玻璃纤维布袋除尘器过滤风速

随着我国经济的快速发展，以资源、能源消耗性为主的重化工业（电力、化工、水泥和钢铁）发展迅速，随之带来的环境污染问题也日益严重。 在众多污染物中，固体颗粒物特别是微细颗粒物成为城市大气污染物防治的重点。 国家对工业领域内烟尘和粉尘的排放要求也越来越严格，1991年国家环保总局首次颁布的燃煤电厂烟尘排放标准是200mg／m3，2003年我国修订了火电厂燃煤锅炉的烟尘排放标准，2004年修订了水泥工业的烟尘、粉尘排放国家标准，都提高到50mg／m3，最新颁布的火电厂大气污染物排放标准中将烟尘的排放标准提高到30mg／m3，该标准在2012年起开始执行，这意味着现役的电除尘器排放浓度难以达到要求，而袋式除尘器对颗粒污染物的捕集（特别是微细颗粒）过滤效率高，从发展趋势看它将成为控制烟尘污染物排放浓度完全达到国家环保标准的有效手段。

从袋式除尘器在工程上的运行实践可以发现，均匀的袋室内流场、高效低阻的滤料以及优良的清灰系统是确保布袋除尘器运行成功的三项关键因素。 流场均匀性影响滤袋的寿命和除尘的效率，滤料直接决定滤袋的使用寿命和过滤性能，清灰系统则关系到除尘器能否长期保持稳定运行。

10．3．1 袋式除尘器的分类

清灰方式在很大程度上影响着袋式除尘器的性能，根据清灰方式的不同对袋式除尘器进行分类是最主要、最普遍的分类方法。 参照国际标准，袋式除尘器大致可分为机械振动、气流反吹和脉冲喷吹三大类。

1．机械振动类袋式除尘器

机械振动类袋式除尘器主要是利用手动或气动的机械装置使滤袋产生振动而清灰。 如图10．15所示为机械振动的两种清灰方式，其中图10．15（a）为水平振动清灰，图10．15（b）为垂直振动清灰。 水平振动清灰的振动可以施加于滤袋上部，也可以施加于滤袋中部，这种振动清灰对滤袋的损害较轻，但在滤袋全长上清灰效果不均匀。 垂直振动清灰一种是借助凸轮机构可产生频率较低的垂直振动，这种清灰效果好，但滤袋易受损害，尤其是下部；另一种是利用偏心轮旋转可产生频率较高的垂直振动，这种清灰方式滤袋不易受损，但清灰效果较差。

图10．15 机械振动清灰方式

机械振动是属于最原始的清灰方法，只能用于离线清灰，并且对于黏性比较强的粉尘，不能有效清灰。 此类袋式除尘器在清灰时能量传递效率低，所以以小型除尘器为主，大型除尘器很少。

2．分室反吹类袋式除尘器

分室反吹类袋式除尘器利用阀门逐室切换气流，在与过滤气流相反的气流作用下，使滤袋形状发生变化，粉尘层受挠曲力和屈曲力的作用而脱落。 如图10．16所示为一种典型的分室反吹清灰过程。

图10．16 分室反吹清灰方式图

反吹类袋式除尘器在清灰时气流在整个滤袋上分布较为均匀，振动也不剧烈，对滤袋的损伤较小。 但是其清灰方式的清灰能力在各种清灰方式中最弱，设计过滤风速低，设备压力损失较大。

3．脉冲喷吹类袋式除尘器

脉冲喷吹类袋式除尘器将压缩空气在短暂的时间内高速吹入滤袋，同时诱导数倍于喷射气流的空气，造成袋内较高的压力峰值和压力上升速率，使袋壁获得很高的反向加速度，从而清落粉尘，如图10．17所示为脉冲清灰过程示意图。

