摘要： 【目的】為控制各個(gè)噴吹管氣流量的均勻性，對(duì)噴吹管上的噴吹孔徑進(jìn)行優(yōu)化，提高濾筒除塵器清灰效果?！痉椒ā孔灾聘邏好}沖噴吹氣流量測(cè)量裝置對(duì)現(xiàn)有噴吹管氣流量進(jìn)行測(cè)定，采用光纖傳感分析儀測(cè)試除塵器濾筒各部分的側(cè)壁壓力峰值，分析各濾筒清灰效果不均勻的原因；以濾筒各部位側(cè)壁壓力峰值作為清灰均勻性效果評(píng)估指標(biāo)，優(yōu)化噴吹孔徑?！窘Y(jié)果】?jī)?yōu)化前4個(gè)噴吹孔徑均為19 mm，噴吹孔的氣流量依次為13.69、 14.78、 16.03、 16.93 L，對(duì)應(yīng)4個(gè)濾筒上、 中、 下部側(cè)壁壓力峰值的最小值分別為最大值的37%、 26%、 20%，氣流量均勻度標(biāo)準(zhǔn)差為1.41；優(yōu)化后4個(gè)噴吹孔徑分別為23、 20、 18、 17 mm，噴吹氣流量依次為14.05、 15.08、 15.87、 16.13 L，對(duì)應(yīng)4個(gè)濾筒上、 中、 下部測(cè)壁壓力峰值的最小值為最大值的56%、 56%、 53%，氣流量均勻度標(biāo)準(zhǔn)差降為0.93?！窘Y(jié)論】?jī)?yōu)化后的噴吹管氣流量均勻化程度提高，可實(shí)現(xiàn)濾筒除塵器的均勻清灰。

關(guān)鍵詞： 濾筒除塵器; 噴吹孔; 孔徑； 氣流量; 側(cè)壁壓力峰值

中圖分類號(hào)： X964; TB4文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

引用格式：

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HUANG Y， ZHAO Y F， QIN J Y， et al. Optimization of blowing hole aperture of cartridge dust collector［J］. China Powder Science and Technology， 2024， 30（2）： 60-66.

工業(yè)粉塵是環(huán)境污染的主要來(lái)源之一［1-2］。粉塵濃度的增大會(huì)嚴(yán)重威脅工作人員的身體健康，因此必須對(duì)粉塵的產(chǎn)生和排放進(jìn)行嚴(yán)格管控。利用大型除塵器收集粉塵是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的除塵方式之一［3］。除塵器的種類有很多，主要包括袋式除塵器、 濾筒除塵器、脫硫除塵器、 旋風(fēng)除塵器、 移動(dòng)除塵器、 濕式除塵器、 靜電除塵器等［4］，其中濾筒除塵器以其工作效率高、 占地面積小等優(yōu)點(diǎn)被廣泛地應(yīng)用和研究［5］。

在濾筒除塵器中，脈沖噴吹高速氣流在極短的時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)噴吹管到達(dá)濾筒，使粉塵受到振蕩而掉落，從而實(shí)現(xiàn)清灰的目的［6-7］。常見(jiàn)的大型立式除塵器是由一根噴吹管同時(shí)對(duì)幾個(gè)濾筒進(jìn)行清灰，但氣流在噴吹管中運(yùn)動(dòng)時(shí)能量損耗較大，高壓氣流從氣包中噴出后速度逐漸減小，壓力逐漸增大，導(dǎo)致遠(yuǎn)離脈沖閥的濾筒清灰壓力增大，靠近脈沖閥的濾筒清灰壓力減小，清灰效果不均勻，而且影響除塵器使用壽命，因此，要對(duì)噴吹管進(jìn)行優(yōu)化。

