新型節(jié)能降碳除塵裝備—頂部垂直進(jìn)風(fēng)袋式除塵器*

張思平 姚群 陳志煒 羅來(lái)清 許漢渝 邵能杰 周鵬飛 劉立 冉濤 鄭旭

（1.新余鋼鐵股份有限公司，江西 新余 338001；2.中鋼集團(tuán)天澄環(huán)保科技股份有限公司，武漢 430205）

0 引言

袋式除塵器阻力包括結(jié)構(gòu)阻力和過(guò)濾阻力，傳統(tǒng)袋式除塵器結(jié)構(gòu)阻力占總阻力比例一般在30%~50%不等，屬于無(wú)效能耗，應(yīng)該盡量降低。關(guān)于氣流分布，常見(jiàn)的長(zhǎng)袋低壓脈沖除塵器和直通均流式袋式除塵器均是側(cè)進(jìn)風(fēng)，氣流輸送到各條濾袋的行程相差甚大，袋間坎入速度極不均勻，需要改進(jìn)創(chuàng)新。

結(jié)構(gòu)阻力大小和氣流分布優(yōu)劣主要取決于除塵器自身結(jié)構(gòu)型式，只有在除塵器結(jié)構(gòu)上進(jìn)行革命性創(chuàng)新，才能實(shí)質(zhì)性解決以上問(wèn)題。中鋼集團(tuán)天澄環(huán)保科技股份有限公司利用“十三五”科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的平臺(tái)，提出了一種新型節(jié)能降耗除塵設(shè)備“頂部垂直進(jìn)風(fēng)袋式除塵器”，獲發(fā)明專(zhuān)利，成果實(shí)現(xiàn)了全球首臺(tái)套工業(yè)應(yīng)用，取得了減污降碳雙重效益。

1 除塵器工作原理與創(chuàng)新點(diǎn)

頂部垂直進(jìn)風(fēng)袋式除塵器包括灰斗、中箱體、花板、上箱體、頂部垂直進(jìn)風(fēng)管、慣性沖擊器（芯管）、濾袋及袋籠、脈沖噴吹清灰裝置和出風(fēng)管等（圖1），其工作原理是：含塵氣體從頂部垂直進(jìn)風(fēng)管進(jìn)入除塵器，利用慣性沖擊器的作用預(yù)分離粗顆粒和火星，下降氣體通過(guò)芯管以輻射狀向?yàn)V袋區(qū)域均勻擴(kuò)散并過(guò)濾，凈化后的氣體匯集到上箱體從側(cè)面或頂部排出。

技術(shù)創(chuàng)新關(guān)鍵之一是花板和清灰裝置新穎性布置，為實(shí)現(xiàn)模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化，花板和清灰裝置圍繞著垂直進(jìn)風(fēng)管以旋切狀布置（見(jiàn)圖1）。

技術(shù)創(chuàng)新關(guān)鍵之二是在除塵器內(nèi)部設(shè)置了慣性沖擊器（芯管），可以起到預(yù)除塵和火星捕集作用；優(yōu)化芯管的結(jié)構(gòu)，可使下降氣體以輻射狀向?yàn)V袋區(qū)域擴(kuò)散，等量分配。

技術(shù)創(chuàng)新關(guān)鍵之三是將除塵器結(jié)構(gòu)做了最大限度的簡(jiǎn)化，將結(jié)構(gòu)阻力減少到極致，克服了傳統(tǒng)袋式除塵器氣流曲里拐彎流動(dòng)的缺點(diǎn)，使流動(dòng)更為簡(jiǎn)潔和平緩，大幅度減少運(yùn)行阻力能耗，節(jié)能降碳（圖2）。

技術(shù)創(chuàng)新關(guān)鍵之四是研發(fā)了理想的氣流分布型式，即輻射狀氣流分布（圖3）。氣流能夠同時(shí)段等量分配到過(guò)濾區(qū)域是判斷氣流分布好壞的一項(xiàng)指標(biāo)，如果用流體中心極點(diǎn)到所有濾袋的行程相加的總行程來(lái)表征氣流分布的效果是可行的。例如，在相同濾袋數(shù)量下（2 340條），將直通式除塵器與頂部垂直進(jìn)風(fēng)除塵器氣流分布進(jìn)行對(duì)比（圖4），直通式總行程約為286 162 m，頂進(jìn)式總行程約為106 633 m,頂進(jìn)式總行程僅為直通式總行程的37.26%,說(shuō)明頂進(jìn)式氣流分布更快更均勻。

