袋除塵器阻力淺析

李桂超，張曉梅，劉后啟

袋除塵器阻力淺析

Resistance Analysis of the Bag Filter

李桂超1，張曉梅1，劉后啟2

1 前言

眾所周知，袋除塵器運(yùn)行阻力的大小，是評價其性能優(yōu)劣的重要參數(shù)之一。袋除塵器總的阻力為機(jī)械阻力和濾料過濾阻力（干凈濾料和濾料上沉積粉塵層的阻力）之和。新濾袋阻力一般為100～130Pa；積灰濾料的阻力隨運(yùn)行時間的延長，濾袋的透氣率逐漸降低，阻力相應(yīng)升高，主要視清灰效果而定。在正常運(yùn)行情況下，大致在800～1150Pa的范圍內(nèi)。機(jī)械阻力取決于袋除塵器本身的結(jié)構(gòu)，特別是進(jìn)、出風(fēng)口閥門的類型和風(fēng)速，一般壓降為190～300Pa。袋除塵器的阻力一般應(yīng)控制在1500Pa左右，最高也不要≯2000Pa。因為袋除塵器的阻力過大，處理風(fēng)量會降低，輕則影響主機(jī)的生產(chǎn)能力，重則使整個生產(chǎn)系統(tǒng)陷入癱瘓。

現(xiàn)在新建水泥廠主機(jī)和輔機(jī)的除塵系統(tǒng)采用袋除塵器的呈上升趨勢。所以，降低袋除塵器的阻力，降低能耗，保證其長期安全運(yùn)行十分重要。由于影響袋除塵器阻力的因素很多，至今尚無完善的理論計算公式，主要靠各個行業(yè)摸索和積累經(jīng)驗。本文僅就丹東某廠袋除塵器運(yùn)行阻力偏高的原因加以剖析。雖然該廠袋除塵器的規(guī)格很小，也不是水泥企業(yè)，但是運(yùn)行情況和出現(xiàn)的問題都帶有共性，有一定的借鑒價值。

2 丹東某廠概況

該廠是生產(chǎn)食用油的工廠，安裝有20t和35t供熱鍋爐各一臺，煙氣除塵分別配一臺810m2和1440m2的低壓脈沖清灰袋除塵器。該袋除塵器原設(shè)計為離線清灰。當(dāng)除塵器開始投入運(yùn)行時基本正常，大約運(yùn)行10d左右，阻力急劇上升到2000Pa以上，甚至高于3000Pa，此時流化床燃燒爐出現(xiàn)正壓，鍋爐不能正常運(yùn)行，只好將旁路閥門打開。旁路閥長時間開啟，煙道內(nèi)沉積粉塵量過大無法排除，大量粉塵通過花板進(jìn)入濾袋內(nèi)部，致使濾袋脫落掉下，掉下的濾袋堵塞下料器造成電機(jī)燒毀。同時由于灰斗內(nèi)的積灰不能及時排出、運(yùn)走，粉塵到處飛揚(yáng)，操作環(huán)境十分惡劣，最后不得不停機(jī)檢修排除故障。后經(jīng)制造廠的整修、調(diào)試、測試和局部改造，現(xiàn)在運(yùn)行基本正常。出現(xiàn)上述運(yùn)行阻力過大的原因，經(jīng)過分析認(rèn)為主要有“先天不足”和“后天失調(diào)”兩方面的因素。除塵器本體結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，存在缺陷，應(yīng)屬于“先天不足”；脈沖清灰效果欠佳應(yīng)屬于“后天失調(diào)”。為了以下分析有依據(jù)，現(xiàn)將20t鍋爐袋除塵器的主要技術(shù)參數(shù)抄錄如下（35t鍋爐的情況基本相同）：

