袋式除尘器喷吹脉冲式与侧进气式结构对比

袋式除尘器喷吹脉冲式与侧进气式结构对比

用于水泥工业的袋式车床主要有两种类型：风式和脉冲式，其中脉冲类型分为气箱脉冲和喷吹脉冲。以前,由于反吹风式的滤袋较长(10m),在处理大烟气量的场合相对占地面积较小,多用于窑系统的除尘,而脉冲式的虽然有很多优点,限于当时的技术水平滤袋较短(2m～3.5m),多用于处理小烟气量的场合。近年来喷吹脉冲式的滤袋已经可以做到8m,完全克服了处理大烟气量后占地面积大的缺点,在窑系统中得到了大量的应用,并取代了反吹风式,因而本文所探讨的袋式除尘器均指喷吹脉冲式。喷吹脉冲式的滤袋长度从2m～3.5m发展到8m是袋式除尘器最重要的突破,这一突破最主要的原因是袋式除尘器结构设计采用了一系列新技术。1侧通气方式的影响进气方式是指烟气进入过滤区(滤袋组)的流动方向。以前袋式除尘器多采用下进气方式(见图1)。这种进气方式有很多缺点,首先烟气在过滤区内的流动方向与粉尘的沉降方向相反,清灰时易产生二次吸附;其次,滤袋上下部粉尘粗细颗粒分布不均,粗颗粒多在底部而细颗粒多在上部;第三,受烟气在滤袋之间运动速度(上升速度)的限制,滤袋间距不能太小。这些缺点随滤袋的长度增加而增加,这就是当初滤袋被限制在3.5m以内的原因。而侧进气方式与下进气方式完全不同(见图2),烟气不再通过灰斗而是直接从过滤区的侧面进入,再从过滤区内向下运动,相对于过滤区来说,烟气是从侧部进入的,所以称为侧进气方式。侧进气方式有很多优点,首先,烟气在过滤区内的流动方向与粉尘沉降方向垂直或一致,提高了清灰效果;第二,烟气直接从侧部进入过滤区,滤袋上下部的粉尘颗粒分布均匀,粉尘层的阻力低,清灰容易;第三,烟气直接从侧部进入过滤区,烟气在滤袋之间运动速度与滤袋的长度无关。这些优点正好与下进气方式相反,而且滤袋越长优点越明显,从而解决了滤袋长度问题。2采用喷吹方式控制清灰能力喷吹技术的突破一是高性能大规格脉冲阀的出现,如澳大利亚高原公司开发的3″淹没式脉冲阀,相对于2.5″的角形阀来说,不但规格增加了,而且直接安装在分气箱上,所以喷吹阻力小,喷气量大。目前他们又开发出4″甚至更大规格的淹没式脉冲阀,可提供更大的喷气量。高原公司早已开发出8″～12″的脉冲阀,用于鲁奇的回转管喷吹脉冲技术中。另一个突破是对喷吹机理认识的提高,以前人们担心滤袋增长会影响清灰效果,喷吹气流不能有效到达袋底。通过实验室试验证明,滤袋的清灰强度最薄弱的部位不是袋底而是袋口,袋底的清灰强度仅稍低于滤袋中部,说明长袋不是清灰的障碍。也有资料认为,清灰时袋口以下0.5m处压力最大,底部其次,而中部最小,虽然与前面的说法不同,但袋底不是最薄弱的结论是一致的。澳大利亚高原公司的计算软件也表明,只要喷吹装置设计合理,8m长的滤袋清灰时的袋底压力完全能达到2000Pa的要求。更有意思的是,同样的喷吹装置,对6m～8m的滤袋来说,清灰时的袋底压力值变化不大,也证明了清灰能力不是袋长的障碍。有人担心滤袋增长会增加袋口风速,从而使阻力增大并加速袋口磨损。根据富乐公司当初的技术,要求脉冲式的袋口风速控制在3m/s左右,后来人们发现,袋口风速取到5m/s时对阻力并没有明显影响,而袋口的磨损或损坏主要是清灰气流的冲击,与袋口风速关系不大,说明袋口风速也不是长袋的障碍。3保证清灰效果考虑到运输条件和成本,大部分袋式除尘器的花板、喷吹管等都在现场安装,这样很难保证花板的平面度和喷吹孔与花板孔的对中质量,而这一切又与滤袋的寿命密切相关。试想,如果喷吹孔与花板孔对中不好,甚至喷吹孔不垂直与花板,那么在喷吹时强大的喷射气流很容易将滤袋吹破,更谈不上清灰效果,现场因为这一安装问题造成的破袋事故很常见。如将花板、喷吹管等在工厂内组装成整体结构发运到现场,能从根本上解决这一问题,这就是整体净气箱结构。整体净气箱结构虽然运输成本较大,但工厂内的专业生产能够保证花板、喷吹管等关键部位的组装质量,这对保证清灰效果和滤袋寿命致关重要。