在噴吹管優(yōu)化設(shè)計(jì)中，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者主要關(guān)注噴吹孔孔徑、 噴吹距離、 噴吹孔形式和噴吹管內(nèi)部流場(chǎng)對(duì)多孔噴吹不均勻性的影響。 趙美麗等［8］設(shè)計(jì)了多個(gè)變量的正交實(shí)驗(yàn)， 認(rèn)為噴吹孔孔徑對(duì)清灰效果與清灰均勻性的影響最大。 Lu等［9］通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得噴吹孔孔徑對(duì)袋式除塵器的過(guò)濾性能和過(guò)濾效率有很大影響。 李建等［10］對(duì)濾筒除塵器的各項(xiàng)清灰參數(shù)進(jìn)行正交試驗(yàn)， 發(fā)現(xiàn)噴吹孔孔徑越小， 清灰效率和清灰均勻性越高。 張殿印等［11］提出噴吹孔平均直徑的計(jì)算公式， 指出為保證多孔噴吹氣流的平均分配， 各噴吹孔孔徑不應(yīng)相同， 而是應(yīng)盡可能地保證遠(yuǎn)離脈沖閥的噴吹孔孔徑小于靠近脈沖閥的。 此外，噴吹孔孔徑還受多種因素的影響， Qian等［12］為改善清灰不佳的問(wèn)題， 建立了噴吹孔孔徑與噴吹距離之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式； 畢遠(yuǎn)霞等［13］研究了噴吹孔孔徑與噴吹管直徑之間的關(guān)系， 得出孔管面積比與清灰強(qiáng)度成正比的結(jié)論； Qian等［14］對(duì)不同規(guī)格的除塵濾筒提出了噴吹孔面積比理論， 即噴吹孔與濾筒截面積的比值與最佳的噴吹距離一一對(duì)應(yīng)； Li等［15］設(shè)計(jì)了一套噴吹管脈沖射流清洗實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)， 建立了噴吹孔最佳噴射距離的計(jì)算公式， 在最佳噴射距離的前提下計(jì)算出噴吹孔徑與濾筒內(nèi)徑的最佳比值為0.6～0.8。以上研究表明，多孔脈沖噴吹氣流確實(shí)存在分配不均勻問(wèn)題，已有研究主要集中在噴嘴型式、噴吹距離和噴吹壓力等參數(shù)的優(yōu)化研究上，但對(duì)噴吹管中的多孔噴吹孔徑設(shè)計(jì)尚無(wú)深入研究，其主要原因在于難以測(cè)量瞬時(shí)脈沖噴吹氣流量。本文中對(duì)濾筒各部位側(cè)壁壓力峰值進(jìn)行測(cè)定，并采用自制的脈沖噴吹氣流量測(cè)定裝置測(cè)量現(xiàn)有濾筒除塵器的多孔脈沖噴吹氣流量，確定優(yōu)化前清灰效果的不均勻程度；研究噴吹孔徑對(duì)噴吹氣流量的影響，優(yōu)化設(shè)計(jì)濾筒除塵器噴吹管的噴吹孔徑，以濾筒各部位側(cè)壁壓力峰值作為指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估，驗(yàn)證優(yōu)化后噴吹孔氣流量的均勻性，以及是否達(dá)到均勻清灰的目的，為濾筒除塵器的設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

1 "材料與方法

1.1濾筒除塵器噴吹孔氣流量分配實(shí)驗(yàn)

濾筒除塵器噴吹孔孔徑的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)流程圖如圖1所示。 由空氣壓縮機(jī)和冷凍干燥機(jī)提供的潔凈干燥的氣體進(jìn)入氣包， 調(diào)節(jié)氣壓為0.2～0.6 MPa； 脈沖控制儀控制脈沖閥打開和關(guān)閉的時(shí)間長(zhǎng)短， 氣體放出的時(shí)間設(shè)為80 ms； 電磁脈沖閥控制氣體在一瞬間從氣包噴入噴吹管； 噴吹管上有4個(gè)噴吹孔， 優(yōu)化前噴吹孔直徑均為19 mm， 分別命名為K1、 K2、 K3、 K4。 壓縮空氣通過(guò)噴吹孔噴入下方的4個(gè)濾筒中。 4個(gè)噴吹孔分別連接脈沖噴吹氣流量測(cè)定裝置； 本文中， 除塵濾筒的最佳噴吹壓力為0.4 MPa， 最佳噴吹距離為260 mm［16］。 在每個(gè)濾筒表面安裝3個(gè)高精度壓力傳感器， 分別位于距離濾筒100、 500、 900 mm處， 對(duì)應(yīng)濾筒的上、 中、 下部， 分別記為T1、 T2、 …、 T12； 高速高壓氣流對(duì)濾筒側(cè)壁施加了一定強(qiáng)度的壓力， 傳感器將壓力經(jīng)光纖傳感分析儀傳遞給計(jì)算機(jī)， 每個(gè)測(cè)點(diǎn)每個(gè)時(shí)刻所受的壓力最終以壓力曲線圖的形式在OSA軟件上顯示和記錄。

