同心圓電袋一體除塵器結(jié)構(gòu)設(shè)計

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)，增加了細顆粒物(PM2.5)的控制標(biāo)準(zhǔn)，可見衡量空氣質(zhì)量的“尺子”變得更加嚴(yán)苛。粉塵的危害廣、影響大，對人體健康產(chǎn)生巨大威脅，可吸入顆粒物會危害呼吸道、肺等器官，細顆粒物甚至可以進入人體的血液系統(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降塵的形式對河流、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)備主要是對已有的電除塵設(shè)備進行改造和升級，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)過電除塵單元的處理，將氣流中的大顆粒粉塵去除后，再進入濾袋除塵單元進行進一步的處理，使氣體達到排放標(biāo)準(zhǔn)。但前置式電袋除塵器運行時阻力較大、費用高，而嵌入式電袋除塵器對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)備在清灰過程中都存在二次揚塵問題，為此，本文設(shè)計了一種新型同心圓電袋一體化除塵器。

1 設(shè)計概述

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，進氣口處設(shè)有導(dǎo)流板，灰斗分為兩級。它具有以下多個優(yōu)點：

(1)導(dǎo)流板使氣流均勻分布、減小氣流阻力；

(2)在圓形分布的電場中，因為氣流做的是部分環(huán)流運動，帶有電荷的粉塵在電暈線外側(cè)受到的離心力與電場力的方向一致，更有利于對大顆粒粉塵的收集；

(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塵的產(chǎn)生；

(4)采用流線型設(shè)計、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

電袋一體除塵器由進氣單元、電除塵單元、濾袋除塵單元、清灰單元、灰斗等組成，整個箱體由支架支撐固定，細部詳見圖2。

圖2 同心圓電袋一體除塵器3D剖面圖

2.1 進氣單元

該裝置采用的進氣方式為側(cè)方進氣口進氣,進氣口設(shè)在箱體的側(cè)上方，在進風(fēng)口內(nèi)設(shè)置有導(dǎo)流板，一方面減小進氣阻力，使氣流均勻分布在電場中，另一方面確保電除塵集塵板的有效集塵面積，防止氣體過快進入到濾袋除塵部分，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。濾袋除塵部分與電除塵部分由內(nèi)集塵板上的一個開口相連通，電除塵部分處理后的煙氣經(jīng)過這個開口進入濾袋除塵部分。濾袋除塵單元采用外濾式，煙氣自下而上的運動，經(jīng)過濾袋，粉塵顆粒被截留在濾袋外表面，潔凈氣體透過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，具有較高的機械強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特的放電形式而具有比其他電暈線更高的放電強度。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了電風(fēng)現(xiàn)象，可以有效防止因粉塵濃度過大而出現(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)計在電極設(shè)置上采用芒刺形電暈線。放電齒片厚度設(shè)計為1.5 mm，放電點的曲率半徑設(shè)計為1.5 mm，芒刺形電暈線均勻地排布在圓形電場中，見圖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，最高瞬時可承受溫度達290 ℃，具有成本低，過氣量大，耐腐蝕性好，過濾效果好等優(yōu)點[6-7]。PTFE(聚四氟乙烯)材料具有摩擦系數(shù)小的特點，制得的微孔膜表面光滑、致密而又多孔，粉塵無法透入過，粗細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，粉塵進入織物內(nèi)部后，會形成一定厚度的粉塵初層對后續(xù)進入的粉塵產(chǎn)生截留效果，從而實現(xiàn)深層過濾，但隨著使用時間的增加，粉塵層厚度增加，濾袋的阻力增大，直到粉塵堵塞織物而無法使用。