图10．17 脉冲喷吹清灰方式

表10．3 袋式除尘器清灰方式优缺点的比较

如表10．3所示，在上述几种清灰方式中，脉冲喷吹清灰方式具有处理风量大、系统阻力小、清灰能力强等优点，目前在燃煤电厂、冶金、化工、水泥等行业得到广泛的应用。

优良的脉冲袋式除尘器清灰系统，一方面能够提高整台除尘器的性能，降低除尘器的运行阻力、投资和运行成本，延长除尘器的使用寿命；另一方面能够减少整台除尘器的设备。 相反的，清灰系统设计不合理或者不够优化会导致整台除尘器不能正常工作。 因此，如何进一步深入研究脉冲袋式除尘器的清灰机理，不断对其进行优化设计显得尤为重要。

10．3．2 脉冲式除尘器

10．3．2．1 脉冲式除尘器组成

脉冲袋式除尘器主要由过滤系统、清灰系统、排灰输灰系统、压缩空气系统和自动控制系统组成，具体结构图如图10．18所示。

图10．18 脉冲袋式除尘器结构图

1．过滤系统

主要包括袋笼、滤袋和花板，此外还配置有文丘里管和袋口弹性垫片等配件。

2．清灰系统

主要由气包、脉冲控制仪、脉冲阀、喷吹管、喷嘴、文丘里管和布袋所组成。

3．排灰输灰系统

主要由卸灰阀、刮板输送机、储灰罐和加湿机等设备组成。 除尘器所捕集的粉尘落在灰斗中，然后通过刮板输送机将粉尘运送到储灰罐中，最后再集中处理。 为了避免操作过程中灰尘的飞扬可用加湿机对粉尘喷水。

4．压缩空气系统

主要由一个储气罐、数个气包和能承受高压的密闭管道所组成。 它的主要作用是为清灰系统提供气源，在清灰过程中，压缩空气会发生消耗，这就需要空气压缩机及时补充使空气压缩系统正常运转。

5．自动控制系统

自动控制系统是袋式除尘器的重要组成部分，该系统主要采用计算机对除尘器的各个部分采取自动控制，例如除尘器的清灰控制、排灰输灰控制和储灰卸灰装置控制等。

随着袋式除尘器过滤过程的不断进行，滤袋上过滤的粉尘会逐渐增多，除尘器的阻力也逐渐增加，当系统的阻力增至预先设定值时系统会自动进行清灰过程。 脉冲清灰时，由脉冲控制仪发出信号，装在气包上的脉冲阀便开启，气包内的高压气体在瞬间释放出来，高速喷射的清灰气流通过文丘里管诱导数倍于己的二次气流一同喷入滤袋，滤袋内的气体压力急速上升，滤袋迅速向外膨胀，当膨胀到极限位置时很大的张力使其受到强烈的振动，并获得最大反向加速度，但滤袋上的粉尘层不受张力作用，而受惯性力作用从滤袋上脱落下来。

10．3．2．2 袋式除尘器分类

目前袋式除尘应用的主流技术有旋转喷吹技术、脉冲行喷吹技术、电袋一体组合技术和电袋分体组合式技术。

按烟气进入滤袋区的位置划分，进风方式分为下进风和侧进风方式。

下进风方式的烟气从滤袋区袋底平面进入滤袋过滤区域，烟气自下向上运动，目前常见的结构形式为灰斗进风和侧壁进风。 灰斗进风方式中烟气从灰斗区域进入袋式除尘器，见图10．19（a），烟气在入口处形成高速射流不利于滤袋负荷的均匀分布及颗粒物的排出，目前的研究利用灰斗内部设置的导流装置改变气流的分配。 侧壁进风方式中烟气从侧壁进入除尘器，见图10．19（b），烟气进入除尘器后需旋转180°后从袋底平面进入滤袋区，此颗粒物在惯性力的作用下有利于其排出，但烟气直接进入灰斗区域，将卷吸沉降至灰斗的颗粒物。

