袋式除塵器噴吹管的改進(jìn)

何雪輝， 邱太鈺， 顧璽

（江西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 贛州卷煙廠，江西贛州341000）

0 引言

脈沖噴吹型袋式除塵器是煙草行業(yè)常用的一種用于分離粉塵的設(shè)備，含塵氣流經(jīng)進(jìn)氣口進(jìn)入中箱體，大顆粒粉塵因重力作用掉落，小顆粒粉塵經(jīng)濾袋捕集被攔截過(guò)濾，過(guò)濾后的潔凈氣體通過(guò)凈氣室排出。粉塵則在濾袋外表面聚集，粉塵積聚量的增加會(huì)使得系統(tǒng)阻力增大，處理風(fēng)量下降，降低過(guò)濾效率，因此必須在一定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行清灰處理，將粉塵層從濾袋表面剝離，清灰過(guò)程即濾料再生過(guò)程。除塵器工作過(guò)程以過(guò)濾為主、清灰為輔，清灰是過(guò)濾的再生要求，二者按照一定的設(shè)計(jì)周期不斷交替循環(huán)構(gòu)成了袋式除塵器的工作過(guò)程[1]。

除塵器的清灰過(guò)程就是當(dāng)濾袋的阻力隨之升高到一定程度時(shí)，壓差控制器發(fā)出指令，脈沖閥順序動(dòng)作，壓縮空氣從各噴吹管（如圖1）上的孔噴出，對(duì)各濾袋順序噴吹，使濾袋迅速膨脹、抖動(dòng)，粉塵隨之脫落，從而使除塵器的阻力保持在較低的水平，除塵器可長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行[2]。在除塵器的運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)各除塵器頻繁出現(xiàn)壓差超過(guò)0.7 kPa的情況，并且經(jīng)過(guò)多次更換同規(guī)格濾袋，大概半個(gè)月左右后壓差又出現(xiàn)偏高的情況。

圖1 噴吹管結(jié)構(gòu)示意圖

針對(duì)除塵器壓差持續(xù)偏高的問(wèn)題，通過(guò)分析確定產(chǎn)生原因?yàn)閲姶倒芷屏?，?duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，并對(duì)改進(jìn)效果進(jìn)行驗(yàn)證。

1 原因分析

根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]，袋式除塵器的清灰系統(tǒng)失效的原因主要為結(jié)構(gòu)缺陷和參數(shù)設(shè)置不合理，因此針對(duì)這兩方面進(jìn)行原因查找。

1.1 除塵器系統(tǒng)參數(shù)影響分析

袋式脈沖除塵器的主要參數(shù)為脈沖壓力、脈沖間隔和脈沖寬度[4]，除塵器的脈沖間隔主要通過(guò)除塵器壓差和壓差儀設(shè)定值的對(duì)比來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此通過(guò)分析增大脈沖壓力設(shè)定值、壓差值和噴吹時(shí)長(zhǎng)后除塵器運(yùn)行狀況，分析系統(tǒng)參數(shù)對(duì)除塵器壓差穩(wěn)定的影響[5-6]。

在對(duì)參數(shù)分別進(jìn)行單項(xiàng)和多項(xiàng)調(diào)整后，除塵器穩(wěn)定運(yùn)行的時(shí)長(zhǎng)如圖2所示。

由圖2可知，在對(duì)除塵器的參數(shù)調(diào)整后，除塵器的穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間相對(duì)加長(zhǎng)，多個(gè)參數(shù)相對(duì)于單個(gè)參數(shù)時(shí)長(zhǎng)增加幅度增大，但是3個(gè)參數(shù)均增加時(shí)，時(shí)長(zhǎng)增幅降低，且壓縮空氣的使用量隨著參數(shù)調(diào)整逐漸增大。綜上所述，參數(shù)調(diào)整雖然可以增加正常運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)，但是造成壓縮空氣大量浪費(fèi)。

1.2 結(jié)構(gòu)缺陷分析

1.2.1 結(jié)構(gòu)和工藝分析

為進(jìn)一步確定結(jié)構(gòu)方面是否存在破損，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)除塵器的各結(jié)構(gòu)進(jìn)行排查，排查發(fā)現(xiàn)除塵器大部分噴吹管產(chǎn)生了不同程度破損（如圖3），而且所有噴吹管的破損部位都位于上端的扁平安裝處。

圖3 噴吹管破損情況

在破損的噴吹管入氣口通入壓縮空氣，發(fā)現(xiàn)由于噴吹管存在較大尺寸的破損，當(dāng)脈沖壓縮空氣進(jìn)入噴吹管時(shí)，大量壓縮空氣從破損處噴出，造成噴吹孔噴吹的壓力不夠，粉塵在濾袋表面大量積聚，在離心風(fēng)機(jī)拉動(dòng)下粉塵滲透到濾袋內(nèi)層，從而造成除塵器壓差頻繁偏高。

為確定噴吹管結(jié)構(gòu)破損原因，對(duì)噴吹管的制作工藝和受力進(jìn)行分析。除塵器噴吹管整體的材質(zhì)為鍍鋅管，上端固定部位所采用的工藝為圓管直接壓扁并在中間開(kāi)U形槽用來(lái)安裝螺栓。通過(guò)對(duì)破損部位的壁厚進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)使用該工藝會(huì)減小扁平部分和圓管之間過(guò)渡部分的壁厚，而噴吹管在工作中長(zhǎng)期受到壓力在0.45～0.50 MPa壓縮空氣脈沖沖擊作用，因此容易發(fā)生破損。