2 頂部垂直進(jìn)風(fēng)除塵器優(yōu)勢(shì)

該裝置的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1)具有粗顆粒和火星捕集預(yù)除塵功能。

2)設(shè)備阻力大幅度降低，結(jié)構(gòu)阻力減少到極致，節(jié)能。

3)采用輻射狀氣流分布方式，風(fēng)量分配和速度分布理想。

4)出風(fēng)口可設(shè)置在頂部或任意一個(gè)側(cè)面，不受場(chǎng)地限制，易于布置。

5)內(nèi)部形成三維支撐結(jié)構(gòu)，能夠承受高負(fù)壓工作。

6)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，大板塊結(jié)構(gòu)，且沒(méi)有喇叭口和閥門(mén)，便于制造。

7)可降低設(shè)備成本、鋼耗和占地。

與傳統(tǒng)長(zhǎng)袋低壓脈沖除塵器相比，頂部垂直進(jìn)風(fēng)袋式除塵器在技術(shù)經(jīng)濟(jì)性上占有明顯優(yōu)勢(shì)。以處理風(fēng)量332 420 m3/h為例，在過(guò)濾風(fēng)速相等條件下，二者設(shè)計(jì)指標(biāo)對(duì)比如表1所示。

表1 傳統(tǒng)除塵器與頂部垂直進(jìn)風(fēng)除塵器設(shè)計(jì)指標(biāo)比較

3 首臺(tái)套示范工程與工業(yè)應(yīng)用

全球首臺(tái)套中型頂部垂直進(jìn)風(fēng)袋式除塵器于2020年10月在新余鋼鐵股份有限公司燒結(jié)廠原料工段上建成示范工程（圖5），處理風(fēng)量30萬(wàn)m3/h，排放質(zhì)量濃度為1.3 mg/m3，設(shè)備過(guò)濾阻力300～500 Pa，實(shí)現(xiàn)了超低排放，取得了減污降碳雙重效益。同期，該設(shè)備共投運(yùn)了4臺(tái)套。

2018年10月，頂部垂直進(jìn)風(fēng)袋式除塵器首次在農(nóng)產(chǎn)品加工噴霧干燥酵母廢氣干法凈化與回收項(xiàng)目上成功投運(yùn)（圖6），首次成功實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用，開(kāi)創(chuàng)了國(guó)內(nèi)外先例。投運(yùn)后裝置運(yùn)行可靠，性能穩(wěn)定，處理風(fēng)量55 000 m3/h，過(guò)濾風(fēng)速0.9 m/min，顆粒物排放質(zhì)量濃度為6.7～7.0 mg/m3，設(shè)備平均阻力～600 Pa，回收糖粉肥料130 t/a，實(shí)現(xiàn)了超低排放和節(jié)能運(yùn)行。

2019年10月，頂部垂直進(jìn)風(fēng)袋式除塵器在寶武特鋼感應(yīng)分廠25、27號(hào)非真空感應(yīng)爐除塵項(xiàng)目上成功投運(yùn)（圖7），處理風(fēng)量30 000 m3/h，顆粒物排放質(zhì)量濃度＜10 mg/m3，設(shè)備平均阻力～600 Pa，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

4 結(jié)論

1）頂部垂直進(jìn)風(fēng)袋式除塵器是我國(guó)“十三五”科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目自主創(chuàng)新取得的最新科技成果，全球首臺(tái)套示范工程實(shí)現(xiàn)了成功運(yùn)行，技術(shù)性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

2）頂部垂直進(jìn)風(fēng)袋式除塵器具有預(yù)除塵、阻力低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資省和占地小等鮮明特點(diǎn)，減污降碳效益顯著，代表了袋式除塵技術(shù)發(fā)展方向。

3）頂部垂直進(jìn)風(fēng)袋式除塵器可廣泛應(yīng)用于鋼鐵、水泥、有色、石油化工、農(nóng)產(chǎn)品加工等行業(yè)，可實(shí)現(xiàn)超低排放和節(jié)能運(yùn)行。