图10．19 下进风方式图

侧进风方式的烟气从滤袋区的侧面进入滤袋过滤区域，烟气在大部分的区域内横向运动，袋底下方存在气流的横向和向上运动，见图10．20。 图10．20（a）为日前“电改袋”的常用方式，改造时将原电除尘器的极板区域布置为滤袋区域。 气流从原除尘器入口侧进入滤袋区域并到达最后一排滤袋时经历的行程较长，需跨越数个灰斗（图中为3个），该方式可称为“长流程”侧进风方式；图10．20（b）利用箱体的长边侧壁面作为进风侧，气流从进风侧进入滤袋区域并到达最后一排滤袋时经历的行程为1个灰斗，该方式可称为“短流程”侧进风方式。 由于电除尘器高度尺寸较大，改造后滤袋袋底下方存在较大的空间，颗粒物下落至该空间会被气流带动向后方区域运动，“长流程”方式会增加后区灰斗的负荷。

图10．20 进风方式图

10．3．2．3 袋式除尘器除尘原理

以棉、毛或人造纤维等材料加工成滤布作为过滤材料达到分离含尘气体中粉尘的目的。 主要原理是靠筛分、惯性、黏附、扩散和静电等作用捕集粉尘。 并通过振打的方式将粉尘收集下来。 具体如图10．21所示。

1．传统经典除尘机理

①截留：随气流一起流动的粒子，当其大于滤布孔隙或沉积在滤布上的尘粒间孔隙时，粉尘即被截留下来。 由于新滤布孔隙远大于粉尘粒径，所以阻留作用很小，但滤布表面积沉积大量粉尘后，阻留作用就显著增大。

图10．21 袋式除尘器原理图

②惯性碰撞：当含尘气流接近过滤纤维时，气流将绕过纤维，而尘粒由于惯性作用继续直线前进，撞击到纤维上即会被捕集，这种惯性碰撞作用，随粉尘粒径及流速的增大而增强。

③扩散：微小粒子在气体分子撞击下，像气体分子一样作布朗运动，如果粒子在运动过程中与捕集体表面接触．就会黏附在捕集体的表面上。 一般情况下，0．2μm以下的粉尘颗粒，随气流速度减小而增大，随粒径减小而增强。

④重力作用：比较大的粒子依靠重力自然沉降．从气流中分离出来。

⑤静电力作用：荷电的粒子和（或）纤维之间产生静电引力，通过静电引力的作用使粒子吸附在捕集体纤维上，从气流中分离出来。

2．滤料使用初期的除尘机理

利用滤料除尘，其初期的除尘机理，对于织造布来说是不同的。 织造布的除尘过程是，首先粉尘粒子在布的孔眼内架桥形成粉尘层，然后除尘效率上升；而非织造布则与空气净化器相似，粉尘粒子不仅能附着于纤细（棒状）上形成粉尘层，而且还能侵入滤料的内部，有内部过滤的倾向。 所以在滤料除尘的初期，起主要作用的除尘机理是惯性碰撞、扩散和截留，此外，静电力和重力也有一定作用。 在此期间的除尘效率为50％～80％。

对于织造布来说，当其扎服尺寸大于粉尘粒子10倍以上时，一般认为其初期除尘性能是不好的。 从袋式除尘器入口进入的粉尘，由于在下部灰斗小流速降低棚撞击挡板，粗粒粉尘能够从气流沉降出来。 到达滤料之前时，粉尘浓度可能比入口处降低一半。 也就是说，仅有细的粉尘能堆积到滤料上。 滤料的粉尘负荷是减少了，但是，细的粒子堵塞滤料的孔眼，使其压力损失增高。

10．3．2．4 除尘过程

含尘气流通过滤袋→形成粉尘初层（粉尘因截留、惯性碰撞、静电和扩散等作用，在滤袋表面形成的粉尘层，粉尘初层形成后，成为袋式除尘器的主要过滤层。）→进入正式过滤阶段→进行清灰，保持初层。 具体如图10．22所示。

10．3．2．5 袋式除尘器的滤料

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、机械强度大；

③表面光滑的滤料容尘量小，清灰方便，适用于含尘浓度低、黏性大的粉尘，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。

