袋式除塵器及其應(yīng)用技術(shù)

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?，西安，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(diǎn)

袋式除塵器是利用袋式過(guò)濾元件來(lái)捕集含塵氣體中的粉塵，使氣體凈化，同時(shí)通過(guò)清灰機(jī)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(guò)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(hù)方便等特點(diǎn)。

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?zé)煔馓幚碇械膽?yīng)用并不多。當(dāng)時(shí)，電除塵器能滿足國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的排放要求，所以各種高溫?zé)煔獾闹卫硪噪姵龎m為主。隨著科技的不斷進(jìn)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(kāi)發(fā)出來(lái)，這促進(jìn)了袋式除塵器在高溫?zé)煔馓幚硐到y(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(diǎn)，也存在缺點(diǎn)。

1.1 袋式除塵器的優(yōu)點(diǎn)

袋式除塵器的除塵效率高，可穩(wěn)定達(dá)到99.50%～99.99%，排放粉塵濃度可穩(wěn)定達(dá)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(xì)粉塵，回收可利用的粉塵;它不受粉塵種類(lèi)、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(fēng)量范圍大，能適應(yīng)工藝負(fù)荷變化引起的風(fēng)量波動(dòng);可充分利用現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地設(shè)計(jì)，不停機(jī)而分室停風(fēng)進(jìn)行維護(hù)、檢修、換袋;利用預(yù)噴涂、預(yù)附層技術(shù)，可同時(shí)進(jìn)行對(duì)粉塵和有害、有毒氣體的凈化處理。

1.2 袋式除塵器的缺點(diǎn)

袋式除塵器要求控制煙氣的溫度在過(guò)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(shí)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(yùn)行阻力(指進(jìn)出口間阻力)較電除塵器大，一般為1 000～1 500 Pa，最大可達(dá)2 000 Pa。隨著新過(guò)濾材料的開(kāi)發(fā)，除塵器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，過(guò)濾風(fēng)速的降低，袋式除塵器的運(yùn)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(yùn)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(jiàn)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(dá)到用戶要求的排放濃度和使用壽命，技術(shù)上考慮經(jīng)濟(jì)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(yùn)行并達(dá)到預(yù)定排放濃度的最重要環(huán)節(jié)，也是獲得最長(zhǎng)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(zhǔn)確掌握設(shè)計(jì)原始資料

設(shè)計(jì)的原始資料包括：

(1)對(duì)排放濃度、濾袋壽命的要求。

(2)袋式除塵器安裝現(xiàn)場(chǎng)位置及場(chǎng)地面積的要求。

(3)對(duì)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(duì)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(fēng)量及其波動(dòng)的可能性(系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、風(fēng)壓等)。

3.2 合理選擇過(guò)濾風(fēng)速

過(guò)濾風(fēng)速是表征袋式除塵器處理氣體能力的重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，是指通過(guò)濾料的風(fēng)速，也稱(chēng)氣布比，其物理意義是指單位時(shí)間內(nèi)過(guò)濾的氣體量和過(guò)濾面積之比。對(duì)于分室停風(fēng)離線脈沖清灰或分室停風(fēng)反吹風(fēng)清灰的袋式除塵器，其過(guò)濾風(fēng)速有全過(guò)濾風(fēng)速和凈過(guò)濾風(fēng)速之分。凈過(guò)濾風(fēng)速指袋式除塵器離線清灰時(shí)，停止了一個(gè)分室或幾個(gè)分室，其處理的風(fēng)量由其他各室承擔(dān)時(shí)的過(guò)濾風(fēng)速。