且整体净气箱结构安装方便快捷,便于现场维护,让用户真正能够放心。4减少漏风的常用技术为由于喷吹脉冲袋式除尘器的安装和更换滤袋都在顶部进行,所以在顶部设计有非常多的检修门,这些检修门是主要漏风点。除尘器的漏风不但增加运行能耗,还会加速喷吹时烟气和压缩气体中的水分析出,使滤袋上的粉尘受潮粘接,造成滤袋严重挂灰甚至无法工作,所以袋式除尘器的漏风控制是相当重要的,为此在《水泥工业除尘技术工程规范》中对漏风率作了最低要求的规定。为了减少漏风,目前比较好的技术有两种,一种技术是顶部采用大规格检修门,即一个除尘室设置一个检修门,检修门规格增大后,同样的检修门面积可大大减少密封条的长度。以一台处理900000m3/h风量的除尘器为例,采用大规格检修门后其密封条长度比普通小检修门减少一半以上,仅这一点就可使漏风率降低一倍。由于采用了大规格检修门,除尘器顶部的门框刚度很容易得到加强,更有利于保证密封效果。减少漏风的另一技术是采用高净气室结构,即在花板的上部设计有较高空间的净气室,安装和更换滤袋均在净气室内进行,所以也称内换袋结构。这种结构的每个净气室只要设计一个供滤袋袋笼进出的检修门即可(如果是在线清灰结构,则每台除尘器只要有1～2个这样的检修门),因而检修门的密封条长度更少,漏风率更低。以上两种技术中高净气室结构的漏风率最低,但结构较大,而大规格检修门的漏风率虽不如高净气室结构,也远远低于《规范》中的要求,且结构相对较小。目前,国际上这两种结构都有大量应用,尤其是整体净气室结构,为设计制作大规格检修门创造了条件,两者的结合可谓集上述优点之大成,是目前袋式除尘结构设计中的一个亮点。5气路串联设计的必要性喷吹技术对长袋的影响,除了采用大口径脉冲阀外,喷吹气路系统的设计是否得当也相当重要。水泥工业因玻纤覆膜滤料而多采用低压(≤0.3MPa)大流量清灰方式,由于清灰压力较低,清灰气量显得相当重要,也就是说,当脉冲阀工作时,应保证在极短时间内(0.1～0.2s)喷出足够的压缩气体量才能满足清灰要求。如高原公司的3″淹没式脉冲阀在喷吹压力0.3MPa时一次的喷气量大约0.8Nm3,这就要求气路系统应有在这个时间内提供≥0.8Nm3气源的能力,这种能力称为补气能力。要满足补气能力,仅仅选择足够能力的空压机和贮气罐是不够的,因为它们通常距脉冲阀较远,气路中还有管网的阻力等,而脉冲阀的工作时间很短,靠它们来补气,时间上来不及。也就是说,气路系统在脉冲阀工作前不但能提供足够的压缩气体,而且这些压缩气体必须贮存在距脉冲阀很近的位置。脉冲阀大多安装在由方管或圆管制成的分气箱上。分气箱除用于固定脉冲阀外,其容积是贮存压缩气体最理想的地方。但一个分气箱的容积是有限的,仍以3″淹没式脉冲阀为例,假定分气箱采用准400mm的钢管制作,长度3000mm(一个分气箱上安装12个脉冲阀,脉冲阀间距230mm),则一个分气箱的容积仅为0.377m3,还未扣除脉冲阀和喷吹管占去的空间。显然靠一个分气箱的容积来满足一个脉冲阀的喷气量(0.8Nm3)是远远不够的,必须是多个分气箱的容积共用才行,这就涉及到分气箱之间的气路联接问题。通常的气路联接都是在主气路与每个分气箱之间设计一个截止阀(见图3),这种联接称并联设计。它有一个很大的缺陷,当一个脉冲阀工作时,其它分气箱的气体要通过两个截止阀和四次转向的管路才能向正在工作的分气箱进行供气,显然谈不上多个分气箱的容积共用,或者说补气能力很差。比较好的气路联接是主气路通过截止阀接第一个分气箱,分气箱之间直接用和脉冲阀规格相当的伸缩式联接器进行联接(见图4),这种联接称串联设计。当一个脉冲阀工作时,其它分气箱的气体能快速向该分气箱进行供气,因而串联设计才能真正做到多个(整排)分气箱的容积共用,补气能力非常好。任何一种设计都有利弊两方面,关键要进行利弊的主次分析和功能效益的分析。气路设计中,补气能力是主要的,而方便检修是次要的,补气能力的好坏在运行中始终影响清灰效果,而检修功能在整个运行期间很少用到几次,相比之下,串联接法抓住了主要功能,功能效益也比并联高。