防爆除塵器的設(shè)計與選用研究

韓飛躍，史亞臣

（1.清華大學(xué) 天津高端裝備研究院，天津 300304；2.中信國安化工有限公司，山東 菏澤 274500）

0 引言

隨著社會的不斷進步，企業(yè)細分領(lǐng)域越來越多和規(guī)模越來越大，國家對環(huán)境的要求也越來越高，對除塵設(shè)備的設(shè)計和選用也越來越嚴格，特別是對于易燃易爆的粉塵選用除塵器時更加嚴格，需要保證易燃易爆粉塵在輸送和收集過程中安全可靠，排放的氣體符合國家標準，從而保證員工的人身健康和企業(yè)安全生產(chǎn)。用于過濾一般粉塵的除塵器在工業(yè)中已得到廣泛應(yīng)用，在設(shè)計和選用方面都比較成熟，但是對于處理易燃易爆粉塵的除塵器在設(shè)計和選用方面的認知相對比較少。防爆除塵器分為干式防爆和濕式防爆，本文主要研究分析兩種防爆除塵器在設(shè)計和選用方面的差異。

1 防爆除塵器常用機械結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特點

防爆除塵器可分干式防爆除塵器和濕式防爆除塵器，兩者的明顯區(qū)別就是過濾材質(zhì)不一樣，干式防爆除塵器過濾材質(zhì)采用防靜電濾布做成的濾袋，內(nèi)部是用鋼絲制成的骨架做支撐，采用負壓式結(jié)構(gòu)對粉塵進行捕集，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。濕式防爆除塵器的過濾介質(zhì)主要是工業(yè)用水，是通過分散洗滌液體或分散含塵氣流而生成的液滴、液膜或氣泡，使含塵氣體中的塵粒得以分離捕集[1]，其基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 袋式防爆除塵器結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 濕式防爆除塵器結(jié)構(gòu)示意圖

1.1 抽塵口與補風(fēng)口

除塵器一般會對多臺工藝設(shè)備進行粉塵清理，由于設(shè)備擺放位置不同，從設(shè)備到除塵器的除塵管道長短也不一樣，使各個抽塵口處的吸力相差很大，所以要在每個抽塵口處安裝調(diào)風(fēng)閥，普通除塵器調(diào)整調(diào)風(fēng)閥的旋鈕使管道的風(fēng)速和風(fēng)壓相對均衡，滿足使用即可，但防爆除塵器對管道的設(shè)計風(fēng)速有嚴格要求，例如：鋁鎂制品拋光、打磨加工的除塵器進風(fēng)管，其設(shè)計風(fēng)速按照風(fēng)管內(nèi)的粉塵濃度不大于爆炸下限的25%計算，且不小于23 m/s[2]，以防止粉塵堆積在管道中。在工藝設(shè)備所需風(fēng)量不需要達到設(shè)計的額定風(fēng)量時就需要將調(diào)風(fēng)閥關(guān)閉一定角度，進風(fēng)口變小就會影響到除塵分支管道和主管道的風(fēng)速要求，產(chǎn)生安全隱患。為解決風(fēng)速問題，特意在靠近抽塵口端部增加補風(fēng)口，當(dāng)抽塵口的調(diào)風(fēng)閥關(guān)小后補風(fēng)閥的調(diào)風(fēng)閥增大，保證管道內(nèi)風(fēng)速不低于指定值，為方便檢測分支管道內(nèi)的風(fēng)速，需要在分支管道上設(shè)計風(fēng)速檢測口，同時主管道上也要安裝有風(fēng)速傳感器，時刻檢測管道內(nèi)的風(fēng)速并反饋至控制系統(tǒng)。