1.2脈沖噴吹氣流量測(cè)量裝置

脈沖噴吹氣流量是衡量清灰均勻性的重要標(biāo)準(zhǔn)，但高速脈沖噴吹氣流量難以測(cè)量，故自制一種脈沖噴吹氣流測(cè)量裝置如圖2所示。由圖可見(jiàn)，該裝置由密閉容器、 復(fù)合管球閥、 壓力計(jì)與儀表、 單向閥和橡膠軟管組成，使用時(shí)將橡膠軟管直接與噴吹孔連接。 該裝置的工作原理是利用通過(guò)理想氣體狀態(tài)方程，根據(jù)氣包壓力變化分別計(jì)算各噴吹孔的脈沖噴吹氣流量［17］。

2 結(jié)果與分析

2.1優(yōu)化前濾筒清灰效果測(cè)定

目前， 在工程中仍然認(rèn)為多孔脈沖清灰氣流是均勻的， 各個(gè)噴吹孔的直徑相同， 而實(shí)際上不同濾筒的清灰效果是不均勻的。 側(cè)壁壓力峰值是評(píng)價(jià)濾筒除塵器清灰效率的重要指標(biāo)， 濾筒內(nèi)側(cè)壁所受的脈沖靜壓越大， 對(duì)粉塵的剝離程度也越大， 清灰效率越高［18］。 優(yōu)化前4個(gè)濾筒各部分測(cè)點(diǎn)的側(cè)壁壓力隨時(shí)間的變化如圖3所示。 由圖可見(jiàn)， 4個(gè)濾筒的上部測(cè)點(diǎn)T1、 T4、 T7、 T10處的側(cè)壁壓力峰值分別為369、 713、 971、 1 000 Pa， 最大值與最小值的差值達(dá)到631 Pa； 中部測(cè)點(diǎn)T2、 T5、 T8、 T11處的側(cè)壁壓力峰值分別為699、 1 472、 1 601、 2 627 Pa， 最大值與最小值的差值達(dá)到了1 928 Pa； 下部測(cè)點(diǎn)T3、 T6、 T9、 T12處的側(cè)壁壓力峰值分別為694、 1 612、 2 357、 3 416 Pa，最大值與最小值的差值甚至達(dá)到了2 722 Pa； 各濾筒相同部位的側(cè)壁壓力峰值沿著噴吹氣流方向逐漸增大，最小值分別為最大值的37%、 26%、 20%，4個(gè)濾筒上、 中、 下各部分的清灰效果不一致，不均勻程度從上到下逐漸增大。

采用脈沖氣流量測(cè)定裝置對(duì)氣流量進(jìn)行測(cè)定，4個(gè)噴吹孔K1、 K2、 K3、 K4的氣流量分別記為Q1、 Q2、 Q3、 Q4，每個(gè)噴吹孔各測(cè)定3次，最終結(jié)果取平均值，Q1、 Q2、 Q3、 Q4分別為13.69、 14.78、 16.03、 16.93 L，沿著噴吹氣流流動(dòng)方向，從K1、 K2、 K3、 K4 4個(gè)噴吹孔的氣流量依次逐漸增大，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，優(yōu)化前的清灰裝置存在清灰不均勻的現(xiàn)象，有必要進(jìn)行優(yōu)化。

2.2噴吹孔徑的優(yōu)化方法

一般來(lái)說(shuō)，噴吹孔徑越大，噴出的氣流量也越大，因此可通過(guò)改變噴吹孔徑來(lái)達(dá)到清灰均勻的目的。假設(shè)D為優(yōu)化前的噴吹孔直徑，Dj為優(yōu)化后的4個(gè)噴吹孔的直徑；Qj分別為4個(gè)噴吹孔的噴吹氣流量（j=1，2，3，4），Q—為4個(gè)噴吹孔的平均噴吹氣體流量；Kj為Qj與Q—的比值；噴吹孔的面積之比即直徑的平方之比，令優(yōu)化比

Kj=Qj/Q—=D2/D2j。

優(yōu)化后沿氣流運(yùn)動(dòng)方向的噴吹孔徑分別為23、 20、 18、 17 mm。為驗(yàn)證優(yōu)化效果，在相同條件下對(duì)優(yōu)化后的噴吹管再次進(jìn)行噴吹實(shí)驗(yàn)，4個(gè)噴吹孔的噴吹氣流量分別為14.05、 15.08、 15.87、 16.13 L。

