倪小艷 王北平 張金華

(1.潔華控股股份有限公司，海寧，314419;2.西安西礦環(huán)?？萍加邢薰荆靼?，710075;3.浙江宇邦濾材科技有限公司，海寧，314412)

1 袋式除塵器的特點

袋式除塵器是利用袋式過濾元件來捕集含塵氣體中的粉塵，使氣體凈化，同時通過清灰機構(gòu)清除被阻留在濾袋表面的附塵，使濾袋再生而恢復(fù)其過濾功能的高效除塵設(shè)備。袋式除塵器具有除塵效率高、工作穩(wěn)定可靠、排放濃度低、適用范圍廣、維護方便等特點。

早期由于濾料等技術(shù)的限制，袋式除塵器在工業(yè)爐窯高溫煙氣處理中的應(yīng)用并不多。當時，電除塵器能滿足國家環(huán)保標準的排放要求，所以各種高溫煙氣的治理以電除塵為主。隨著科技的不斷進步及業(yè)內(nèi)人士的不斷探索，各種耐高溫的濾料相繼被開發(fā)出來，這促進了袋式除塵器在高溫煙氣處理系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用。袋式除塵器和電除塵器相比既存在優(yōu)點，也存在缺點。

1.1 袋式除塵器的優(yōu)點

袋式除塵器的除塵效率高，可穩(wěn)定達到99.50%～99.99%，排放粉塵濃度可穩(wěn)定達到30 mg/m3以下，甚至5 mg/m3以下;能有效捕集 PM10，甚至PM2.5以下的微細粉塵，回收可利用的粉塵;它不受粉塵種類、粉塵濃度高低、顆粒大小和粉塵比電阻的限制。它所使用的濾料具有常溫(140℃以下)、高溫(140～300℃)和超高溫(300℃以上)之分，濾料選擇合理均能滿足除塵要求。袋式除塵器采用單元模塊組合式結(jié)構(gòu)，處理風量范圍大，能適應(yīng)工藝負荷變化引起的風量波動;可充分利用現(xiàn)場場地設(shè)計，不停機而分室停風進行維護、檢修、換袋;利用預(yù)噴涂、預(yù)附層技術(shù)，可同時進行對粉塵和有害、有毒氣體的凈化處理。

1.2 袋式除塵器的缺點

袋式除塵器要求控制煙氣的溫度在過濾材料所能承受的范圍內(nèi)，以防止因溫度超高而燒損濾袋，同時也要防止因低溫水汽結(jié)露糊袋或酸結(jié)露腐蝕濾袋。袋式除塵器運行阻力(指進出口間阻力)較電除塵器大，一般為1 000～1 500 Pa，最大可達2 000 Pa。隨著新過濾材料的開發(fā)，除塵器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改進，過濾風速的降低，袋式除塵器的運行阻力也在降低。

2 袋式除塵器常用濾料

濾料是袋式除塵器的核心，濾料選用合理與否決定著除塵器的除塵效率、排放濃度以及濾袋的運行阻力和使用壽命，因此濾料的選用要慎重。濾料的品種繁多，常用的有丙綸、亞克力、滌綸、芳綸、P84、PPS、玻纖以及各種復(fù)合濾料等。袋式除塵器常用濾料材質(zhì)及其理化特性見表1。

濾料的選用應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求、含塵氣體及粉塵的理化特性、所配除塵器的清灰型式，主要考慮因素為：達到用戶要求的排放濃度和使用壽命，技術(shù)上考慮經(jīng)濟合理。

表1 袋式除塵器常用濾料材質(zhì)及其理化特性

3 袋式除塵器的選用

正確選用袋式除塵器是保證除塵系統(tǒng)正常運行并達到預(yù)定排放濃度的最重要環(huán)節(jié)，也是獲得最長濾袋壽命的關(guān)鍵措施。一般的選用應(yīng)考慮如下因素。

