氣通道，經毛絨濾料4精細過濾過的潔凈氣體由排氣通道排至大氣中。在二級箱體中存在大量一級平網6沒過濾掉的沙塵，由于這種沙塵不像短纖維能被長毛絨濾料4吸附，因此沉降在濾料之間，這時二級吸塵系統5旋轉并軸向進給，點吸吸嘴在圓籠內表面做往復和旋轉運動，在吸塵風機的作用下逐點吸除濾料表面的粉塵并將其送入粉塵分離布袋。吸不走的沉積沙塵由二級吸塵系統5上的管臂將積沙掃落至缺口并落入地絞龍16排出機外。二級吸塵系統5由濾塵通道數目2倍的吸管組成，吸管一長一短交錯排列，長吸管是短吸管長度的2倍。長吸管長度和圓籠縱向長度一致。這樣二級吸塵系統5旋轉并軸向進給的距離和短吸管是一致的，減小了設備的整體長度。吸塵系統5的含塵氣體由二級吸管排風管13進入二級布袋濾塵箱14，尾氣排入二級箱體，塵雜由壓實器壓實后排出本機。本設計與普通紡織用多層圓籠最大的不同是多層圓籠均不是封閉的，而是在下部開有缺口，缺口由中間位置的圓籠開始，向下逐步加大。由吸管臂掃落或濾料表面滑落的沙塵從缺口掉落，缺口逐步加大也是防止掉落的沙塵進入下面的濾料層之間。沙塵落入箱體10下面地溝中的地絞龍16中，由地絞龍16將一級和二級的塵雜統一排出本機。噴淋降塵裝置17為地絞龍16中的塵雜進行噴淋，防止飄散在大氣中造成二次污染。噴淋過的塵雜經壓實避風器18后被提升機2提升至一定高度排入天絞龍1中，由天絞龍1將塵雜排入塵房或其他裝置統一處理。所有暴露于大氣中的絞龍均需要用蓋板密封，防止塵雜飄散。

（三）本機特點

1.能處理機采棉中的高濃度沙塵氣體。

筆者在軋花廠觀察到中后期的機采棉中含有大量細沙，這種情況和采收工藝、當地氣候、地理環(huán)境有關，也不排除售棉者的摻雜使假行為。特別是貨場吸棉回風是生產線中含沙量最大的工藝點，單圓網除塵器無法處理大量的沙塵，筆者注意到沙塵會埋住半個圓籠，導致除塵器報廢。紡織用多層圓籠除塵器的大量沙塵會積在每個圓籠底部無法排出，造成設備報廢。本機吸取紡織用多層圓籠濾塵的優(yōu)點，在圓環(huán)狀的濾料底部開設缺口利于沙塵的排出，所以本機能處理機采棉中的高濃度沙塵氣體。

2.能處理機采棉中的大風量。

處理風量的多少和過風濾料的面積成正比，因為多層圓籠濾料展開面積遠遠大于單圓網的濾料面積，所以能處理更多的風量。

3.處理過的空氣潔凈度高。

本機使用了紡織除塵器的濾料——長毛絨，比現有軋花生產中的濾料——不銹鋼絲網更能捕捉到細微塵雜，經長毛絨后排出的空氣更潔凈。

4.性價比高、自動化程度高、造價低、易維護。

本機多層圓籠相套，在最小空間使濾料面積最大，相同的占地空間，本機處理風量最大。本機的沙塵利用絞龍統一排走，下面不需要建專用的塵房，塵房土建的造價成本遠遠大于除塵器本身，這也是除塵器在棉花加工領域用量很少的重要因素。本機的濾料和所附著的鋼絲網能快速更換、傳動簡單可靠，除了定期保養(yǎng)外，較高的自動化程度和穩(wěn)定性使其幾乎不需另外的人工。

5.針對性強、可模塊化設計。

本機的一級圓網面積和多層圓籠的層數決定了可處理風量的多少，可以所要處理的風量為主要參數來有針對性的、模塊化、系列化設計本機。

五、后記

目前棉花加工生產中，機采、開模、喂給、清理、軋花、成包工藝都已較成熟，設備也幾經更新換代，然而軋花生產中的除塵工藝還延續(xù)著五、六十年代的傳承，除塵設備相對于主機幾乎沒有進展。隨著人們環(huán)保意識的提高，環(huán)保法規(guī)的日趨嚴厲，棉花加工生產企業(yè)也強烈期盼有適用于機采棉除塵設備的出現。筆者愿拋磚引玉，希望有更好的除塵設備來滿足棉花加工企業(yè)的需求?！?/p>

“十二五”國家科技支撐計劃項目（2015BAD19B04）棉花產后增值關鍵技術裝備研發(fā)與產業(yè)化示范