图10．22 除尘过程示意图

2．滤料种类

按照滤料的材质分：可以分为天然纤维、无机纤维和合成纤维。 天然纤维主要是棉毛织物，适用于无腐蚀、350～360k以下的气体，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。

按滤料结构分，可以分为滤布（编织物）、毛毡。 毛毡的工艺简单致密，除尘效率高，容尘量小，易于清灰。

表10．4 袋式除尘器的滤料

10．3．2．6 袋式除尘器的效率

影响袋式除尘器的除尘效率的因素很多，诸如过滤纤维结构、粉尘浓度和颗粒大小、粉尘风速、过滤时间、压力损失等，因此评价其效率异常复杂。 如何降低纤维除尘器运行阻力、提高过滤效率是人们最为关注的焦点问题。 高的过滤效率意味着良好的过滤效果，而高运行阻力会带来巨大的能源损失和浪费。 在实际运行过程中，高过滤效率往往伴随着高阻力，因此解决这一矛盾成为改善袋式除尘器过滤性能的关键步骤。

袋式除尘器过滤过程较为复杂，一般可分为两个阶段：

关于纤维过滤理论的研究，前人主要将过滤过程分为两种运行阶段：清洁过滤阶段和含尘过滤阶段。

第一阶段：清洁过滤阶段

清洁过滤阶段有两个基本的假设条件：

①微粒与捕集表面的碰撞效率是100％，即微粒一旦触及纤维，就被捕集；

②沉积的微粒对于过滤过程没有进一步影响。

根据以上假设，可以得到：过滤效率和过滤压力损失都与时间无关，因此过滤过程是稳态的。

第二阶段：含尘过滤阶段

含尘过滤阶段是指：由于粉尘沉积于过滤介质，使得过滤介质的结构发生变化，从而导致过滤效率、压力损失等参数随沉积粉尘的增加而相应变化，此时过滤效率和过滤压力损失都要随着时间的变化而发生变化，不再保持恒定。 含尘过滤阶段是个动态过程，与清洁过滤阶段相比，较为复杂。

然而，在工业生产中所遇到的大多数情况是高浓度粉尘过滤，人们必须考虑清洁捕集器表面被粉尘层所覆盖，过滤过程主要发生在已沉积的粉尘层表面，此时含尘过滤阶段是过滤过程的主导阶段，所以含尘过滤的研究具有重要的理论和实际意义。

首先，含尘过滤更具普遍性。 实际生产中，清洁过滤只有在过滤的初始阶段滤料清洁时，或在低的微粒浓度条件下才能近似地实现。

其次，含尘过滤研究具有重要的实用价值，将含尘研究成果应用于运行管理，可以合理地预测清灰时间，将含尘研究成果与过滤介质研制相结合，人们发明出使用寿命更长、过滤性能更好的覆膜滤料。 因此，找出含尘过滤阶段阻力效率的变化规律，指出减阻增效的合理途径也是需解决的问题之一。

1．稳态阶段过滤效率

清洁过滤阶段一般是稳态过滤阶段，而研究稳态过滤阶段是研究非稳态阶段的基础，非稳态过滤效率规律是在稳态过滤规律的基础上推导演化而来的。 因此研究清洁过滤阶段过滤理论是十分重要的。

人们在稳态过滤理论方面已经形成了一套比较完善的经典过滤理论体系。 该体系认为：在纤维过滤中，有许多机理发挥作用。 主要的过滤机理可归结为：①拦截效应；②惯性效应；③扩散效应；④重力效应；⑤静电效应。 各种过滤机理往往不单独孤立存在，常常多种机理联合作用，单一纤维各种捕集机理联合作用时的总捕集效率ηs可近似表达为：