1.2 隔爆閥和泄爆裝置

在普通的除塵器發(fā)生爆炸后，不僅使除塵器本身損壞嚴重甚至報廢，而且還會影響周邊環(huán)境的安全，嚴重時火焰還會沿著管道到達車間并發(fā)生二次爆炸，造成廠房損壞和人員傷亡。為阻止除塵器爆炸，在設(shè)計除塵器時在除塵器本體和管道上安裝隔爆閥和泄爆裝置降低風(fēng)險，不同類型的除塵器安裝隔爆閥和泄爆裝置的位置也不一樣。袋式防爆除塵器是把泄爆裝置安裝在除塵器的側(cè)面或頂部,隔爆閥安裝在主管道上，當(dāng)爆炸發(fā)生時在沖擊波的作用下將隔爆閥關(guān)閉，除塵器內(nèi)部爆炸壓力繼續(xù)上升，當(dāng)達到泄爆裝置的泄爆壓力點后泄爆片打開，火焰從泄爆口噴出。由于結(jié)構(gòu)原因濕式防爆除塵器是把泄爆裝置和隔爆閥都安裝在主管道上，泄爆裝置靠近除塵器主體，隔爆閥和泄爆裝置一般組合使用。

1.3 檢測裝置

為預(yù)防發(fā)生爆炸，經(jīng)常在除塵器上安裝多種檢測儀器，例如溫度檢測儀、氣壓檢測儀、風(fēng)速檢測儀、壓差檢測儀、可燃氣體檢測儀等。溫度檢測儀主要監(jiān)測灰斗和袋式除塵器中溫度[3]，當(dāng)溫度＞70 ℃時除塵器發(fā)出報警信號[2]；氣壓檢測主要用于袋式除塵器的脈沖裝置的氣壓檢測，當(dāng)氣壓低于設(shè)定值時不能有效地反吹濾袋上的粉塵，容易使濾袋堵塞，高于最大設(shè)定值時又會降低濾袋的壽命；風(fēng)速檢測儀用于檢測管道內(nèi)的風(fēng)速，風(fēng)速過低時粉塵容易在管道內(nèi)堆積；壓差檢測儀主要用于對袋式除塵器的濾袋里外兩側(cè)的壓差檢測，當(dāng)壓差大于設(shè)定值時濾袋有可能堵塞，當(dāng)壓差低于設(shè)定值時濾袋有可能破損；可燃氣體檢測儀主要用于濕式除塵器檢測易燃易爆的粉塵經(jīng)過水凈化后產(chǎn)生的可燃氣體濃度。

1.4 卸灰裝置

每套除塵器都會配備卸灰裝置，產(chǎn)生粉塵量少的除塵器可采用手動卸灰裝置，產(chǎn)生粉塵量多的除塵器可采用自動卸灰裝置，為袋式除塵器選用行星卸灰閥時需注意閥芯葉片的數(shù)量，保證在任意葉片角度時行星卸灰閥具有良好密封性，或者采用雙層氣動卸灰閥[4]。密封性不好時，由于漏風(fēng)大量空氣中的富氧離子與儲存環(huán)境溫度較高的粉塵接觸極易引發(fā)自燃。因此應(yīng)加強密封，減少漏風(fēng)，防止因漏風(fēng)形成粉塵氧化自燃[5]。

2 袋式與濕式防爆除塵器在設(shè)計上的差異

袋式與濕式防爆除塵器在設(shè)計上不僅過濾材質(zhì)不同，在過濾材質(zhì)的清潔方面、除塵器主體保溫方面、廢氣排放方面等也有很大的差異。

2.1 過濾材質(zhì)的清潔方面

袋式防爆除塵器對濾袋采用的清潔措施是脈沖裝置，清灰時脈沖控制儀控制脈沖閥的啟閉，當(dāng)脈沖閥開啟時氣包內(nèi)的壓縮空氣通過脈沖裝置上的小孔向濾袋口噴射一股高速高壓的引射氣流，使濾袋內(nèi)出現(xiàn)瞬間正壓，急劇膨脹，沉積在濾袋外側(cè)的粉塵脫落，掉入灰斗[1]。濕式除塵器對污水的清潔措施是采用循環(huán)壓濾系統(tǒng)，當(dāng)壓濾系統(tǒng)開啟后由排污泵將除塵器內(nèi)的污水排入到壓濾機內(nèi)，污水經(jīng)過壓濾機過濾后再由水泵排入除塵器，污水可循環(huán)使用，粉塵經(jīng)過壓濾機壓濾后形成粉塵餅。