3.1 準確掌握設(shè)計原始資料

設(shè)計的原始資料包括：

(1)對排放濃度、濾袋壽命的要求。

(2)袋式除塵器安裝現(xiàn)場位置及場地面積的要求。

(3)對含塵氣體特性的把握(氣體的化學(xué)成分、溫度、含濕量、含塵濃度、腐蝕性、可燃性、易爆性等)。

(4)對粉塵理化特性的掌握(粉塵的粒徑、分散度、腐蝕性、磨啄性、黏性等)。

(5)除塵系統(tǒng)風量及其波動的可能性(系統(tǒng)風機的風量、風壓等)。

3.2 合理選擇過濾風速

過濾風速是表征袋式除塵器處理氣體能力的重要技術(shù)經(jīng)濟指標，是指通過濾料的風速，也稱氣布比，其物理意義是指單位時間內(nèi)過濾的氣體量和過濾面積之比。對于分室停風離線脈沖清灰或分室停風反吹風清灰的袋式除塵器，其過濾風速有全過濾風速和凈過濾風速之分。凈過濾風速指袋式除塵器離線清灰時，停止了一個分室或幾個分室，其處理的風量由其他各室承擔時的過濾風速。

過濾風速的大小取決于粉塵特性及其濃度大小、氣體特性、濾料品種以及除塵器清灰方式。對于塵粒細、濃度大、黏性大、磨啄性強的粉塵，以及高溫高濕、腐蝕性氣體的過濾，過濾風速宜取小值，如0.7～0.9 m/min，反之取大值，如0.85～1.1 m/min。對于濾料，機織布阻力大，玻纖布不耐折，過濾風速取小值;針刺氈孔隙率高，阻力小，可取大值;覆膜濾料取大值。對于除塵器清灰方式，如機械振打、分室反吹風清灰，清灰強度較弱，過濾風速取小值，如0.5～0.7 m/min;脈沖清灰強度大，可取大值，如0.85～1.1 m/min。選用過濾風速時，若風速過高，處理相同風量的含塵氣體所需的濾料過濾面積就小，則除塵器的體積小、占地面積小，耗鋼量也小，一次投資小。但除塵器阻力較大，耗電量大，因而運行費用就大;并且容易造成排放濃度高，濾袋壽命短。反之，過濾風速小，一次投資大，但運行費用小，排放濃度低，濾袋壽命長。近年來用戶對袋式除塵器的要求不斷提高，既關(guān)注排放濃度，又關(guān)注濾袋壽命。不僅要求達到20～30 mg/m3，甚至5 mg/m3的排放濃度，還要求濾袋壽命達到3～4年或以上，且除塵器能長期平穩(wěn)運行，不更換濾袋。因此，過濾風速宜小不宜大。

3.3 除塵器的結(jié)構(gòu)設(shè)計

袋式除塵器的種類較多，有機械振動清灰類、反吹風清灰類、氣箱脈沖清灰類及行噴式脈沖清灰類袋式除塵器。行噴式脈沖袋式除塵器以其優(yōu)異的性能而應(yīng)用最為廣泛，它清灰強度大，除塵效率高，是一種目前發(fā)展迅速且遍及各工業(yè)除塵領(lǐng)域的高效袋式除塵器。下面介紹行噴式長袋脈沖除塵器的結(jié)構(gòu)設(shè)計要素。

3.3.1 花板結(jié)構(gòu)

花板是袋式除塵器的關(guān)鍵部件，花板設(shè)計的合理與否直接決定著袋式除塵器能否成功應(yīng)用。為便于運輸，一般的行噴式長袋脈沖除塵器均設(shè)計為分室單元組合結(jié)構(gòu)，濾袋規(guī)格以Φ130 mm×6 000 mm和Φ160 mm×6 000 mm為常見，濾袋長度有的可到8 000 mm或以上，脈沖閥配76.2 mm淹沒式。本文以6 000 mm袋長為例介紹其結(jié)構(gòu)設(shè)計。

