紡織除塵器的發(fā)展及適用于機(jī)采棉除塵器的設(shè)計

■ 王澤武 陳生超 臧利濤

〔鄭州棉麻工程技術(shù)設(shè)計研究所，河南鄭州450004〕

紡織除塵器的發(fā)展及適用于機(jī)采棉除塵器的設(shè)計

■ 王澤武 陳生超 臧利濤

〔鄭州棉麻工程技術(shù)設(shè)計研究所，河南鄭州450004〕

一、紡織除塵器的發(fā)展

在紡織生產(chǎn)中，最早的除塵方式是把紡織設(shè)備產(chǎn)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(yán)重污染，人們開始提出空氣過濾問題，于是出現(xiàn)了塵室、塵塔（圖1）。

為了提高除塵效率，進(jìn)而出現(xiàn)了結(jié)合廠房土建結(jié)構(gòu)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(jì)60年代末，英國出現(xiàn)了紡織專用轉(zhuǎn)籠濾塵設(shè)備。直到20世紀(jì)70年代中期，我國才出現(xiàn)了早期真正意義上的紡織濾塵設(shè)備（圖3）。

圖3 紡織濾塵設(shè)備

20世紀(jì)80年代初，我國引進(jìn)了瑞士LUWA（羅瓦）公司的回轉(zhuǎn)式濾塵設(shè)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(chǔ)上制造了仿羅瓦濾塵設(shè)備，一級過濾為旋風(fēng)式預(yù)分離器，二級過濾為大轉(zhuǎn)籠回轉(zhuǎn)式過濾器，塵纖收集經(jīng)由纖維分離器和集塵器完成，這是積極式除塵系統(tǒng)在我國應(yīng)用的開端，同時配套使用的還有纖維分離壓緊器、旋風(fēng)分離集塵器或布袋集塵器。20世紀(jì)80年代末從德國LTG引進(jìn)的除塵設(shè)備為組合式除塵設(shè)備的開發(fā)應(yīng)用大開先河，在此基礎(chǔ)上研制了成系列的圓盤圓筒兩級組合式的除塵機(jī)組，其結(jié)構(gòu)特征是：把LUWA圓筒式旋風(fēng)分離器平面化設(shè)計，大大節(jié)省了空間，與此同時又增加了吸嘴傳動系統(tǒng)（這就是目前幾乎所有紡織濾塵設(shè)備的一級圓盤預(yù)過濾器的最早形式）；二級過濾利用內(nèi)吸式清灰方式，整體結(jié)構(gòu)組合性強(qiáng)，節(jié)省了土建費(fèi)用和占地面積，但二級過濾能力依然未變。

隨著國內(nèi)環(huán)保要求的日趨嚴(yán)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(yīng)更多機(jī)組、更大風(fēng)量的高性能除塵設(shè)備。國內(nèi)相關(guān)設(shè)備制造廠家經(jīng)過多年努力研制出了多種型號的紡織用除塵設(shè)備，出現(xiàn)了扇形、螺旋式、星形等多種形式的板式濾塵器，反映出國內(nèi)開發(fā)濾塵產(chǎn)品的能力已經(jīng)緊跟國際水平并有了自己的濾塵產(chǎn)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(jù)了紡織除塵的統(tǒng)治地位。