過(guò)濾風(fēng)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(duì)于塵粒細(xì)、濃度大、黏性大、磨啄性強(qiáng)的粉塵，以及高溫高濕、腐蝕性氣體的過(guò)濾，過(guò)濾風(fēng)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(duì)于濾料，機(jī)織布阻力大，玻纖布不耐折，過(guò)濾風(fēng)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(duì)于除塵器清灰方式，如機(jī)械振打、分室反吹風(fēng)清灰，清灰強(qiáng)度較弱，過(guò)濾風(fēng)速取小值，如0.5～0.7 m/min;脈沖清灰強(qiáng)度大，可取大值，如0.85～1.1 m/min。選用過(guò)濾風(fēng)速時(shí)，若風(fēng)速過(guò)高，處理相同風(fēng)量的含塵氣體所需的濾料過(guò)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(yùn)行費(fèi)用就大;并且容易造成排放濃度高，濾袋壽命短。反之，過(guò)濾風(fēng)速小，一次投資大，但運(yùn)行費(fèi)用小，排放濃度低，濾袋壽命長(zhǎng)。近年來(lái)用戶對(duì)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(dá)到20～30 mg/m3，甚至5 mg/m3的排放濃度，還要求濾袋壽命達(dá)到3～4年或以上，且除塵器能長(zhǎng)期平穩(wěn)運(yùn)行，不更換濾袋。因此，過(guò)濾風(fēng)速宜小不宜大。

3.3 除塵器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

袋式除塵器的種類(lèi)較多，有機(jī)械振動(dòng)清灰類(lèi)、反吹風(fēng)清灰類(lèi)、氣箱脈沖清灰類(lèi)及行噴式脈沖清灰類(lèi)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(qiáng)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(zhǎng)袋脈沖除塵器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)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(yùn)輸，一般的行噴式長(zhǎng)袋脈沖除塵器均設(shè)計(jì)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(jiàn)，濾袋長(zhǎng)度有的可到8 000 mm或以上，脈沖閥配76.2 mm淹沒(méi)式。本文以6 000 mm袋長(zhǎng)為例介紹其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

綜合考慮產(chǎn)品運(yùn)輸、經(jīng)濟(jì)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(yàn)，一般除塵器每小室設(shè)計(jì)有10、11、12閥為常見(jiàn)，每閥噴吹16～20袋為經(jīng)濟(jì)合理，已得到工程實(shí)例的成功論證，其運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，技術(shù)相對(duì)成熟?；ò宓慕Y(jié)構(gòu)見(jiàn)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(jì)為小揭蓋結(jié)構(gòu)(頂部也有大揭蓋)，門(mén)框一般設(shè)計(jì)為100 mm寬，80 mm高(圖2)，則門(mén)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(jì)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(dāng)然，布袋長(zhǎng)度超過(guò)6 000 mm時(shí)各參數(shù)應(yīng)適當(dāng)放大。

圖1 行噴式長(zhǎng)袋脈沖除塵器花板結(jié)構(gòu)

圖2 除塵器頂部設(shè)計(jì)

圖3 箱式支撐件設(shè)計(jì)

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(guò)控制系統(tǒng)定時(shí)進(jìn)行脈沖放氣。由于過(guò)濾工況的不斷進(jìn)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(dāng)設(shè)備阻力達(dá)到預(yù)先設(shè)定的值時(shí)，就需要對(duì)濾袋進(jìn)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(guò)噴吹管上的噴嘴急速射入對(duì)應(yīng)的濾袋，同時(shí)凈氣室中的大量干凈空氣被二次引流沖入濾袋，此時(shí)氣流在濾袋內(nèi)自上而下形成強(qiáng)沖擊波而抖動(dòng)，由于濾袋的張力作用同時(shí)產(chǎn)生反向加速度，從而震落附著在濾袋外表的粉塵，達(dá)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(dòng)過(guò)程中，氣流的動(dòng)壓逐漸減小，靜壓逐漸增大，當(dāng)噴吹氣流到達(dá)噴吹管末端時(shí)動(dòng)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(gè)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(yàn)證明確實(shí)如此。根據(jù)試驗(yàn)和工程經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，一般噴嘴口徑沿氣流方向設(shè)計(jì)為Φ18～14 mm的變口徑，基本能形成各噴嘴的均勻噴吹。

為了達(dá)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(yàn)并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，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(jì)

