分室定位反吹袋式除尘器是我国自主研发的新型外滤式分室反吹袋式除尘技术。该技术于2002年开始投入实践应用.针对实践应用，2010年以后，有关研发人员总结经验教训，从更合理的“微压反吹清灰”机理出发，优化该技术。完善后的该技术保留外滤反吹清灰特色，优化回转清灰机构，更好地实现离线清灰;将原来的滤袋紧绷在袋笼上改为滤袋与袋笼间隙配合，取消原有沉重的袋底定位装置，保证滤袋的弹性变形;研制新式清灰机构，实现清灰点数、位置自由选择，清灰时间可调;并对除尘器气流分布，袋室布置，滤袋型式等技术环节做了改进。
之后该除尘技术在山西漳山2X600MW燃煤机组及内蒙京泰、广东湛江、山西阳光、上海吴泾等多台300MW燃煤机组成功应用，表现出高过滤精度(出口粉尘浓度低于15mg/Nm3)、低运行阻力(满负荷除尘器本体阻力600-1000Pa)，滤袋寿命长(5年以上)等技术优势。
分室定位反吹袋式除尘器过滤-清灰工作流程
如图2所示，该除尘器过滤时，含尘气体从滤袋外表面流向滤袋内，再通过袋口、袋室口流经净气室，进入引风机，粉尘被过滤隔离在滤袋外表面形成粉尘层。当粉尘层达到一定厚度，除尘器阻力增高到设定值(800Pa或1000Pa)，除尘器启动回转反吹清灰机构。
清灰状态时，回转反吹机构下端做圆周运动，到达某袋室口后暂停，回转机构上端连接引风机出口，靠引风机出口与尘气室之间压差(约3000Pa)形成反吹气流，并持续4-30秒钟。反吹气流从滤袋口进入滤袋，滤袋受内部正压而鼓胀，气流透过滤袋流向滤袋外，对滤袋外表面的粉尘层形成气化，在滤袋鼓胀和气流气化的共同作用下，粉尘层剥落，沉降到灰斗，完成清灰过程。一个袋室清灰完成后，回转机构继续旋转到下一个袋室口，重复上述操作，直到所有袋室都完成清灰。
滤袋外粉尘层受力分析
分室定位反吹袋式除尘器采用微压反吹清灰技术。不同于传统脉冲袋式除尘器采用高压气流鼓动滤袋产生较大的反向加速度以实现滤袋与粉尘层剥离，微压反吹清灰技术是以微压气流气化粉尘层，削弱粉尘层间的粘聚力，靠粉尘自身重力沉降清灰。这种清灰方式，保留与滤袋接触的粉尘初层，清除外围粉尘层。
当前脉冲袋式除尘器是袋式除尘领域主流技术，学界多是依照脉冲清灰机理来理解、分析其他各种清灰方式的。脉冲清灰机理是以爆破模式为理论原型，注重清灰过程中气流最大压力，最大反向加速度，压力上升时间等指标。由于反吹清灰气流压力较低，清灰过程无反向加速度产生，一般被认为是清灰效果不佳的弱清灰。
燃煤电厂粉煤灰是一种干粉土。实践观察表明，反吹清灰时，多是大片尘块以滑落形式脱离滤袋，相比爆破运动，更类似一种滑坡运动。下面从力学角度，对于除尘器过滤—清灰过程进行分析。
考虑到清灰过程并不是清落滤料外表面的全部粉尘，需保持一定的粉尘初层，以保证清灰后过滤精度。在受力分析模型中，可区分为L1滤袋、L2粉尘初层、L3外围粉尘层，主要针对粉尘初层与外围粉尘层之间的受力进行分析;同时考虑到实际清灰时，粉尘多是以尘块形式滑落，受力分析模型中，可将外围粉尘层、粉尘初层都假设为具一定厚度的薄片。模型如图3所示。
图3、过滤-清灰过程受力分析图(L1-滤袋，L2-粉尘初层，L3-外围粉尘层)
在实际工况下，由于除尘器的运行参数在一定范围内波动，为了便于量化分析，各参数(单位面积)取定值如下：