1.2.2 結(jié)構(gòu)受力分析

為更加精確地確定噴吹管的受力情況和破損原因，建立了噴吹管的三維模型，并通過(guò)ANSYS計(jì)算出在脈沖力的作用下噴吹管的應(yīng)力分布。

1）脈沖壓力確定。除塵器噴吹清掃過(guò)程中噴吹時(shí)間為0.2 s，噴吹管在工作中的脈沖壓縮空氣的壓力為0.45～0.50 MPa，因此采用MATLAB建立隨機(jī)脈沖壓力，如圖4所示。

2）有限元模型建立。將噴吹管的三維模型導(dǎo)入到ANSYS中，并對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，建立噴吹管的有限元模型，如圖5所示。

3）結(jié)果分析。通過(guò)ANSYS分析，計(jì)算出噴吹管各部位的應(yīng)力分布，如圖6所示。

圖4 脈沖壓力

圖5 噴吹管的有限元模型

圖6 脈沖力作用下噴吹管的應(yīng)力分布圖

從圖6可以看出，在脈沖力的作用下，噴吹管壓扁安裝處前端過(guò)渡部分應(yīng)力值最大，與實(shí)際噴吹管破損位置相同，且其值為118.14 MPa，過(guò)渡部分兩側(cè)壓力也大于其它部位。噴吹管壓扁安裝處采用的是鍍鋅管直接壓扁的工藝，故在過(guò)渡部分處壁厚變薄，在脈沖壓力的作用下中間部分易發(fā)生破裂開(kāi)孔，兩側(cè)則易發(fā)生脹裂。

1.2.3 小結(jié)

通過(guò)對(duì)除塵器的參數(shù)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行排查和實(shí)驗(yàn)分析，確定除塵器壓差持續(xù)偏高的原因?yàn)閲姶倒苌隙吮馄桨惭b部位發(fā)生破損造成大量壓縮空氣損失，使得清掃噴吹壓力不夠。通過(guò)有限元分析和結(jié)構(gòu)測(cè)量，噴吹管破損的原因?yàn)閲姶倒苌隙吮馄桨惭b部位采用圓管直接壓扁制作，從而減小了中間過(guò)渡部分的壁厚，產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而引起結(jié)構(gòu)破損。

2 方案制定

根據(jù)上述對(duì)噴吹管破裂原因分析，采用壓扁工藝方法制作的噴吹管管壁會(huì)變薄，從而容易引起噴吹管破裂。因此，在原壓扁安裝端擬采用“45圓鋼+鐵板”的結(jié)構(gòu)形式，并采用焊接工藝來(lái)取代原設(shè)計(jì)中采用壓扁工藝制作的噴吹管安裝端[7-10]，改進(jìn)后結(jié)構(gòu)及其局部放大圖，如圖7～圖8所示。

圖7 改進(jìn)后噴吹管結(jié)構(gòu)示意圖

圖8 噴吹管結(jié)構(gòu)局部放大圖

同時(shí)考慮到煙灰堿性大，對(duì)噴吹管會(huì)產(chǎn)生腐蝕，故加工后對(duì)其表面進(jìn)行鍍鉻處理。

3 效果驗(yàn)證

3.1 應(yīng)力改善驗(yàn)證

為驗(yàn)證改進(jìn)后噴吹管的效果，通過(guò)建立改進(jìn)后噴吹管的三維模型，通過(guò)ANSYS計(jì)算出噴吹管上的應(yīng)力分布，如圖9所示。

圖9 改進(jìn)后噴吹管的應(yīng)力分布圖

從圖9可以看出，改進(jìn)后噴吹管最大應(yīng)力點(diǎn)出現(xiàn)在45圓鋼的內(nèi)部，且最大應(yīng)力值為63.004 MPa，與原設(shè)計(jì)相比較應(yīng)力下降了46.67%，可有效降低脈沖力對(duì)噴吹管結(jié)構(gòu)的破壞和噴吹管功能的影響。

3.2 實(shí)施效果驗(yàn)證

改進(jìn)除塵器噴吹管后，該除塵器連續(xù)運(yùn)行1 a多濾袋未進(jìn)行一次更換，檢查噴吹管未出現(xiàn)孔洞、開(kāi)裂現(xiàn)象，壓差顯示正常，除塵負(fù)壓穩(wěn)定，保障了除塵的負(fù)壓需求。2019年1—12月份清理和更換除塵器濾袋19臺(tái)次共計(jì)1140只，比2018年1—12月份清理和更換除塵器濾袋36臺(tái)次共計(jì)2480只，分別減少了47%和54%。

4 結(jié)論

針對(duì)脈沖噴吹型袋式除塵器噴吹管在脈沖力的作用下發(fā)生破裂的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)噴吹管的現(xiàn)場(chǎng)檢查和對(duì)原設(shè)計(jì)的有限元分析，確定其破損原因?yàn)閲姶倒艿陌惭b端采用壓扁工藝，使得其管與安裝部位過(guò)渡部分管壁變薄，根據(jù)上述原因，對(duì)噴吹管的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，將其原壓扁安裝部位結(jié)構(gòu)改為“45圓鋼+鐵板”的結(jié)構(gòu)形式，并采用焊接工藝連接。結(jié)果表明，改進(jìn)后噴吹管最大應(yīng)力值下降42.33%，且產(chǎn)生部位為45圓鋼內(nèi)部，降低了脈沖力對(duì)噴吹管結(jié)構(gòu)和功能的影響，改進(jìn)后除塵器持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，且濾袋更換和清理次數(shù)同比下降。