以氣流量的標(biāo)準(zhǔn)差評(píng)價(jià)4個(gè)噴吹孔氣流量的波動(dòng)性，設(shè)n為噴吹孔數(shù)量，氣流量的標(biāo)準(zhǔn)差s的計(jì)算公式為

s=1n-1∑nj=1（Qj-Q—）2 。（1）

由式（1）計(jì)算優(yōu)化前、 后氣流量標(biāo)準(zhǔn)差， s越小， 氣流量均勻性越好。 優(yōu)化前、 后的標(biāo)準(zhǔn)差分別為1.41和0.93，說(shuō)明優(yōu)化后噴出的氣流量更加均勻，脈沖噴吹效果得到改善。

2.3優(yōu)化后濾筒清灰均勻性驗(yàn)證

優(yōu)化后4個(gè)濾筒各部位測(cè)點(diǎn)的側(cè)壁壓力隨時(shí)間的變化如圖4所示。

由圖4可以看出， 4個(gè)濾筒的上部測(cè)點(diǎn)T1、 T4、 T7、 T10處的側(cè)壁壓力峰值分別為500、 850、 898、 767 Pa， 最大值與最小值的差值為398 Pa， 與優(yōu)化前的最大值與最小值的差值842 Pa相比明顯減小； 中部測(cè)點(diǎn)T2、 T5、 T8、 T11處的側(cè)壁壓力峰值分別為1 350、 1 517、 1 708、 2 400 Pa， 最大值與最小值的差值為1 050 Pa， 與優(yōu)化前的最大值與最小值的差值1 928 Pa相比也減小了很多； 下部測(cè)點(diǎn)T3、 T6、 T9、 T12處的側(cè)壁壓力峰值分別為1 601、 2 033、 2 323、 3 027 Pa， 最大值與最小值的差值為1 426 Pa， 與優(yōu)化前的最大值與最小值的差值2 722 Pa相比大幅度減?。?對(duì)應(yīng)最小值分別為最大值的56%、 56%、 53%。 相比于優(yōu)化前的37%、 26%、 20%來(lái)看， 濾筒上、 中、 下部側(cè)壁壓力的均勻性提高的倍數(shù)分別為1.5、 2.2和2.7。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， 優(yōu)化后濾筒各部位側(cè)壁壓力峰值更加接近， 因而清灰更加均勻。

3 結(jié)論

對(duì)濾筒各部位側(cè)壁壓力峰值進(jìn)行測(cè)定，并采用自制的脈沖噴吹氣流量測(cè)定裝置測(cè)量現(xiàn)有濾筒除塵器的多孔脈沖噴吹氣流量，確定清灰效果的不均勻程度；研究噴吹孔徑對(duì)噴吹氣流量的影響，優(yōu)化設(shè)計(jì)濾筒除塵器噴吹管的噴吹孔徑，以濾筒各部位側(cè)壁壓力峰值作為指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估，驗(yàn)證優(yōu)化后噴吹管氣流量的均勻性。結(jié)論如下：

1）優(yōu)化前，4個(gè)濾筒上、 中、 下部側(cè)壁壓力峰值的最小值分別為最大值的37%、 26%、 20%，同一噴吹管上4個(gè)噴吹孔的孔徑均為19 mm，噴吹氣流量依次為13.69、 14.78、 16.03、 16.93 L，氣流量均勻度標(biāo)準(zhǔn)差達(dá)到了1.41，清灰不均勻。

2）優(yōu)化后，4個(gè)噴吹孔的孔徑分別為23、 20、 18、 17 mm，噴吹氣流量依次為14.05、 15.08、 15.87、 16.13 L，氣流量均勻度標(biāo)準(zhǔn)差降為0.93；4個(gè)噴吹孔分別對(duì)應(yīng)的濾筒的上、 中、 下部側(cè)壁壓力峰值的最小值為最大值的56%、 56%、 53%，側(cè)壁壓力峰值的變動(dòng)范圍減小，均勻性相比優(yōu)化前提高倍數(shù)依次為1.5、 2.2、 2.7，表明優(yōu)化后多孔脈沖噴吹氣流量的均勻度提高，清灰均勻性大大改善。

利益沖突聲明（Conflict of Interests）

所有作者聲明不存在利益沖突。

All authors disclose no relevant conflict of interests.

作者貢獻(xiàn)（Author’s Contributions）

尹茜茜和趙云菲進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)，黃瑤、 覃鏡元、 范俊哲參與了實(shí)驗(yàn)和論文的寫作與修改，林龍沅作為指導(dǎo)老師對(duì)論文進(jìn)行了修改。所有作者均閱讀并同意了最終稿件的提交。

The study was designed by YIN Xixi and ZHAO Yunfei. HUANG Yao， QIN Jingyuan and FAN Junzhe participated in the experiment and the writing and revision of the paper. and LIN Longyuan revised the paper as the instructor. All authors have read and agreed to submit the final manuscript.