除塵風(fēng)量Q＝50000m3/h＝833.3m3/min＝13.9m3/s；

3個室，每個室90條濾袋，共計270條袋；

濾袋規(guī)格?160mm×6000mm；

一條濾袋面積f≈3.0m2/條；

每個室的過濾面積F1＝90×f＝90條×3.0＝270m2；

濾袋過濾總面積F=90條/室×3室×3.0m2/條＝810m2；

毛過濾風(fēng)速vm＝Q/F＝833.3/810＝1.03m/s；

一室停風(fēng)清灰時的過濾面積Fj＝90條/室×(3-1)室×3.0m2/條＝540m2；

凈過濾風(fēng)速 vj＝Q/Fj＝833.3/(270×2)＝1.54m/s。

3 原因分析

3.1 本體結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理

（1）室數(shù)偏少、凈過濾風(fēng)速偏高

在說明此問題之前，首先要闡述一下丹東廠的問題，有人認(rèn)為主要是“規(guī)格選小了”，這種看法不確切也不全面。因為規(guī)格選小與室數(shù)選少是兩個不同的概念。

袋除塵器的規(guī)格主要取決于過濾面積，該廠20t鍋爐的過濾面積810m2，過濾風(fēng)速1.03m/min，不能說規(guī)格選小了。因為現(xiàn)在國內(nèi)各個工業(yè)部門脈沖袋除塵器的過濾風(fēng)速，大多數(shù)都在1.0m/min左右。相反過濾風(fēng)速＞1.2m/min的卻屢見不鮮，國外過濾風(fēng)速＞1.2m/min的更為普遍。過濾風(fēng)速的確定與許多因素有關(guān)，也很復(fù)雜，有關(guān)資料可查《水泥廠大氣污染排放治理技術(shù)》一書。

除塵器整修后增加了一個室，過濾面積增加了270m2，過濾風(fēng)速降到0.77m/min，幾乎接近反吹風(fēng)清灰的數(shù)據(jù)。當(dāng)然過濾風(fēng)速愈低，對濾袋的使用壽命愈有利，但是，設(shè)計時如果取這樣低的過濾風(fēng)速，必然增加制造成本，影響競爭力。

解決這一問題，有多種方案可供選擇。丹東廠除塵器原設(shè)計是離線清灰，按常規(guī)離線清灰除塵器的室數(shù)不能少于4個，采用增加一個室的方案，雖然費(fèi)用較高，但停工時間短，也最簡單和快捷，符合現(xiàn)場的實(shí)際情況，無疑是最佳選擇。

丹東廠20t鍋爐袋除塵器的規(guī)格不算小，但結(jié)構(gòu)設(shè)計存在缺陷，室數(shù)顯然偏少。如果將各室的濾袋減少，增加一個或兩個室就比較合理了。最好選用長4.0～5.0m的濾袋，過濾面積和過濾風(fēng)速保持不變，可以設(shè)計成4個或5個室，當(dāng)一個室停風(fēng)清灰時，風(fēng)量不致波動過大，凈過濾風(fēng)速也不會太高。當(dāng)然室數(shù)增多，氣缸和脈沖閥的數(shù)量要增加，殼體重量也加重，相應(yīng)制造成本要增加，占地面積也增大?？梢哉f有弊有利，但是首先要保證除塵器的性能，這是始終不變的原則。

現(xiàn)場曾將離線清灰改為在線清灰，等于過濾風(fēng)速維持在1.03m/min，但阻力仍居高不下，分析主要原因是室數(shù)偏少。當(dāng)離線清灰時，過濾風(fēng)速和進(jìn)、出口閥門的風(fēng)速都變大，致使機(jī)械阻力相應(yīng)增大。詳見以下計算。

（2）進(jìn)風(fēng)口偏小、風(fēng)速偏大

各室進(jìn)風(fēng)口分配器出口面積F1=0.392×0.592（內(nèi)徑）=0.232m2；

每室風(fēng)量q=50000/3600×3=4.6m3/s；

分配器的出口風(fēng)速v1=q/F1=4.6/0.232=19.8m/s；

一個室停風(fēng)清灰時出口風(fēng)速v2=q/F1=(4.6+4.6/2)/0.232=29.7m/s。

風(fēng)速19.8m/s已經(jīng)偏大了，一個室停風(fēng)清灰時,風(fēng)速高達(dá)29.7m/s，肯定機(jī)械阻力要大增。一般設(shè)計時進(jìn)口風(fēng)速應(yīng)＜18.0m/s。因為蝶閥即使開度為零，本身也有一定阻力；加以各室風(fēng)量并不一定分布很均勻，雖有分配器，空試時一般無人在現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)試。進(jìn)口閥門風(fēng)速究竟取多大合適，一般要以管道不積灰為原則，建議＜15.0m/s為宜。

