林小英，曾煒鵬，鐘琴華，陳杰欽，魯傳麒

(福建工程學(xué)院 生態(tài)環(huán)境與城市建設(shè)學(xué)院，福建 福州 350118)

2012年新頒布的《空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-2012)中調(diào)整了環(huán)境空氣功能區(qū)分類，將三類區(qū)并入二類區(qū)，增加了細(xì)顆粒物(PM2.5)的控制標(biāo)準(zhǔn)，可見(jiàn)衡量空氣質(zhì)量的“尺子”變得更加嚴(yán)苛。粉塵的危害廣、影響大，對(duì)人體健康產(chǎn)生巨大威脅，可吸入顆粒物會(huì)危害呼吸道、肺等器官，細(xì)顆粒物甚至可以進(jìn)入人體的血液系統(tǒng)，在體內(nèi)積累后引發(fā)心血管疾病，粉塵逸散到大氣中通過(guò)降塵的形式對(duì)河流、土壤、植被造成影響，破壞生態(tài)環(huán)境[1]。

目前廣泛應(yīng)用的電袋一體式除塵設(shè)備主要是對(duì)已有的電除塵設(shè)備進(jìn)行改造和升級(jí)，例如在電除塵設(shè)備后接濾袋除塵設(shè)備，或者是在電除塵設(shè)備的集塵板之間設(shè)置濾袋除塵單元[2-3]，先經(jīng)過(guò)電除塵單元的處理，將氣流中的大顆粒粉塵去除后，再進(jìn)入濾袋除塵單元進(jìn)行進(jìn)一步的處理，使氣體達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。但前置式電袋除塵器運(yùn)行時(shí)阻力較大、費(fèi)用高，而嵌入式電袋除塵器對(duì)所處理的煙氣的成分和煙氣的溫度比較敏感[4-5]，而且這兩種電袋一體除塵設(shè)備在清灰過(guò)程中都存在二次揚(yáng)塵問(wèn)題，為此，本文設(shè)計(jì)了一種新型同心圓電袋一體化除塵器。

1 設(shè)計(jì)概述

本系統(tǒng)主體由兩塊呈同心圓布置的集塵極板組成，在兩集塵極板間布置有電暈線，內(nèi)圓布置濾袋，進(jìn)氣口處設(shè)有導(dǎo)流板，灰斗分為兩級(jí)。它具有以下多個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

(1)導(dǎo)流板使氣流均勻分布、減小氣流阻力；

(2)在圓形分布的電場(chǎng)中，因?yàn)闅饬髯龅氖遣糠汁h(huán)流運(yùn)動(dòng)，帶有電荷的粉塵在電暈線外側(cè)受到的離心力與電場(chǎng)力的方向一致，更有利于對(duì)大顆粒粉塵的收集；

(3)離線清灰的方式以及集塵板與灰斗相連的特殊結(jié)構(gòu)，有效地防止了二次揚(yáng)塵的產(chǎn)生；

(4)采用流線型設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)緊湊等。同心圓電袋一體化除塵器整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 同心圓電袋一體除塵器立體圖

2 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

電袋一體除塵器由進(jìn)氣單元、電除塵單元、濾袋除塵單元、清灰單元、灰斗等組成，整個(gè)箱體由支架支撐固定，細(xì)部詳見(jiàn)圖2。

圖2 同心圓電袋一體除塵器3D剖面圖

2.1 進(jìn)氣單元

該裝置采用的進(jìn)氣方式為側(cè)方進(jìn)氣口進(jìn)氣,進(jìn)氣口設(shè)在箱體的側(cè)上方，在進(jìn)風(fēng)口內(nèi)設(shè)置有導(dǎo)流板，一方面減小進(jìn)氣阻力，使氣流均勻分布在電場(chǎng)中，另一方面確保電除塵集塵板的有效集塵面積，防止氣體過(guò)快進(jìn)入到濾袋除塵部分，使濾袋除塵單元和電除塵單元間的煙氣分布更加均勻。由于斷面增大，氣流速度減小，大顆粒粉塵在慣性及重力的作用下率先沉積下來(lái)。濾袋除塵部分與電除塵部分由內(nèi)集塵板上的一個(gè)開(kāi)口相連通，電除塵部分處理后的煙氣經(jīng)過(guò)這個(gè)開(kāi)口進(jìn)入濾袋除塵部分。濾袋除塵單元采用外濾式，煙氣自下而上的運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)濾袋，粉塵顆粒被截留在濾袋外表面，潔凈氣體透過(guò)濾袋從正上方的煙氣出口排出，氣流走向如圖3所示。

圖3 同心圓電袋一體除塵器截面氣流走向

2.2 電除塵單元

電暈電極是電除塵單元的重要組成部分，是產(chǎn)生電暈放電的裝置，其放電性能將直接影響到電除塵單元的除塵效果。在多數(shù)情況下，要求電暈電極的起暈電壓低，火花電壓高，具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和一定的耐腐蝕性能，能保持準(zhǔn)確的極距和方便清灰。