ηs＝1-（1-ηD）（1-ηl）（1-ηG）（1-ηQ） （10．24）

式中 ηD——扩散效应的效率；

ηl——惯性效应的效率；

ηG——重力效应效率；

ηQ——静电作用效率。

实际上过滤材料的情况更加复杂。 纤维的空间方向、密度、纤维间的组合形式都不同，纤维的速度场和孤立单纤维周围的速度场也不同，因此需要对孤立单纤维的效率进行修正。 较为著名的有Davies干涉修正公式：

η′＝ηs（0．16＋10．9α-17α2） （10．25）

式中 α——填充率（填充密度）。

根据不同过滤机理效应及其相互影响，单根纤维过滤效率可分为单个机理作用和联合作用。 根据国内外研究现状，这样研究的成果较为丰富，以下简单举例说明，具体见表10．5。

表10．5 单个纤维作用的捕集效率

单根纤维捕集过程中，各种捕集效应所发挥的作用也各不相同。 各种效应之间存在相互关联，彼此相互影响，这就形成了联合作用。 联合作用的结果并不是各种捕集效应的简单叠加，下面是众多学者对联合效应进行的研究，现将他们的成果进行总结归纳。 见表10．6。

表10．6 各种捕集机理共同作用

2．稳态过滤压力损失

过滤过程中产生的压力损失就是气体通过过滤器产生的阻力，两者是相等的，因此计算清洁状态下过滤压力损失就是计算过滤阻力：

ΔP＝F·Lf（10．26）

其中，，纤维阻力：F＝F*μv，F*为无量纲纤维阻力。对于无量纲纤维阻力，许多研究学者在不同滤料及实验研究中得出了不同的结果，其中Davies得出的经验公式与实际过滤实验结果吻合较好，因而，在实际应用中较为广泛。

当0．006＜α＜0．3时，F*＝16πα0．5（1＋56α3）；当α＜0．006时，F*＝16πα0．5。将当0．006＜α＜0．3时，F*＝16πα0．5（1＋56α3）带入上式，可得到Davies半经验公式：

3．非稳态过滤效率

非稳态过滤过程是指：由于沉淀粉尘的作用，过滤效率和过滤压降等参数随时间的变化而变化。 一般研究认为：沉积粉尘一方面起到捕集体的作用，参与过滤过程提高过滤效率；另一方面，堵塞纤维过滤器引起过滤结构变化，使得过滤阻力上升。 纤维过滤层的过滤过程分为三个阶段：洁净阶段内部过滤、含尘过滤和清灰后的含尘过滤。 如图10．23所示。

图10．23 效率和阻力随时间变化的非稳态过程

含尘滤料过滤压力损失影响因素分析：

（1）过滤速度

在含尘过滤状态下，由于粉尘会堵塞毕托管或损坏热线过滤速度仪器的探头，采用孔板流量法测量过滤速度，图10．24就是测试结果之一。 从图上可以看出：过滤速度对过滤压力损失有显著的影响。 随着过滤速度的增加，过滤压力损失上升。 随着过滤速度的增加，普通过滤压力损失曲线增加幅度较滤膜平缓。

（2）粉尘浓度

大量的资料和实验数据表明：入口粉尘浓度对袋式除尘器的过滤压力损失有一定的影响，随着浓度的增加滤筒压力损失将缓慢增长。这是由于入口粉尘浓度高时，粉尘之间相互碰撞凝成大粒子的趋势强于低浓度粉尘，滑石粉颗粒间也存在这种凝聚现象，当运行结束后取出滤布观察，会发现大量的鳞片状颗粒物凝聚在滤袋表面。 稍加振打，凝聚体会成片脱落。 这种凝聚体附着在滤布上，与小颗粒物相比会堵塞更多的粉尘通道。 粉尘浓度低时，可以认为粉尘能逐渐深入滤料内部，不易形成大凝聚物。因此，随着粉尘浓度的增加，滤筒压力损失将增大。