（一）蜂窩式過濾器

1994年江陰空調(diào)除塵設(shè)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(wǎng)（圖4）濾塵器和德國LTG公司內(nèi)吸式濾塵器的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)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(tǒng)中。其設(shè)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(yù)分離器由圓盤過濾器、密封箱體、纖維分離器和纖維風(fēng)機(jī)組成，利用旋轉(zhuǎn)吸嘴吸除集結(jié)在圓盤濾網(wǎng)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(fēng)機(jī)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(yù)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(nèi)吸式小塵籠構(gòu)成（形似蜂窩），采用機(jī)械吸臂帶動一排小吸嘴依次對每排小塵籠進(jìn)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(jī)械吸臂采用先進(jìn)的程序控制，自動進(jìn)行橫向、縱向以及多吸嘴的回轉(zhuǎn)運(yùn)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(diǎn)，其主要技術(shù)性能指標(biāo)均優(yōu)于內(nèi)吸式、平板式過濾器。蜂窩式濾塵器的缺點(diǎn)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(tǒng)的間歇性和吸臂運(yùn)動軌跡的復(fù)雜化，使得機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)比較復(fù)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(jì)90年代后期，我國引進(jìn)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(fēng)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(shè)備生產(chǎn)廠家在濾料布置、設(shè)備結(jié)構(gòu)和吸塵機(jī)構(gòu)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(biāo)甚至超過進(jìn)口設(shè)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(chǎn)品的代表（圖6為邯鄲紡織機(jī)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(yù)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(yù)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(shí)器和吸塵風(fēng)機(jī)組成。含塵空氣在經(jīng)過多個同心套裝的圓筒形濾料時粉塵被阻留在濾料內(nèi)表面，通過濾料的空氣即被凈化。點(diǎn)吸吸嘴沿濾筒內(nèi)表面做往復(fù)螺旋運(yùn)動，在吸塵風(fēng)機(jī)的作用下逐點(diǎn)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(shí)器壓實(shí)后排出，布袋分離后的含塵空氣經(jīng)回風(fēng)管排回濾塵器內(nèi)，防止二次污染。本級用于過濾、分離、收集經(jīng)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(biāo)準(zhǔn)。

想到了這些，易非一個人去項(xiàng)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(shè)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(fēng)吹過來，河邊的意楊次第低了頭，又次第仰了頭。一陣風(fēng)起，裹挾著青草的氣息向易非涌來，“好涼快?。　币追巧斐鲱^去，風(fēng)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(fēng)啊。

二、內(nèi)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(fēng)量更大，物料的雜質(zhì)更多，更需要除塵設(shè)備的配合。但長期以來，棉花加工企業(yè)大部分歸屬農(nóng)業(yè)口并散布在偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，對除塵的標(biāo)準(zhǔn)和要求遠(yuǎn)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(shè)備基本上是以傳統(tǒng)的沙克龍（圖8）為主。

圖8 沙克龍

在內(nèi)地人口稠密地區(qū)的軋花企業(yè)，生產(chǎn)加工期雖經(jīng)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(yán)重污染，引起當(dāng)?shù)鼐用竦膹?qiáng)烈不滿，很多企業(yè)因排放不達(dá)標(biāo)被當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門勒令停工整改。于是內(nèi)地有的軋花企業(yè)借鑒紡織企業(yè)的除塵經(jīng)驗(yàn)，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(tǒng)，其主要原因是二級吸嘴動作復(fù)雜，在雜質(zhì)含量遠(yuǎn)大于紡企的工況下清理不及時、可靠性不高、不易維護(hù)，同時更換濾料也很麻煩。蜂窩式除塵器其本身處理風(fēng)量遠(yuǎn)小于軋花生產(chǎn)線的總風(fēng)量，需要多臺處理關(guān)鍵工藝點(diǎn)的排塵，其它的工藝點(diǎn)還需要沙克龍來處理。多層圓籠式除塵器也被應(yīng)用到軋花除塵上。因?yàn)槎壩靹幼骱唵慰煽?，故障率較低，所以目前有些軋花企業(yè)還在應(yīng)用，但也存在處理風(fēng)量小的問題。

筆者分析認(rèn)為：內(nèi)地的軋花廠以小機(jī)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(qiáng)可以的。我國的棉花種植、加工在迅速地向新疆轉(zhuǎn)進(jìn)，內(nèi)地的軋花廠近幾年開工率逐年創(chuàng)新低，對除塵工藝、設(shè)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(jī)采棉除塵器的發(fā)展