芒刺形電暈線因其獨(dú)特的放電形式而具有比其他電暈線更高的放電強(qiáng)度。在正常情況下，芒刺形電暈線產(chǎn)生的電暈電流是星形電暈線產(chǎn)生的電暈電流的兩倍，而起暈電壓比星形電暈線要低。由于芒刺形電暈線尖端周圍產(chǎn)生的電子流和離子流都特別集中，所以在尖端的延伸方向上增強(qiáng)了電風(fēng)現(xiàn)象，可以有效防止因粉塵濃度過(guò)大而出現(xiàn)的電暈閉塞現(xiàn)象。

綜上所述，芒刺形電暈線很適合用于處理粉塵濃度高且比電阻大的氣體。固本設(shè)計(jì)在電極設(shè)置上采用芒刺形電暈線。放電齒片厚度設(shè)計(jì)為1.5 mm，放電點(diǎn)的曲率半徑設(shè)計(jì)為1.5 mm，芒刺形電暈線均勻地排布在圓形電場(chǎng)中，見(jiàn)圖4。

圖4 同心圓電袋一體除塵器3D局部放大圖

2.3 濾袋除塵單元

濾袋除塵單元中濾袋采用的材料為玻璃纖維針刺氈，纖維直徑為6 μm，可連續(xù)承受250 ℃的高溫，最高瞬時(shí)可承受溫度達(dá)290 ℃，具有成本低，過(guò)氣量大，耐腐蝕性好，過(guò)濾效果好等優(yōu)點(diǎn)[6-7]。PTFE(聚四氟乙烯)材料具有摩擦系數(shù)小的特點(diǎn)，制得的微孔膜表面光滑、致密而又多孔，粉塵無(wú)法透入過(guò)，粗細(xì)粉塵全部沉積在薄膜表面。而普通的織造濾袋或普通非織物濾袋，粉塵進(jìn)入織物內(nèi)部后，會(huì)形成一定厚度的粉塵初層對(duì)后續(xù)進(jìn)入的粉塵產(chǎn)生截留效果，從而實(shí)現(xiàn)深層過(guò)濾，但隨著使用時(shí)間的增加，粉塵層厚度增加，濾袋的阻力增大，直到粉塵堵塞織物而無(wú)法使用。

因此本裝置在濾袋表面覆PTFE制微孔過(guò)濾膜，將粉塵截留在膜表面，又因PTFE制微孔過(guò)濾膜的表面光滑，有非常好的化學(xué)穩(wěn)定性，具有不易老化、憎水的特性，使截留在微孔過(guò)濾膜表面的粉塵易于剝落[8]，同時(shí)起到保護(hù)濾袋、延長(zhǎng)使用壽命的作用，降低除塵器的使用成本[9]。為了避免煙氣直接沖擊濾袋降低濾袋的使用壽命，將濾袋的底部設(shè)計(jì)為兩層濾袋結(jié)構(gòu)，幾乎沒(méi)有過(guò)濾作用；同時(shí)將濾袋套在金屬袋籠上固定，防止濾袋的扭轉(zhuǎn)晃動(dòng)和扭轉(zhuǎn)。

2.4 清灰單元

清灰單元是除塵系統(tǒng)的重要組成部分。電除塵單元和濾袋除塵單元，在長(zhǎng)時(shí)間的工作后，其集塵部件上均會(huì)積聚一定程度的粉塵，如果不及時(shí)清除這些粉塵，會(huì)嚴(yán)重阻礙除塵系統(tǒng)進(jìn)行正常工作。若粉塵長(zhǎng)時(shí)間的累積，將使電除塵單元無(wú)法有效形成電場(chǎng)，中斷除塵過(guò)程，同時(shí)由于濾袋上積聚了大量粉塵，增大了濾袋過(guò)濾壓力，最終導(dǎo)致系統(tǒng)閉塞。

為避免產(chǎn)生二次揚(yáng)塵，本設(shè)計(jì)對(duì)除塵系統(tǒng)采用離線清灰的模式進(jìn)行清灰，一臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行清灰操作時(shí)，由與其并聯(lián)的另外一臺(tái)系統(tǒng)繼續(xù)進(jìn)行工作。電除塵單元采用的清灰方式是機(jī)械震打模式，擺錘(如圖4所示)由電機(jī)帶動(dòng)齒輪傳動(dòng)，在通道間前后擺動(dòng)，能同時(shí)對(duì)兩塊集塵板進(jìn)行清灰震打，震打力度的大小則根據(jù)粉塵在集塵板上的粘滯阻力等特性進(jìn)行設(shè)置。因脈沖清灰成本較高，而且本裝置中的濾袋為圓形布置，較為集中，濾袋除塵單元采用的清灰方式是逆氣流反吹模式。為防止清灰周期設(shè)計(jì)不合理?yè)p傷濾袋，電除塵單元與濾袋除塵單元兩部分不同時(shí)間進(jìn)行清灰操作。分別在集塵板及濾袋底部安裝壓敏感應(yīng)器，當(dāng)集塵板表面壓力變化或?yàn)V袋兩側(cè)壓差達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，清灰控制系統(tǒng)對(duì)該部分啟動(dòng)進(jìn)行清灰。