图10．24 滤布过滤压力随过滤速度变化图

（3）过滤时间

过滤时间需要对含尘过滤过程分析，整个过滤过程分为3个阶段：过滤初期、过滤中期和过滤后期。

①过滤初期

如图10．25所示。 在过滤初期，粉尘首先进入滤料内部。 一部分粉尘穿过滤料，另一部分粉尘沉积于滤料材料内部。 沉积于纤维层内部的粉尘堵塞了滤料中粉尘的通道，因此随着时间的增加，越来越多的粉尘沉积下来，粉尘通道堵塞情况越来越严重，这就使造成过滤压力的损失上升。 虽然此时有一部分粉尘沉积在滤料表面，但这些粉尘只是个别附着在纤维层表面，即此时粉尘层尚未形成，纤维层对压力损失影响起到主导作用。

图10．25 过滤初期纤维层过滤示意图

②过滤中期

随着过滤时间的增加，纤维层内部粉尘达到一个相对饱和量，粉尘开始大量在滤料表面沉积，首先形成一个粉尘初层，随着过滤过程的进行，不断有新的粉尘被粉尘初层捕获，导致粉尘层不断变厚。 如图10．26所示，粉尘初层形成后，过滤大量粉尘，使得自身厚度不断增加形成粉尘层。

此时粉尘层对过滤压力损失的变化起主导作用，粉尘层随着时间的增加不断变厚，这使得压力损失随时间的增大而上升。 此时由于大部分粉尘被粉尘层阻挡在纤维层外面，纤维层内部的粉尘沉积增加缓慢，纤维层对过滤压力损失变化不再起主导作用，粉尘尘降层对压力损失占据主要地位。

图10．26 过滤中期纤维层过滤示意图

③过滤后期

由于粉尘层自身重力和过滤气体吹打作用，粉尘层厚度不可能无限增加。 当粉尘间粘结力不足以支撑新增粉尘自身重力，即粉尘层达到一定厚度时，粉尘层最外层附着粉尘由于自身重力和气体吹打就会发生剥落，如图10．27所示。 这一时期粉尘层厚度始终在一定范围内波动。 此时大微粒粉尘被阻挡在粉尘层外部，少部分黏附于粉尘层表面，大部分向下脱落。 只有小粒径粉尘能够进入粉尘层或者到达纤维层，改变纤维层和粉尘内部结构。

图10．27 过滤后期纤维层过滤示意图

10．3．2．7 含尘滤料过滤压力损失计算

非稳态过滤过程中的阻力一般包括：结构阻力（ΔPc）、清洁滤料阻力（ΔP0）及滤料上积聚的粉尘阻力（ΔPd）三部分组成，即：

ΔP＝ΔPc＋ΔP0＋ΔPd（10．28）

除尘器的结构阻力主要包括气体通过除尘器的进出口以及灰斗内部的挡板等部位所消耗的能量，可以按照通常的方法计算。 在正常过滤速度下，该项阻力一般为200～500Pa。 所以这主要讨论清洁滤料的阻力ΔP0和粉尘层的阻力ΔPd。

（1）清洁滤料的阻力ΔP0

是指未过滤粉尘前的阻力，由于气流速度低，气流的流动属于黏性流，其阻力与流速成正比：

ΔP0＝ξ0μv （10．29）

式中 ξ0——清洁滤料的阻力系数，1／m；

μ——气体运动黏度，Pa·s；

v——过滤风速，m／s。

（2）滤料上沉积的粉尘阻力ΔPd

滤料过滤粉尘后，其上沉积有粉尘，从而产生附加的阻力，其大小与粉尘的性质、过滤风速、过滤气体性质等因素有关。 其中粉尘性质主要包括：粉尘负荷、粒径、孔隙率和滤料特性相关，范围在109～1012m／kg。