除塵器一般布置在室外，為了防止積水，除塵器頂部設(shè)計(jì)為斜坡形(圖4)?？紤]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(zhǎng)度有關(guān)。對(duì)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(fēng)速及清灰周期

除塵器工作是一個(gè)動(dòng)態(tài)的運(yùn)作過(guò)程，其內(nèi)部流場(chǎng)復(fù)雜多變，難于捉摸。為了使其內(nèi)部流場(chǎng)趨于一定的均勻性，除塵器各口的風(fēng)速須嚴(yán)格控制(圖5)。筆者總結(jié)了多年來(lái)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和工程實(shí)例，給出長(zhǎng)袋脈沖除塵器各口的設(shè)計(jì)風(fēng)速，供廣大讀者參考。

圖5 除塵器各口風(fēng)速控制

除塵器的進(jìn)口風(fēng)速V1值取10～11 m/s，出口風(fēng)速V2值取11～12 m/s，支管風(fēng)速 V3值取8～9 m/s，提升閥閥口風(fēng)速V4值取9～10 m/s，過(guò)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(fēng)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(fēng)量為L(zhǎng)(m3/h)，入口濃度為r(g/m3)，過(guò)濾面積為s(m2)，灰密度為ρ(t/m3)，清灰周期為T(mén)(min)。按濾袋表面積灰3mm計(jì)算，則清灰周期

4 袋式除塵器常見(jiàn)問(wèn)題分析

袋式除塵器是一種高效的除塵設(shè)備，它越來(lái)越受到用戶的青睞。然而，袋式除塵器在實(shí)際應(yīng)用中也會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)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(biāo)，多數(shù)原因是濾袋破損造成的。常見(jiàn)的濾袋破損失效主要有空氣動(dòng)力損傷、化學(xué)腐蝕損傷、熱損傷和機(jī)械磨損損傷(圖6)?？諝鈩?dòng)力損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(jī)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(biāo)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(duì)濾料造成損傷以致破損。機(jī)械磨損損傷是指濾袋使用過(guò)程中，因反復(fù)的過(guò)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(duì)運(yùn)動(dòng)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(chēng)“糊袋”，是另一種類(lèi)型的濾袋失效。

圖6 袋式除塵器排放濃度超標(biāo)原因

濾袋是整個(gè)除塵器的心臟，濾袋的失效會(huì)使得整臺(tái)設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)行。濾袋的失效主要與除塵器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用、制造、安裝質(zhì)量有關(guān)。失效過(guò)程是從局部開(kāi)始的，但是只要形成了小的磨損孔，將很快擴(kuò)散，造成更大的濾袋損壞。因此，加強(qiáng)運(yùn)行過(guò)程中的檢查、檢測(cè)，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(yùn)行阻力大

袋式除塵器的運(yùn)行阻力大，常見(jiàn)的原因有脈沖閥不工作、糊袋、噴吹壓力過(guò)低、除塵器清灰時(shí)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(yùn)行阻力過(guò)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(yùn)行能耗，給用戶帶來(lái)雙重?fù)p失。因此需要仔細(xì)分析，認(rèn)真研究處理。

5 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)的脈沖袋式除塵器通過(guò)從國(guó)外引進(jìn)先進(jìn)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(jìn)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(jìn)、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(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，主要產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上也取得了很好的業(yè)績(jī)。

袋式除塵器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)構(gòu)件已經(jīng)逐步標(biāo)準(zhǔn)化，針對(duì)不同應(yīng)用條件的需要，進(jìn)行解決相應(yīng)問(wèn)題的個(gè)性化設(shè)計(jì)，是行業(yè)內(nèi)各廠商努力的主要方向。如應(yīng)對(duì)高溫、高腐蝕性等惡劣應(yīng)用環(huán)境;適應(yīng)大風(fēng)量、高入口濃度、工況波動(dòng)性大等應(yīng)用場(chǎng)合;與脫硫、脫硝及工藝過(guò)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(chǎng)合的專(zhuān)用袋式除塵器系列。