2.5 灰斗

本設(shè)計(jì)中灰斗設(shè)置為兩部分，濾袋除塵單元灰斗為內(nèi)部灰斗，下文簡(jiǎn)稱灰斗1，末端處于封閉狀態(tài)，將兩部分分隔開(kāi)，電除塵單元灰斗為外部灰斗，兩塊同心圓集塵板分別與兩灰斗相連接。當(dāng)濾袋除塵部分進(jìn)行清灰操作時(shí)，灰斗1底端打開(kāi)，灰從中排出，當(dāng)電除塵部分進(jìn)行清灰操作時(shí)，灰斗1底端封閉，附在集塵板上的粉塵層上由上往下滑，由于慣性，大部分的粉塵仍貼著集塵板滑到灰斗底端，加上本裝置采用的是離線清灰，減少了二次揚(yáng)塵的產(chǎn)生。

除塵系統(tǒng)內(nèi)部溫度過(guò)高會(huì)降低濾袋的使用壽命，除塵系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的二次揚(yáng)塵則影響除塵效率，因此我們?cè)诩瘔m板與灰斗的連接處安裝溫度、煙氣濃度監(jiān)測(cè)裝置，當(dāng)監(jiān)測(cè)到溫度過(guò)高或煙氣濃度過(guò)高時(shí)，該臺(tái)設(shè)備停止工作，啟動(dòng)備用的并聯(lián)設(shè)備繼續(xù)工作，進(jìn)入濾袋除塵部分的入口處擋板滑動(dòng)，將粉塵擋在外面，從而有效地防止燒袋或大顆粒粉塵對(duì)濾袋的磨損。

需要注意的是，本設(shè)計(jì)的除塵器煙氣處理量較其他電袋一體化除塵器要小，適用范圍受限。其含塵氣流溫度較高，會(huì)降低濾袋的使用壽命，所以可處理氣體溫度受限，考濾袋表面慮覆膜成本較高，處理高溫?zé)煔鈺r(shí)可在除塵器前安設(shè)熱交換裝置進(jìn)行前處理。設(shè)計(jì)的集塵板與灰斗相連，長(zhǎng)期的機(jī)械清灰可能使支架受損，所以固定支架與上部的箱體連接需設(shè)置減震措施，灰斗采用絕緣材料制作。

3 除塵效果

同心圓電袋一體化除塵器屬于中型除塵器，運(yùn)行時(shí)至少由兩臺(tái)除塵器并聯(lián)運(yùn)行，當(dāng)除塵器進(jìn)行清灰操作或發(fā)生故障時(shí)啟用與其并聯(lián)的除塵器進(jìn)行除塵工作。除塵器設(shè)計(jì)最高進(jìn)氣溫度為250 ℃，進(jìn)氣含塵濃度為15-25 g/m3，過(guò)濾風(fēng)速為0.8 m/s，單臺(tái)設(shè)計(jì)處理煙氣量為15 000 m3/h，除塵效率為99.9%，出氣達(dá)到《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-2012)中相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。在運(yùn)行過(guò)程中，若進(jìn)口煙氣溫度和含塵濃度高于除塵器設(shè)計(jì)進(jìn)氣溫度和含塵濃度要求時(shí)，需要在除塵器進(jìn)氣口前增設(shè)前端預(yù)處理裝置對(duì)煙氣進(jìn)行預(yù)處理，避免對(duì)除塵器結(jié)構(gòu)造成損壞，影響除塵效果。

4 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)是一種新型的電袋一體除塵器，將濾袋除塵單元和電除塵單元以同心圓的形式由內(nèi)到外進(jìn)行排布，有效提高了除塵效率，減小了設(shè)備占地面積，獨(dú)特的灰斗設(shè)計(jì)，減少了二次揚(yáng)塵的產(chǎn)生。本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)均在理想氣流分布下得出，沒(méi)有考慮其他方面的影響因素，因此在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中，應(yīng)結(jié)合相關(guān)理論，通過(guò)試驗(yàn)的方法，得出同心圓電袋一體除塵系統(tǒng)各運(yùn)行參數(shù)間的關(guān)系，并由此合理分配電袋兩部分的除塵負(fù)荷比，以達(dá)到最優(yōu)的除塵效果。