式中 k′——Kozeny Carman系数；

ε0——粉尘层的孔隙率；

——颗粒物表面积与体积之比，1／m；

n——含尘气体浓度，kg／m3；

ci——颗粒物进口浓度，kg／m3；

t——过滤时间，s；

α1——系数，α1＝，m／kg；

m——单位面积上沉积的粉尘量，kg。

综上可以得到非稳态过滤过程过滤阻力ΔP：

ΔP＝ΔP0＋ΔPd＝（ξ0＋a1m）μv （10．31）

（3）袋式除尘器阻力计算的经验公式

L．Theodore根据Darcy公式，提出一种计算袋式除尘器阻力的经验方法。

式中 v——含尘气流速度，m／s；

K——渗透系数，m2；

μ——运动黏度，Pa·s；

——纤维过滤层厚度方向上的压力梯度，Pa／m。

根据上式，可以得到通过面积A的含尘气体的体积流量（m3／s）。

积分得到：ΔP＝，Pa。

根据上式，滤料层的厚度为Δz＝Lf时得到清洁滤料的阻力：

这里令＝C。

对于通过粉尘层的阻力公式类似于滤料。 但是沉积的粉尘层厚度Δz时随着时间的变化而变化。 若收尘效率接近100％时，则可以由下式计算沉积层粉尘的厚度Δz。

式中 Vg——通过沉积层粉尘为Δz的气体体积；

n——入口粉尘负荷或粉尘浓度，kg／m3；

ρB——沉积的粉尘层的松散密度，kg／m3。

根据上面推导，可以得到通风粉尘层的阻力：

这里令＝B。

假设粉尘与滤料互不相干，因此可以得到通过过滤层的总阻力：

这里需要指出的是，BVg表示的粉尘层对气流的阻力，而C代表滤料本身的阻力，后一阻力可取两个数值。 第一，若滤料是全新的，则为清洁空气通过滤料的阻力。 第二，若含尘空气已通过该滤料，则其上已经建立粉尘层，虽然经过清灰，其剩余阻力仍比原始阻力要大，因此滤布上不可能彻底清灰。

清灰过程中，通常有两种运行状态，定压运行和定流量运行。

①定压运行

定压运行就是指除尘器在恒定的阻力下运行，而通过除尘器的流量Q随时间而改变。

将此式带入式（10．39）可以得到：

对上式进行积分，求时间t得到：

根据上式可以求出粉尘速度Vg和粉尘流量Q。

②定流量运行

定流量运行就是指过滤流量不变，而阻力是变化的。 即：

所以得到：Vg＝Qt。

ΔP＝BQ2t＋CQ （10．44）

根据上式可以得到ΔP及t为参数的曲线图，如图10．28所示，为典型工业系统中阻力与时间关系图。一般情况下为锯齿状直线图，斜率为BQ2，截距为CQ，当t＝0时，仅有纯滤料的阻力。 随着时间的增长，粉尘沉积层的阻力是主要的。

图10．28 阻力与时间关系图

例10．1 用于水泥窑的袋式除尘器，在恒定烟气流量的情况下工作30min，在此时间内过滤的气体总量为90m3，除尘器的初始阻力为130Pa，终阻力为1300Pa。在此终阻力下，再运行30min，计算此时间内过滤的气体量。

解 （1）在定流量运行条件下的方程式为：

ΔP＝BQ2t＋CQ

当t＝0时，Q＝＝3m3／min，C＝Pa

当t＝30min时：1300＝B·32·30＋130→B＝4．3Pa·min／m3

因此阻力的方程式为：ΔP＝4．3Q2t＋43Q

（2）在定压下工作的方程式为：

此处的D不仅代表滤料本身的阻力，也代表在恒定流量下粉尘层的阻力，系数B保持不变，因为在定压期间它仍能与粉尘层成一定比例关系。 系数D可以按照下列式子进行计算：

ΔP＝（BVg＋D）Q

当Vg＝0时，ΔP＝1300Pa，故D＝433。

在定压下过滤30min，所通过的空气量Vg为：

所以这两个过程总的过滤空气量为：

90＋68．2＝158．2m3。

10．3．2．8 含尘纤维层过滤捕集效率理论计算

（1）建立模型

推导该公式的主要思路：将厚度为H的过滤器分为数个厚度为d的微元过滤体如图10．29所示。

图10．29 含尘纤维层过滤分析图

推导前作如下两个假设：①假设微元体过滤效率是由沉积在微元体内的微粒和微元体内纤维共同作用的结果，并且二者的相互干扰不大，可以忽略；②假设过滤气体是以Adn体积为单位，逐段通过过滤微元段。当第i段气体通过过滤器后，过滤器中每个微元段的过滤效率近似相等。