(1)滤袋内外表面(含粉尘层)压力差1000Pa，
(2)滤袋外粉尘层质量：2kg/m2，其中粉尘初层0.2kg/m2，
(3)粉煤灰的安息角为25度，对应的内摩擦系数为：tg25。=0.466，
(4)粉煤灰粘聚强度为80Pa，
(5)反吹气流压力(以反吹时，滤袋内部与尘气室的压差计)：2000Pa，
(6)反吹气流维持时间：14秒，
(7)滤袋按表层过滤设计，滤袋与袋笼保持一定间隙，
在过滤过程中，滤袋、粉尘初层、外围粉尘层在X方向基本不受力;在Y方向，外围粉尘层负方向受重力G3，正方向受来自粉尘初层的抗剪力Fkj3，粉尘初层负方向受自身重力G2，和来自外围粉尘层的剪切力Fkj3，其大小等于G3，在正方向受来自滤袋的抗剪力Fkj2。
由土力学中库伦抗剪强度公式知，抗剪力由摩擦力和粘聚力组成，过滤过程，由于气流压力Fqy较大(1000Pa)，其产生的摩擦力(466Pa)足以抵消粉尘初层和外围粉尘层的重力(19.6Pa)，粉尘层不会因粉尘重力而发生滑落。
在Z方向：外围粉尘层受负方向的气流压力Fqy，和正方向的粉尘初层的支撑力N，过滤状态时支撑力等于气流压力;粉尘初层受力状况等同外围粉尘层。
反吹清灰过程：
微压反吹清灰技术要点是：分室离线，弹性滤袋，微压反吹。在反吹清灰过程，由这三个技术要点引起的粉尘初层和外围粉尘层产生的受力变化分析如下，
1、 分室离线
反吹过程，清灰机构罩在袋室口部，隔绝尘气室到净气室的气流，此分室内的多条滤袋不再过滤处于离线状态。
离线时，Z负方向的气流压力Fgy=0。虽然气流压力消失，考虑粉尘的土力学特性，原有压力会有一定的应力残余，也即是滤袋、粉尘初层与外围粉尘层间的抗剪力此时仍大于正常粘聚力。即使不考虑此部分残余应力，粉尘初层和外围粉尘层间粘聚强度为80Pa，尚能抵消其重力17.64Pa，维持挂灰。
2、 弹性滤袋
滤袋过滤清灰过程是否发生形变是区别“静态清灰”和“微压反吹清灰”的关键，有文献表明，弹性滤料较刚性滤料有着更好的清灰效果，如图4所示，但其原因尚缺乏分析。
清灰时，反吹气流进入滤袋，在Z正方向，滤袋因受反吹气流的正压力(2000Pa)而发生鼓胀，鼓胀到一定程度后，由于滤袋自身的弹性，其变形产生的拉力抵消了反吹气流压力，滤袋停止鼓胀。对于脉冲清灰，滤袋在自身拉力下产生反向加速度而马上收缩，而微压反吹清灰基本不产生反向加速度，滤袋鼓胀到位后稳定维持14秒钟，当反吹结束后才在过滤气流压力下收缩。
由于滤袋为闭合圆环，滤袋在Z方向的膨胀，会对附在其上的粉尘层形成X正负方向的剪切力。由土力学可知，干粉土组成的粉尘层只存在抗剪强度，不存在抗拉强度，在X方向的剪切力作用下，粉尘层会在圆周向发生多处断裂，外围粉尘层与粉尘初层间还会发生X方向的剪切错位，致使原有粉尘层结构变化，残余应力被消除，抗剪强度下降，有利于外围粉尘层的剥离。
3、 微压反吹
随着滤袋鼓胀，反吹气流透过滤袋进入到粉尘层并维持14秒钟，在粉尘初层、外围粉尘层间发生气化，粉尘结构变得松散。粉尘间的粘聚力属于范德华力，与颗粒距离的4-7次方成反比。粉尘受气化作用，如其颗粒距离增加一倍，粉尘层间的粘聚强度将从原有的80Pa降为5pa，低于Y负方向的外围粉尘层重力(17.64N/m2)，外围粉尘层靠自重即可自然滑落，实现清灰。