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Optimization of blowing hole aperture of cartridge dust collector

HUANG Yao， ZHAO Yunfei， QIN Jingyuan， YIN Xixi， FAN Junzhe， LIN Longyuan

（School of Environment and Resource， Southwest University of Science and Technology， Mianyang 621010， China）

Abstract

Objective Pulse-blowing cartridge dust collectors are widely used for their exceptional dust removal efficiency. However， the existing blowpipe design adopts the same blowing aperture， which makes the cartridge cleaning effect poor， negatively affecting the overall cleaning effect of the cartridge dust collector and the cartridge’s service life. In order to achieve the uniformity through the airflow of the blowpipe and achieve consistently effect of uniform dust cleaning across the cartridge dust collector， optimizing the blowing orifice diameter of the blowpipe is essential.

Methods Firstly， the peak pressure on the sidewalls of each part of the filter cartridge was measured and a self-made pulse-blowing gas flow measurement device was used to measure the porous blowing gas flow of the existing cartridge dust collector to analyze the inhomogeneity of the soot cleaning effect. Secondly， the effect of the blowing aperture on the blowing air flow rate and sidewall pressure peak value of the cartridge was investigated to optimize the blowing aperture. Finally， the optimization effect was evaluated by taking the sidewall pressure peak value of each part of the cartridge as an index.

Results and Discussion Before optimization， all four blowholes possess diameters of 19 mm， with air flow rates of 13.69， 14.78， 16.03 and 16.93 L， resulting in a standard deviation of 1.41， indicating the air flow rate uniformity. The peak sidewall pressures at the upper measurement points of the four canisters are 369， 713， 971 and 1 000 Pa， respectively. At the middle， pressrues are 699， 1 472， 1 601 and 2 627 Pa， which are 694， 1 612， 2 357 and 3 416 Pa at the lower points. The maximum difference in sidewall pressure （between the maximum and minimum values） at the upper， middle and lower parts of the cartridges is 631， 1 928 and 2 722 Pa， respectively. The minimum value of the peak sidewall pressure at the upper， middle and lower parts of the four cartridges is 37%， 26% and 20% of the maximum value. After optimization， the blowholes diameters are adjusted to 23， 20， 18 and 17 mm， with air flow rates of 14.05， 15.08， 15.87 and 16.13 L， resuiling in a reduced standard deviation of 0.93， indicating the improved air flow rates uniformity. The peak sidewall pressures at the upper measurement points of the four canisters are 500， 850， 898 and 767 Pa， respectively. At the middle points， pressures are 1 350，1 517， 1 708 and 2 400 Pa， and they are 1 601， 2 033， 2 323， 3 027 Pa at the lower measurement points.The maximum difference in sidewall pressure at the upper， middle and lower parts of the cartridges is 398， 1 050 and 1 426 Pa， respectively. The minimum value of the peak sidewall pressure at the upper， middle and lower parts of the four cartridges is 56%， 56% and 53% of the maximum value. Compared with before optimization， the homogeneity increases by 1.5， 2.2 and 2.7 times， respectively.

Conclusion The non-uniformity of the air-flow rate of different blow holes on the same blow pipe was verified by the pulse-blowing airflow measuring device. The uniformity of the airflow rate was improved after optimizing the diameter of the blow holes. The range of variation of the peak pressure on the sidewall was reduced， and the uniformity of the cartridge ash cleaning was significantly improved.

Keywords： filter cartridge dust collector; blowing hole; aperture; air flow rate; peak of sidewall pressure

（責(zé)任編輯：劉魯寧）

收稿日期： 2023-08-12，修回日期：2023-12-04，上線日期：2024-01-12。

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，編號(hào)：52204286； 四川省科技計(jì)劃資助項(xiàng)目，編號(hào)：2023YFS0362。

第一作者簡(jiǎn)介：黃瑤（1998—），男，碩士生，研究方向?yàn)楣I(yè)通風(fēng)與除塵。E-mail： 872843176@qq.com。

通信作者簡(jiǎn)介：林龍沅（1981—），男，教授，博士，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)闅饬鞣鬯?、分?jí)與除塵凈化。E-mail： Lly7572@126.com。