基于以上两个假设，首先推导出微元段过滤效率随时间的变化规律，当第i段气体通过过滤器后，单个微元段过滤效率为ηi。由于每个微元段的过滤效率ηi近似相等，各微元段间又是串联关系，所以当第i段气体通过过滤器后，过滤器纤维层过滤效率为：

式中 ——划分的微元段的数目。

（2）推导计算过程

①ηi的计算

在微元段dh内单纤维的捕集效率为E1，则微元体内纤维作用的过滤效率为：

根据高等数学极限理论，当dh→0时，微元段的纤维捕集效率为：

E2表示单个已经沉降粉尘粒子对过滤气体中粉尘粒子的捕集效率，W为已经沉降粒子数，A为过滤器迎风面积，则微元体内已经沉降粒子捕集效率为：

由于孔隙率的存在，纤维层实际过滤速度v与初始速度v0之比可以近似看作：v／v0＝1-α，所以上式可以简化得到：ηl＝ W。由于沉降捕集作用远小于纤维捕集作用，所以此时微元段内捕集效率为两者的叠加。

η＝ηf＋ηl＝W与变量无关，分别设为k1和k2，即上式可以简化为：

假设空气是以微元体Adh为单元依次经过过滤器的微元段。Wi表示第i段微元气体通过后过滤器微元段内的沉降粒子总量，dni表示第i＋1段微元气体通过微元段前后的浓度差，设过滤前气体的浓度为n，则过滤i段后微元体的过滤效率ηi＝

第一段微元气体通过时，W0＝0，只有纤维过滤发生作用。由上式可以得到：

对于i段微元体

ηi＝k1dh＋k2Wi（10．51）

那么同理，对于i-1段微元体，则有

ηi-1＝k1dh＋k2Wi-1（10．52）

由上面两式可得：ηi-ηi-1＝k2（Wi-Wi-1）

式中，Wi-Wi-1为第i段微元气体通过时过滤出的粉尘粒子数量，此时过滤效率ηi-1，微元气体含尘量为ndnA，所以Wi-Wi-1＝ndhAηi-1，代入上式可以得到：

ηi-ηi-1＝k2ndhAηi-1（10．53）

整理得到：

ηi＝（1＋k2ndhA）ηi-1（10．54）

将上式展开得到：

ηi＝η0（1＋k2ndhA）i（10．55）

式中 i＝

用泰勒公式将（1＋k2ndhA）i项展开，得到：

（1＋k2ndhA）i≈1＋ik2ndhA （10．56）

综合上面计算得到第i段微元体过滤效率公式为：

②ηc的推导

将厚度为H的过滤器平均分成H／dh段厚度为dh的微元体，假设当第i段气体过滤后，每个微元段的过滤效率近似相等，因为各个小微元段处于串联关系，所以第i段微元气体通过过滤后，厚度为H的纤维层的总过滤效率为：

由上面分析得到综合算式：

通过化简得到：

将k1，k2带入上式得到：

式中 E1——单纤维捕集效率；

E2——沉降粉尘粒子捕集效率；

H——纤维层厚度；

α——纤维层填充率；

r——粉尘半径；

v0——气流速度；

v——实际过滤速度；

n——粉尘浓度；

ηc——纤维层捕集效率。

由式（10．61）可以看出：当过滤开始阶段t值很小，此时将t值近似看成0。 那么该效率公式，就与经典过滤理论中的效率公式相一致，这与实际过程相符合。 本书以经典过滤理论为基础，通过推导，得出一套非稳态过程纤维层过滤效率的计算公式，稳态纤维层过滤效率公式可看成该公式的一个特例。