新疆已經(jīng)成為我國的棉花加工生產(chǎn)基地，近十余年來，機(jī)采棉生產(chǎn)工藝由兵團(tuán)到地方，由北疆到南疆得到了大力發(fā)展。隨著兵團(tuán)的城市化發(fā)展，很多原來遠(yuǎn)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(yán)格了，部分企業(yè)嘗試使用了除塵機(jī)組代替沙克龍除塵。國內(nèi)相關(guān)除塵設(shè)備廠家借鑒紡織除塵早期的產(chǎn)品制造出了針對棉花加工使用的主動式除塵機(jī)組（圖9），其一級過濾為圓盤式預(yù)分離器（圖10），二級過濾為大轉(zhuǎn)籠回轉(zhuǎn)式過濾器（圖11）的設(shè)備。目前有少數(shù)幾臺還在兵團(tuán)軋花廠應(yīng)用。因?yàn)橐幚磔^大的風(fēng)量，過風(fēng)量大小的關(guān)鍵是濾料的過風(fēng)面積，所以在設(shè)計時加大了一級平網(wǎng)的直徑和二級圓網(wǎng)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(yīng)用多臺，其處理風(fēng)量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到排放總量，目前也只是在灰塵較多的工藝點(diǎn)使用主動除塵機(jī)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(wǎng)，因此，除塵效果也不是太好。這種除塵器處理機(jī)采棉的局限性很大，在處理籽棉貨場外吸風(fēng)機(jī)的風(fēng)量時，因?yàn)闄C(jī)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(dǎo)致設(shè)備損壞，這樣就形成了最需要除塵的外吸風(fēng)機(jī)排風(fēng)無法使用過濾機(jī)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(jī)組架高或下面建塵室（圖12），使除塵器內(nèi)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(jī)組

圖10 圓盤式預(yù)分離器

圖11 大轉(zhuǎn)籠回轉(zhuǎn)式過濾器

圖12 高架的除塵器

四、適用于機(jī)采棉除塵器的設(shè)計

（一）設(shè)計的必要性

隨著人們環(huán)保意識的加強(qiáng)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(yáng)塵已經(jīng)成為團(tuán)場領(lǐng)導(dǎo)、職工的強(qiáng)烈意愿。目前針對軋花生產(chǎn)線，除塵器除沙克龍外可選擇的除塵機(jī)組品種很少，特別是專用于機(jī)采棉生產(chǎn)線的除塵機(jī)組幾乎沒有。筆者長期跟蹤紡織除塵工藝、設(shè)備的發(fā)展，總結(jié)除塵設(shè)備在軋花手摘棉生產(chǎn)線和機(jī)采棉生產(chǎn)線的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計了適用于機(jī)采棉的除塵器。

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

（二）基本原理

1.設(shè)計思路。

2.工作過程。

圖13 適用于機(jī)采棉除塵器的設(shè)計圖

如圖13所示，風(fēng)機(jī)排風(fēng)由軋花含塵氣體入口7進(jìn)入本機(jī)箱體10，先進(jìn)入到一級濾塵箱，經(jīng)過一級平網(wǎng)6過濾進(jìn)入二級多層圓籠濾塵。一級平網(wǎng)6由目數(shù)80到100的不銹鋼絲網(wǎng)構(gòu)成，在一級濾塵箱內(nèi)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(jī)。在一級平網(wǎng)6上會吸附有碎棉葉、短纖維，較多時會降低平網(wǎng)6的透風(fēng)率阻礙新的氣體進(jìn)入，這時一級吸塵系統(tǒng)8以中心為圓轉(zhuǎn)動，一級吸塵系統(tǒng)8的長狹縫吸嘴及時地將平網(wǎng)表面的雜物吸走，保持平網(wǎng)的透風(fēng)率。吸走的含塵纖空氣由一級吸塵軟管9經(jīng)一級吸管排風(fēng)管排到一級布袋濾塵箱14，尾氣排至二級圓籠濾塵箱中。經(jīng)初步濾塵的空氣通過一級平網(wǎng)6進(jìn)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(wǎng)上呈環(huán)狀排布。在每兩層長毛絨濾料4之間形成過風(fēng)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(jīng)毛絨濾料4精細(xì)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(wǎng)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(tǒng)5旋轉(zhuǎn)并軸向進(jìn)給，點(diǎn)吸吸嘴在圓籠內(nèi)表面做往復(fù)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，在吸塵風(fēng)機(jī)的作用下逐點(diǎn)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(tǒng)5上的管臂將積沙掃落至缺口并落入地絞龍16排出機(jī)外。二級吸塵系統(tǒng)5由濾塵通道數(shù)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(tǒng)5旋轉(zhuǎn)并軸向進(jìn)給的距離和短吸管是一致的，減小了設(shè)備的整體長度。吸塵系統(tǒng)5的含塵氣體由二級吸管排風(fēng)管13進(jìn)入二級布袋濾塵箱14，尾氣排入二級箱體，塵雜由壓實(shí)器壓實(shí)后排出本機(jī)。本設(shè)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?yàn)V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(jìn)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(tǒng)一排出本機(jī)。噴淋降塵裝置17為地絞龍16中的塵雜進(jìn)行噴淋，防止飄散在大氣中造成二次污染。噴淋過的塵雜經(jīng)壓實(shí)避風(fēng)器18后被提升機(jī)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(tǒng)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(jī)特點(diǎn)