6离线清灰结构从清灰方式上分,有定时清灰和定阻清灰。定时清灰是清灰操作按固定的时间间隔进行,适合工艺状况较稳定的场合。定阻清灰是清灰操作由除尘器的运行差压决定,当差压达到设定值时开始清灰,直到差压低于设定值,适合工艺状况不太稳定的场合。定阻清灰能使除尘器的整体阻力稳定在一定的范围内,对工艺操作有利,定阻清灰不会造成清灰过度或清灰不足等情况,有利于保护滤袋和节省能源,相比之下,定阻清灰应用较多。从结构上分,有离线清灰结构和在线清灰结构两种。离线清灰是指清灰时,被清灰的滤袋(室)通过离线阀切断过滤烟气(离线)而脱离过滤状态,清灰完成后再打开离线阀恢复过滤状态,即清灰和过滤分开进行。在线清灰则在清灰时并不将被清灰的滤袋(室)脱离过滤状态,而是清灰过滤同时进行。这里要注意清灰结构和清灰方式的区别,离线清灰结构是带离线阀的,可实现离线清灰或在线清灰(离线阀不工作)。在线清灰结构是不带离线阀的,只能实现在线清灰。从清灰效果上看,离线清灰由于清灰和过滤分开,因而清灰时不易产生二次吸附,有利于粉尘的沉降,清灰效果好,在相当长一段时间内得到广泛应用。然而它也不是完美无缺的,首先离线清灰必须设置离线阀。离线阀不但增加成本和故障点,也增加了机械阻力,据估算,当离线阀的风速在10m/s时,阀本身加烟气的转向等阻力将达到100Pa以上;第二,对整台除尘器来说,总有一个室的过滤面积在离线和在线两种状态下转换,因而整机阻力波动较大,分室数越少这种波动越大,影响工艺系统的操作;第三,由于经常有一个室的过滤面积在离线状态下不参加过滤,全部过滤面积不能得到充分利用。所以国际上现在都比较提倡在线清灰结构,因为在线清灰结构对除尘器来说就是节能———机械阻力低,降耗———滤袋数量少。从清灰效果上看,只要采用侧进气方式,粉尘沉降方向与烟气流动方向垂直或一致,与离线清灰并没有明显差别。7不停机检修功能国内的袋式除尘器大多有不停机检修功能,也就是说当某一个室的滤袋发生破损后,可以不用停止主机设备的运行而进行更换滤袋等检修操作。这一功能在滤袋破损不能得到保证的情况下相当有用,因而得到了用户的欢迎。实现不停机检修功能就是将除尘器从结构上分成若干个独立的室,每个室的进口和出口均设有切断阀门(出口阀门也就是离线阀),当某室的滤袋发生破损后则关闭该室的进气和出气阀门,将该室从过滤状态隔离出来而其它室仍然正常工作。不停机检修功能确实起到了应有的作用,为用户的正常生产提供了保证,因而大多数用户都要求有这种功能也是非常合理的。但这种功能也有很多不足,这一点并没有引起足够的重视。由于每个室都要设置进口和出口阀门,仅离线阀的机械阻力就在100Pa左右,现在再加上进气阀,其机械阻力产生的能耗不可忽视。对于高浓度除尘来说,由于烟气中的粉尘浓度很高,进气阀的运行阻力会更大。8破袋检测功能由于一台除尘器的滤袋数量很多,当运行中发生个别破袋时,厂家总希望知道哪个袋子破了,以便快速地更换处理,这就是破袋检测功能。目前比较常用而又可靠的方法是采用带破袋检测功能的在线粉尘浓度仪,将浓度仪安装在除尘器出气口的烟道上,利用破袋后排放超标的特点来确定破袋的位置(严格讲应当是排数)。这种方式有两种基本的应用,一种用于在线清灰结构,另一种用于离线清灰结构,现分别介绍如下:8.1在线粉碎浓度仪的距离由于在线清灰结构不设离线阀门,所以一旦发生破袋,清灰时粉尘排放的突变与脉冲阀的动作和破袋距在线粉尘浓度仪的距离有相应的关系,见图5。图5中的左图为没有发生破袋时的情况,测到的粉尘排放浓度均低于设定值,而右图则有破袋的情况,即第8～11排(上部横座标)的滤袋发生破损,这是利用每排滤袋到在线粉尘浓度仪的距离不同而测得的,现场只要调试好,一般都比较准确。8.2关闭或关闭相关室离线清灰结构在清灰时离线阀是关闭的,因而无法利用每排滤袋到在线粉尘浓度仪的距离不同,此时采用的方法是,