綜合考慮產(chǎn)品運輸、經(jīng)濟合理以及脈沖噴吹的技術(shù)優(yōu)劣和袋式除塵器的工程應(yīng)用經(jīng)驗，一般除塵器每小室設(shè)計有10、11、12閥為常見，每閥噴吹16～20袋為經(jīng)濟合理，已得到工程實例的成功論證，其運行穩(wěn)定、可靠，技術(shù)相對成熟。花板的結(jié)構(gòu)見圖1。布袋中心線至殼體邊a值取不小于200 mm;噴吹管末端考慮噴吹管支架，所以c值取240～260 mm。如除塵器頂部設(shè)計為小揭蓋結(jié)構(gòu)(頂部也有大揭蓋)，門框一般設(shè)計為100 mm寬，80 mm高(圖2)，則門框之間兩布袋中心距 b=D袋+120 mm;d值考慮箱式殼體設(shè)計支撐件(圖3)，d=D袋+D撐+140 mm?？紤]揭蓋方便，n×e一般按2×(D袋+70)mm或3×(D袋+70)mm考慮，m×e一般按7×(D袋+70)mm或9×(D袋+70)mm考慮，70 mm為相鄰兩布袋凈間距。當然，布袋長度超過6 000 mm時各參數(shù)應(yīng)適當放大。

圖1 行噴式長袋脈沖除塵器花板結(jié)構(gòu)

圖2 除塵器頂部設(shè)計

圖3 箱式支撐件設(shè)計

3.3.2 噴吹及凈氣室

噴吹裝置是脈沖袋式除塵器清灰的核心。它主要由分氣箱和噴吹管組成，分氣箱上安裝有脈沖閥，脈沖閥通過控制系統(tǒng)定時進行脈沖放氣。由于過濾工況的不斷進行，黏附在濾袋外側(cè)的粉塵逐漸增多，設(shè)備阻力隨之增大。當設(shè)備阻力達到預(yù)先設(shè)定的值時，就需要對濾袋進行清灰。分氣箱中的壓縮空氣由脈沖閥控制而瞬間被釋放，通過噴吹管上的噴嘴急速射入對應(yīng)的濾袋，同時凈氣室中的大量干凈空氣被二次引流沖入濾袋，此時氣流在濾袋內(nèi)自上而下形成強沖擊波而抖動，由于濾袋的張力作用同時產(chǎn)生反向加速度，從而震落附著在濾袋外表的粉塵，達到清灰的目的。

脈沖噴吹氣流在噴吹管內(nèi)從頭部向尾部流動過程中，氣流的動壓逐漸減小，靜壓逐漸增大，當噴吹氣流到達噴吹管末端時動壓已全部轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓。因此沿著噴吹氣流方向，噴吹管上的每一個噴嘴射出的氣流量并不相等，而是呈從小到大的規(guī)律，形成噴吹不均現(xiàn)象，試驗證明確實如此。根據(jù)試驗和工程經(jīng)驗數(shù)據(jù)，一般噴嘴口徑沿氣流方向設(shè)計為Φ18～14 mm的變口徑，基本能形成各噴嘴的均勻噴吹。

為了達到最佳的噴吹效果，在確定了噴嘴口徑和濾袋直徑的前提下，噴吹管中心至花板面的距離至關(guān)重要。根據(jù)試驗并結(jié)合工程經(jīng)驗，一般噴吹高度g值取260～300 mm為佳(圖4)。

圖4 除塵器頂部結(jié)構(gòu)設(shè)計

除塵器一般布置在室外，為了防止積水，除塵器頂部設(shè)計為斜坡形(圖4)。考慮操作方便和水流順暢，f值取550～600 mm，傾斜角β值取3～4°，h值與噴吹管的長度有關(guān)。對于凈氣室室內(nèi)換袋的結(jié)構(gòu)，凈氣室高度空間按換袋要求考慮。

3.3.3 各口風速及清灰周期

除塵器工作是一個動態(tài)的運作過程，其內(nèi)部流場復(fù)雜多變，難于捉摸。為了使其內(nèi)部流場趨于一定的均勻性，除塵器各口的風速須嚴格控制(圖5)。筆者總結(jié)了多年來的設(shè)計經(jīng)驗和工程實例，給出長袋脈沖除塵器各口的設(shè)計風速，供廣大讀者參考。

圖5 除塵器各口風速控制

除塵器的進口風速V1值取10～11 m/s，出口風速V2值取11～12 m/s，支管風速 V3值取8～9 m/s，提升閥閥口風速V4值取9～10 m/s，過濾室內(nèi)部氣流上升嵌速度V5值取1.0～1.1 m/s，濾袋袋口風速一般取小于3 m/s。