（3）出風(fēng)口提升閥的直徑偏小風(fēng)速偏大

提升閥直徑D=550mm；

出風(fēng)口面積F2=0.785D2=0.785×0.552＝0.237m2；

出口風(fēng)速v3=q/F2=4.6/0.237=19.4m/s；

一個室停風(fēng)清灰時出口風(fēng)速v4=q/F2=(4.6+4.6/2)/0.237=29.1m/s。

出口風(fēng)速富樂公司要求13～15m/s，經(jīng)過多年的摸索，這一數(shù)據(jù)顯然偏大。后來降低到10～12m/s，似乎還有點(diǎn)偏大，建議＜8m/s。因為出口風(fēng)速對機(jī)械阻力影響很大，有些單位已經(jīng)為此付出過代價。如新疆某水泥廠窯尾袋除塵器原采用普通玻纖濾布，后改用玻纖覆膜濾料，過濾速度提高了，每個室的風(fēng)量相應(yīng)增大，但提升閥的規(guī)格沒有相應(yīng)改變，結(jié)果提升閥的出口風(fēng)速升高，機(jī)械阻力增大，致使窯內(nèi)通風(fēng)不暢，窯的產(chǎn)量降低。后來更換大直徑的提升閥，機(jī)械阻力大的問題才得以解決。又如某公司在湖北某泥廠電改袋的項目，實(shí)際測定的風(fēng)量比用戶提供的設(shè)計風(fēng)量大了許多，致使進(jìn)、出口管道風(fēng)速高達(dá)30/s，窯無法運(yùn)行，最后管道全部改造后才使得窯正常運(yùn)行。這兩個實(shí)例都說明機(jī)械阻力不容忽視。

根據(jù)現(xiàn)場反應(yīng)的情況，開始都認(rèn)為阻力大主要來自濾袋。要證明這一點(diǎn)很簡單，只要在花板上下室安裝一U形管，或者將進(jìn)出管道的壓差計暫時取下，裝在花板上下室，即過濾室和凈氣室，如果上下壓差在1000Pa左右，說明濾袋過濾基本正常。

根據(jù)現(xiàn)場測試，濾袋過濾阻力已＞1000Pa，濾袋供應(yīng)廠家認(rèn)為濾袋透氣率雖然已降低30%，但濾袋還能繼續(xù)使用，說明除塵器阻力居高不下，不是完全來自于濾袋，而是來自于機(jī)械阻力，這點(diǎn)從以上的計算也能得到驗證。后來增加一個室，等于各個室的處理風(fēng)量減少了，所以凈過濾風(fēng)速和進(jìn)、出口風(fēng)速也隨之變小，相應(yīng)機(jī)械阻力大為降低，因此除塵器得以恢復(fù)正常運(yùn)行。

機(jī)械阻力偏大，空試時從壓差計的讀數(shù)就能發(fā)現(xiàn)，只是當(dāng)時無人注意。開始通煙氣后，因為新袋的阻力小，機(jī)械阻力偏大不突出。隨著運(yùn)行時間的延長，由于清灰效果不理想，致使濾袋阻力逐漸增大，當(dāng)濾袋阻力與機(jī)械阻力之和大到鍋爐不能正常運(yùn)行時，只好打開旁路閥。打開旁路閥終歸不是長久之計，所以要查出阻力大的主要原因，才能對癥下藥，徹底解決。