2.2 除塵器主體保溫方面

為防止除塵器結(jié)露、結(jié)冰及燙傷現(xiàn)象發(fā)生，需要在除塵器外側(cè)或者主要管道處做保溫處理，當(dāng)除塵設(shè)備和管道溫度≥50 ℃時，除塵器就需要采用隔熱措施，一般是在外側(cè)安裝一層或多層巖棉，巖棉的厚度隨處理的粉塵與環(huán)境溫度的不同而不同；當(dāng)除塵設(shè)備和管道的溫度比較低時巖棉層仍然可以作為保溫材料使用，當(dāng)設(shè)備和管道內(nèi)溫度過低容易結(jié)冰影響正常使用，尤其是濕式除塵器，就需要對除塵器做伴熱處理，除塵工程伴熱通常有蒸汽伴熱、熱水伴熱、電伴熱3種類型，防爆場合必須選用防爆型電伴熱帶[1]。

2.3 廢氣排放方面

有的粉塵與水接觸時間長了會發(fā)生一定化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)生廢氣，給開門維護人員帶來一定風(fēng)險，所以在濕式除塵器頂部預(yù)留一個廢氣排放口和蓋板，排放口向下傾斜一定角度，當(dāng)除塵器正常運行時廢氣排放口蓋板被吸住，停止運行時蓋板靠重力自然下垂打開以保證廢氣及時排出。袋式除塵器在維護前也需要將全部檢修門打開，通風(fēng)一定時間后再進入維護。

3 防爆除塵器的選用

防爆除塵器的選用主要是從粉塵性質(zhì)和經(jīng)濟性兩方面考慮，易燃易爆粉塵種類有農(nóng)業(yè)產(chǎn)品粉塵、炭質(zhì)粉塵、化學(xué)粉塵、塑料粉塵等，每個種類的粉塵又包含了多種性質(zhì)不同的粉塵，不同性質(zhì)、不同中徑的粉塵顆粒的爆炸下限濃度、爆炸最大壓力、爆炸指數(shù)和危險等級都不一樣，所以需要根據(jù)粉塵的顆粒中徑和性質(zhì)經(jīng)過嚴格計算來選用隔爆閥型號和泄爆裝置大小與數(shù)量。從經(jīng)濟上考慮，優(yōu)選濕式防爆除塵器，但是濕式除塵器只適用于具有親水性且不易與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的粉塵，例如鋁粉、鐵粉、尼龍粉塵及高溫或高濕的粉塵等；袋式防爆除塵器應(yīng)用就比較廣泛了，除了高溫或高濕的粉塵外，其他大部分粉塵過濾和收集都可以應(yīng)用，例如木粉、鋁粉、淀粉等粉塵。需要注意的是，不同種類的可燃性粉塵不得合用同一除塵器[6]。根據(jù)粉塵性質(zhì)，在使用袋式防爆除塵器時可在除塵主管道上添加惰性粉塵或者氣體以降低除塵器內(nèi)部易燃易爆粉塵的濃度。也可以根據(jù)粉塵特性對除塵器功能進行擴展，例如木屑粉塵，木屑粉塵可以回收后再利用，為了方便木屑粉塵的收集可將袋式除塵器底部加高加大，儲存到一定體積后再將粉塵集中回收。實際使用中還有其它防爆措施，例如抑爆裝置、火星探測器、自動噴淋滅火裝置等，根據(jù)粉塵性質(zhì)、安裝位置、實際應(yīng)用特性合理選用防爆措施，達到安全可靠的目的。

4 結(jié)語

隨著人們對易燃易爆粉塵的了解不斷提高，可采取的檢測和抑爆措施越來越先進，防爆除塵器的設(shè)計和使用會越來越安全。近幾年隨著我國工業(yè)自動化的快速發(fā)展，不斷有新材料的產(chǎn)生，對工業(yè)除塵設(shè)備也提出了新的要求，智能化和自動化要求會越來越高，因此總結(jié)上述結(jié)構(gòu)以供參考使用，希望能有助于做強我國的裝備制造業(yè)。