微压反吹清灰机理探讨
我们对滤袋外粉尘层在过滤-清灰过程作受力分析后，对微压反吹清灰机理会有更深入的理解：
1、依据过滤机理，实现袋式除尘器高效过滤的是粉尘初层。如果清灰过程破坏了粉尘初层，滤袋过滤精度会受到影响。为了保证稳定达标，袋式除尘器清灰时要保留一定量的粉尘初层，而尽量清除外围粉尘层。传统的惯性清灰理论，靠破坏粉尘层与滤袋之间粘附力来实现清灰，不利于粉尘初层的保护，在生产实践时常出现清灰后，粉尘浓度高排现象。
2、依据受力分析，具有重力的外围粉尘层在过滤过程能附在粉尘初层上不沉降，是受到粘附力的作用，这个粘附力是由气流压力产生的摩擦力和粉尘自身的粘聚力共同组成的抗剪力，其方向与重力方向相反，与清灰剥离面平行。之前的清灰机理研究中，都将此粘附力理解为垂直于剥离面的抗拉力，在清灰过程中需反向加速度来克服此粘附力。而依据土力学知识，粉煤灰组成的粉尘层之间并不存在垂直于剥离面的粘附力，清灰反向加速度大小对清灰效果无明显影响。
3、之前有清灰理论研究认为，将尘粒从纤维上吹落的气流速度至少需要10-20m/s。但是又有研究表明，当粉尘负荷在1000g/m2时，反吹风速在2-3m/min，即可获得很好的清灰效率，如图5所示。两种说法表面看相互矛盾。
由上述清灰过程分析知，反吹风并不需要吹落附着在纤维上的粉尘初层，也不需要吹落外围粉尘层，只要能够进入到粉尘层间，形成粉尘层气化，削弱粉尘层粘聚力，外围粉尘层即可靠自身重力实现有效清灰。
4、原有静态清灰理论认为，“如果滤袋被袋笼张紧拉直后，在过滤过程中，粉尘会大量自行滑落”。受力分析可以发现，在过滤过程，因气流压力作用，粉尘层会受到较大的摩擦力(500Pa)，这个摩擦力远大于粉尘重力(19.6N/m2)，所以滤袋是否被张紧拉直，粉尘层的重力都不足以使其会自动滑落，滤袋是否拉直与粉尘自行滑落的相关性得不到理论支持。
5、原有静态清灰理论强调“滤袋被袋笼张紧，清灰过程滤袋保持静止”。粉煤灰可视为干粉土，属于弹塑性材料，具备微弱的水硬胶合性能，很好的强度灵敏性。在过滤过程，由于气压的作用，粉尘层会被压实，加之水气的作用，会形成一定的结构，使其抗剪强度增强。即使之后转为离线状态，此强度仍然保持。不过粉尘层结构如发生变化，此残余强度立刻消除。弹性滤料可以通过清灰变形来消除粉尘层残余应力，使得粉尘更易被清除。但滤袋如不变形，粉尘层残余应力难于得到消除，反吹清灰的难度大大加大，这是之前静态清灰项目清灰不佳的主要原因。
结论
经了解，脉冲除尘器清灰机理是基于沥青渣等粘性物质作为粉尘成分实验而建立的，该理论认为存在垂直于剥离面的粉尘粘附力，因而需要垂直于剥离面的反向加速度来破坏此粘附力，反向加速度的大小影响着粉尘的剥离效果，但这一理论并不适用于粉煤灰等干粉土的清灰过程。
本文依据土力学原理建立滤袋外粉尘层受力模型。粉煤灰等干粉土类物质虽然也存在粘附力，但是此粘附力表现为平行与剥离面的抗剪力，而非垂直于剥离面的抗拉力。这一粉尘性质的变化，导致用原有脉冲清灰理论评价反吹清灰时出现偏差。
本文依据粉煤灰特性重新对反吹清灰过程作力学分析，对微压反吹清灰过程中的分室离线、弹性滤袋、微压反吹三个要素对于清灰的贡献进行分析，探讨清灰机理，希望分析结果可供日后袋式除尘器设计、研发参考。