脈沖袋式除塵器清灰周期的估算。設(shè)除塵器的處理風量為L(m3/h)，入口濃度為r(g/m3)，過濾面積為s(m2)，灰密度為ρ(t/m3)，清灰周期為T(min)。按濾袋表面積灰3mm計算，則清灰周期

4 袋式除塵器常見問題分析

袋式除塵器是一種高效的除塵設(shè)備，它越來越受到用戶的青睞。然而，袋式除塵器在實際應(yīng)用中也會出現(xiàn)各種各樣的問題。

4.1 排放濃度大，濾袋破損失效

袋式除塵器排放濃度超標，多數(shù)原因是濾袋破損造成的。常見的濾袋破損失效主要有空氣動力損傷、化學(xué)腐蝕損傷、熱損傷和機械磨損損傷(圖6)?？諝鈩恿p傷是指含塵氣流的沖刷或噴吹氣流的損傷?；瘜W(xué)腐蝕損傷是因煙氣中的有害成分引起濾料的化學(xué)反應(yīng)，造成濾料的機械性能下降而破損失效。濾袋的化學(xué)腐蝕多出現(xiàn)在煙氣成分超標工況，可分為氣體腐蝕和液體腐蝕，有害氣體成分在存在液體的情況下，更容易造成濾袋的損傷。熱損傷是由于所處理的煙氣異常高溫或存在高溫塵粒，溫度高于濾料的耐受溫度，對濾料造成損傷以致破損。機械磨損損傷是指濾袋使用過程中，因反復(fù)的過濾與反吹狀態(tài)切換，濾袋鼓脹與收縮，濾袋與框架或其他構(gòu)件間產(chǎn)生相對運動等造成局部磨損。因煙氣中存在液態(tài)成分(如結(jié)露)，與粉塵形成糊狀物質(zhì)，堵塞濾袋空隙的現(xiàn)象，俗稱“糊袋”，是另一種類型的濾袋失效。

圖6 袋式除塵器排放濃度超標原因

濾袋是整個除塵器的心臟，濾袋的失效會使得整臺設(shè)備無法正常運行。濾袋的失效主要與除塵器的設(shè)計與應(yīng)用、制造、安裝質(zhì)量有關(guān)。失效過程是從局部開始的，但是只要形成了小的磨損孔，將很快擴散，造成更大的濾袋損壞。因此，加強運行過程中的檢查、檢測，及早發(fā)現(xiàn)、及早處理，是避免造成大規(guī)模濾袋失效的重要措施。

4.2 除塵器運行阻力大

袋式除塵器的運行阻力大，常見的原因有脈沖閥不工作、糊袋、噴吹壓力過低、除塵器清灰時提升閥未關(guān)閉以及清灰程序不合理等因素(圖7)。除塵器運行阻力過大，不但影響了除塵系統(tǒng)的正常工作，也增加了系統(tǒng)的運行能耗，給用戶帶來雙重損失。因此需要仔細分析，認真研究處理。

5 結(jié)語

我國的脈沖袋式除塵器通過從國外引進先進技術(shù)并消化、吸收、再創(chuàng)新，目前袋式除塵技術(shù)已經(jīng)十分成熟，進入了快速發(fā)展階段，各種袋式除塵器產(chǎn)品技術(shù)日趨先進、完善，濾料技術(shù)、清灰技術(shù)、外配件等已逐步形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模。目前主流廠商的袋式除塵器產(chǎn)品性能已達到國際先進水平，主要產(chǎn)品在國際市場上也取得了很好的業(yè)績。

袋式除塵器的結(jié)構(gòu)設(shè)計、基礎(chǔ)構(gòu)件已經(jīng)逐步標準化，針對不同應(yīng)用條件的需要，進行解決相應(yīng)問題的個性化設(shè)計，是行業(yè)內(nèi)各廠商努力的主要方向。如應(yīng)對高溫、高腐蝕性等惡劣應(yīng)用環(huán)境;適應(yīng)大風量、高入口濃度、工況波動性大等應(yīng)用場合;與脫硫、脫硝及工藝過程相結(jié)合的特殊需求等。在這些特殊的應(yīng)用需求中，逐步派生出各種適用于特定場合的專用袋式除塵器系列。