3.2 清灰效果欠佳

丹東廠除塵器投入運(yùn)行不到一個月，濾袋阻力已上升到1000Pa以上，說明清灰也達(dá)不到預(yù)期效果，分析有以下原因：

（1）脈沖閥使用壽命太短

除塵器投入運(yùn)行不久，就發(fā)現(xiàn)一些脈沖閥噴吹乏力，膜片和先導(dǎo)閥的線圈也陸續(xù)破裂和燒毀，直接影響清灰效果，致使濾袋阻力不斷增加。該廠的脈沖閥使用壽命短，頻繁損壞，嚴(yán)重影響清灰效果。

（2）清灰周期太短、噴吹氣量不足

20t鍋爐的袋除塵器分3個室，一個室6個脈沖閥，共用一個氣包，第一個閥噴吹后，要求氣包內(nèi)的壓降不能大于30%，也就是說要留有一定時間，等氣包的氣壓恢復(fù)后，第二個閥再噴吹。丹東廠閥噴吹的間隔只有3s，氣包內(nèi)的壓力來不及恢復(fù)，因此噴吹氣量不足。

另外，3個室共有18個脈沖閥，每個脈沖閥噴吹間隔時間只有3s，而且一個室清灰后，下一室立即噴吹，中間沒有間隔時間，也就是說脈沖閥的噴吹周期只有48s（3s×18=48s）。設(shè)計是離線清灰，實(shí)際運(yùn)行等于在線清灰，要求清灰周期、脈沖寬度和提升閥的開啟和關(guān)閉時間都是可調(diào)的。但電控產(chǎn)品的功能不全，無調(diào)節(jié)余地，致使濾袋外表面形不成粉塵層，清灰時粉塵不能呈片狀下落，粉塵剛吸附到濾袋表面就被吹起，大大影響清灰效果。

（3）氣包容積偏小

氣包設(shè)計采用?325mm×8mm鋼管，長度1530mm；

容積V=0.7854×0.3252×1.53=0.125m3；

3″脈沖閥當(dāng)噴吹壓力0.3MPa時，脈沖寬度0.15s的一次噴吹量約500L（標(biāo)況），將標(biāo)況下噴吹量換算到工況下絕對壓力為0.4MPa（0.3MPa+0.1MPa）的氣量,則氣包的容積至少要1.3×0.5/4=0.1625m3。實(shí)際容積只有0.125m3，顯然偏小，致使噴吹量不足。

（4）安裝問題

據(jù)說濾袋內(nèi)的粉塵有的是花板局部未焊嚴(yán)密所致。濾袋內(nèi)有粉塵無疑會增加濾袋的阻力。但筆者認(rèn)為濾袋進(jìn)灰不一定完全是花板局部未焊好，花板局部漏灰不可能使濾袋灌滿至1/3～1/2，恐怕掉袋是主要原因。不管是花板未焊好，還是掉袋，都說明安裝不到位，工作粗糙，更是屬于后天失調(diào)的問題。

其他方面問題，對阻力大小的影響關(guān)系不大，本文不予介紹。

4 結(jié)語

袋除塵器阻力的高低，不僅影響其性能的優(yōu)劣，也直接關(guān)系到袋除塵器能否正常運(yùn)行，所以袋除塵器的阻力一直是各個方面最為關(guān)注的問題之一。一般對濾袋的過濾阻力比較重視，因為過濾阻力直接影響清灰效果和濾袋的使用壽命，而機(jī)械阻力往往被人們所忽視。丹東廠袋除塵器的阻力過高，除設(shè)計存在一定缺陷外，機(jī)械阻力過高是主因，其經(jīng)驗教訓(xùn)值得吸取。

現(xiàn)在有的單位推出的所謂低阻袋除塵器，據(jù)說運(yùn)行幾年后，阻力仍＜800Pa。不論實(shí)際情況如何，千方百計降低阻力的思路是完全正確的，只要堅持不懈地進(jìn)行鉆研和探索，定會取得良好效果。如果袋除塵器的阻力能長期＜800Pa，則袋除塵器的應(yīng)用前景將更加廣闊。

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呂 光