因此本裝置在濾袋表面覆PTFE制微孔過濾膜，將粉塵截留在膜表面，又因PTFE制微孔過濾膜的表面光滑，有非常好的化學(xué)穩(wěn)定性，具有不易老化、憎水的特性，使截留在微孔過濾膜表面的粉塵易于剝落[8]，同時起到保護濾袋、延長使用壽命的作用，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)計為兩層濾袋結(jié)構(gòu)，幾乎沒有過濾作用；同時將濾袋套在金屬袋籠上固定，防止濾袋的扭轉(zhuǎn)晃動和扭轉(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，在長時間的工作后，其集塵部件上均會積聚一定程度的粉塵，如果不及時清除這些粉塵，會嚴(yán)重阻礙除塵系統(tǒng)進行正常工作。若粉塵長時間的累積，將使電除塵單元無法有效形成電場，中斷除塵過程，同時由于濾袋上積聚了大量粉塵，增大了濾袋過濾壓力，最終導(dǎo)致系統(tǒng)閉塞。

為避免產(chǎn)生二次揚塵，本設(shè)計對除塵系統(tǒng)采用離線清灰的模式進行清灰，一臺系統(tǒng)進行清灰操作時，由與其并聯(lián)的另外一臺系統(tǒng)繼續(xù)進行工作。電除塵單元采用的清灰方式是機械震打模式，擺錘(如圖4所示)由電機帶動齒輪傳動，在通道間前后擺動，能同時對兩塊集塵板進行清灰震打，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)計不合理損傷濾袋，電除塵單元與濾袋除塵單元兩部分不同時間進行清灰操作。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濾袋兩側(cè)壓差達到預(yù)設(shè)值時，清灰控制系統(tǒng)對該部分啟動進行清灰。

2.5 灰斗

本設(shè)計中灰斗設(shè)置為兩部分，濾袋除塵單元灰斗為內(nèi)部灰斗，下文簡稱灰斗1，末端處于封閉狀態(tài)，將兩部分分隔開，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)濾袋除塵部分進行清灰操作時，灰斗1底端打開，灰從中排出，當(dāng)電除塵部分進行清灰操作時，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，減少了二次揚塵的產(chǎn)生。

除塵系統(tǒng)內(nèi)部溫度過高會降低濾袋的使用壽命，除塵系統(tǒng)運行時產(chǎn)生的二次揚塵則影響除塵效率，因此我們在集塵板與灰斗的連接處安裝溫度、煙氣濃度監(jiān)測裝置，當(dāng)監(jiān)測到溫度過高或煙氣濃度過高時，該臺設(shè)備停止工作，啟動備用的并聯(lián)設(shè)備繼續(xù)工作，進入濾袋除塵部分的入口處擋板滑動，將粉塵擋在外面，從而有效地防止燒袋或大顆粒粉塵對濾袋的磨損。

需要注意的是，本設(shè)計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可在除塵器前安設(shè)熱交換裝置進行前處理。設(shè)計的集塵板與灰斗相連，長期的機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，運行時至少由兩臺除塵器并聯(lián)運行，當(dāng)除塵器進行清灰操作或發(fā)生故障時啟用與其并聯(lián)的除塵器進行除塵工作。除塵器設(shè)計最高進氣溫度為250 ℃，進氣含塵濃度為15-25 g/m3，過濾風(fēng)速為0.8 m/s，單臺設(shè)計處理煙氣量為15 000 m3/h，除塵效率為99.9%，出氣達到《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3095-2012)中相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。在運行過程中，若進口煙氣溫度和含塵濃度高于除塵器設(shè)計進氣溫度和含塵濃度要求時，需要在除塵器進氣口前增設(shè)前端預(yù)處理裝置對煙氣進行預(yù)處理，避免對除塵器結(jié)構(gòu)造成損壞，影響除塵效果。

4 結(jié)語

本設(shè)計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)到外進行排布，有效提高了除塵效率，減小了設(shè)備占地面積，獨特的灰斗設(shè)計，減少了二次揚塵的產(chǎn)生。本設(shè)計結(jié)構(gòu)參數(shù)均在理想氣流分布下得出，沒有考慮其他方面的影響因素，因此在實際生產(chǎn)實踐中，應(yīng)結(jié)合相關(guān)理論，通過試驗的方法，得出同心圓電袋一體除塵系統(tǒng)各運行參數(shù)間的關(guān)系，并由此合理分配電袋兩部分的除塵負荷比，以達到最優(yōu)的除塵效果。