1.能處理機(jī)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(jī)采棉中含有大量細(xì)沙，這種情況和采收工藝、當(dāng)?shù)貧夂?、地理環(huán)境有關(guān)，也不排除售棉者的摻雜使假行為。特別是貨場吸棉回風(fēng)是生產(chǎn)線中含沙量最大的工藝點(diǎn)，單圓網(wǎng)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(dǎo)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(shè)備報廢。本機(jī)吸取紡織用多層圓籠濾塵的優(yōu)點(diǎn)，在圓環(huán)狀的濾料底部開設(shè)缺口利于沙塵的排出，所以本機(jī)能處理機(jī)采棉中的高濃度沙塵氣體。

2.能處理機(jī)采棉中的大風(fēng)量。

處理風(fēng)量的多少和過風(fēng)濾料的面積成正比，因?yàn)槎鄬訄A籠濾料展開面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單圓網(wǎng)的濾料面積，所以能處理更多的風(fēng)量。

3.處理過的空氣潔凈度高。

本機(jī)使用了紡織除塵器的濾料——長毛絨，比現(xiàn)有軋花生產(chǎn)中的濾料——不銹鋼絲網(wǎng)更能捕捉到細(xì)微塵雜，經(jīng)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(hù)。

本機(jī)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(jī)處理風(fēng)量最大。本機(jī)的沙塵利用絞龍統(tǒng)一排走，下面不需要建專用的塵房，塵房土建的造價成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于除塵器本身，這也是除塵器在棉花加工領(lǐng)域用量很少的重要因素。本機(jī)的濾料和所附著的鋼絲網(wǎng)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(qiáng)、可模塊化設(shè)計。

本機(jī)的一級圓網(wǎng)面積和多層圓籠的層數(shù)決定了可處理風(fēng)量的多少，可以所要處理的風(fēng)量為主要參數(shù)來有針對性的、模塊化、系列化設(shè)計本機(jī)。

五、后記

目前棉花加工生產(chǎn)中，機(jī)采、開模、喂給、清理、軋花、成包工藝都已較成熟，設(shè)備也幾經(jīng)更新?lián)Q代，然而軋花生產(chǎn)中的除塵工藝還延續(xù)著五、六十年代的傳承，除塵設(shè)備相對于主機(jī)幾乎沒有進(jìn)展。隨著人們環(huán)保意識的提高，環(huán)保法規(guī)的日趨嚴(yán)厲，棉花加工生產(chǎn)企業(yè)也強(qiáng)烈期盼有適用于機(jī)采棉除塵設(shè)備的出現(xiàn)。筆者愿拋磚引玉，希望有更好的除塵設(shè)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(xiàng)目（2015BAD19B04）棉花產(chǎn)后增值關(guān)鍵技術(shù)裝備研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化示范