窯頭袋收塵器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

　　我國(guó)水泥工業(yè)通過“十五”、“十一五”期間的飛速發(fā)展，結(jié)構(gòu)調(diào)整成效顯著，新型干法水泥取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。新型干法工藝已經(jīng)成為我國(guó)水泥工業(yè)的主體，落后生產(chǎn)工藝和設(shè)備逐步被淘汰，水泥生產(chǎn)中粉塵和廢氣污染明顯降低。隨著產(chǎn)業(yè)政策的調(diào)整，水泥生產(chǎn)日趨大型化，袋收塵器的使用越來越多，這也為水泥工業(yè)實(shí)現(xiàn)趨零排放提供了良好的條件。

　　工藝設(shè)計(jì)
　　袋收塵器的設(shè)計(jì)分為內(nèi)濾式和外濾式兩種。采用內(nèi)濾式袋收塵器進(jìn)行過濾時(shí)，含塵氣體經(jīng)收塵器下花板進(jìn)入濾袋內(nèi)側(cè)，濾袋鼓脹，清灰方式采用分室離線反吹風(fēng)縮袋清灰，原理較復(fù)雜，受燒成工藝操作的影響大。采用外濾式袋收塵器進(jìn)行過濾時(shí)，含塵氣體經(jīng)收塵器進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入過濾室的濾袋外側(cè)進(jìn)行過濾，濾袋外側(cè)受此氣流影響產(chǎn)生吸縮，因此必須要用骨架袋籠支撐。清灰方式采用脈沖清灰。

　　中國(guó)建材集團(tuán)合肥水泥研究設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的大型袋收塵器綜合了分室反吹和脈沖清灰兩類除塵器的優(yōu)點(diǎn)，采用離線分室脈沖清灰，防止了粉塵的二次吸附；采用低壓大口徑淹沒式脈沖閥，降低了噴吹氣源壓力和設(shè)備運(yùn)行能耗，延長(zhǎng)了濾袋、脈沖閥的使用壽命，綜合技術(shù)性能大大提高。

　　在設(shè)計(jì)和制造袋收塵器時(shí)，對(duì)導(dǎo)流管的設(shè)計(jì)及制造提出了嚴(yán)格的技術(shù)要求，確定噴嘴口至濾袋口的理想距離，是保證清灰效果的重要措施。不同直徑的導(dǎo)流管，其噴吹口與濾袋口的距離也不相同。導(dǎo)流管的直徑對(duì)清灰效果有一定影響，如直徑太小，壓縮空氣無法順利地從導(dǎo)流管噴出，產(chǎn)生“憋氣”，引起噴吹管的激烈震動(dòng)，久而久之，使連接管產(chǎn)生松動(dòng)，導(dǎo)致導(dǎo)流管傾斜。噴射角的大小也很重要，當(dāng)噴射角在2°~14°之間時(shí)，濾袋口受集中震動(dòng)載荷大，濾袋損失嚴(yán)重；當(dāng)噴射角大于15°時(shí)，整個(gè)濾袋很少或者沒有脈沖清灰氣源，清灰效果大大低于正常工況，使收塵器阻力居高不下。

　　因此，理論和實(shí)踐都證明導(dǎo)流管與主管必須垂直布置，且導(dǎo)流管噴吹口與濾袋口的距離應(yīng)為185mm為宜。

　　工作原理
　　CDMC型長(zhǎng)袋脈沖袋式除塵器的凈化方式為外濾式下進(jìn)氣結(jié)構(gòu)，正常工作時(shí),含塵氣體由進(jìn)風(fēng)總管經(jīng)進(jìn)風(fēng)支管、進(jìn)風(fēng)閥進(jìn)入各灰斗，隨著面積增大，粉塵突然失去動(dòng)能，部分大塵粒落入灰斗，其余大部分細(xì)小塵粒隨氣流上升進(jìn)入各袋室，經(jīng)濾袋過濾后,塵粒被滯留在濾袋的外側(cè)，凈化后的氣體穿過濾袋由濾袋內(nèi)部經(jīng)花板孔進(jìn)入上箱體、凈氣箱，再經(jīng)排風(fēng)閥板孔進(jìn)入排風(fēng)管排入大氣，從而達(dá)到收塵的目的。

　　由于過濾的不斷進(jìn)行，收塵器阻力也隨之上升，需要對(duì)其進(jìn)行清灰，清灰靠脈沖壓縮空氣來完成，清除下來的粉塵落入灰斗經(jīng)卸灰閥、拉鏈機(jī)帶往指定位置。清灰時(shí)，控制器發(fā)出清灰命令，首先，將指定室提升閥板關(guān)閉，切斷過濾氣流；然后，清灰控制器向脈沖電磁閥發(fā)出信號(hào)，隨著脈沖閥把用作清灰的壓縮氣流逐排送入袋內(nèi)，濾袋迅速鼓脹，并產(chǎn)生強(qiáng)烈抖動(dòng)，導(dǎo)致濾袋外側(cè)的粉塵抖落，實(shí)現(xiàn)清灰。清灰完畢后，提升閥打開，恢復(fù)過濾狀態(tài)。由于設(shè)備分為若干個(gè)箱體，上述過程逐箱進(jìn)行，一個(gè)箱體在清灰時(shí)，其余箱體仍在正常工作，保證了設(shè)備的連續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，即離線清灰方式運(yùn)行。

　　合肥水泥院設(shè)計(jì)的收塵器采用定時(shí)清灰控制，也可采用定阻清灰模式，離線清灰與在線清灰可互相切換，控制參數(shù)連續(xù)可調(diào)。

　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　　考慮到設(shè)備處理風(fēng)量大，設(shè)備制作安裝、運(yùn)輸及剛性變形等原因，將收塵器箱體設(shè)計(jì)成上、中、下3個(gè)部分。上箱體由潔凈室、花板、U型噴管、氣包等組成，便于現(xiàn)場(chǎng)整體安裝；中箱體和下箱體則設(shè)計(jì)成板式結(jié)構(gòu)，有利于節(jié)省運(yùn)輸空間,降低成本。箱體整體不易變形，箱體現(xiàn)場(chǎng)組裝制成密閉形式。為了防止熱脹冷縮而產(chǎn)生的焊縫撕裂和整體變形等現(xiàn)象，在箱體連接處采用V型補(bǔ)板。

　　灰斗整體設(shè)計(jì)成船型，既有利于各箱室風(fēng)量分布均勻，又能有效降低灰斗高度。箱體和灰斗之間密閉連接，進(jìn)風(fēng)管和灰斗連接。

　　氣流分布
　　隨著袋收塵器結(jié)構(gòu)的大型化，袋收塵器氣流分布的合理性應(yīng)該放在設(shè)計(jì)的重要位置來考慮。除塵器運(yùn)行阻力是工況中多種情況造成的，如粉塵特性、粉塵濃度、氣布比（過濾風(fēng)速）、煙氣溫度、濕度、酸堿性、濾料特性、清灰壓力、清灰周期等。

　　要做到各個(gè)室風(fēng)量分配均勻，應(yīng)從總進(jìn)風(fēng)和各支路進(jìn)風(fēng)，氣流流動(dòng)順暢、平緩。進(jìn)風(fēng)風(fēng)道沿長(zhǎng)度方向的截面積是變化的，各支管出口面積不變，使其出風(fēng)口的速度相同，保持風(fēng)道全長(zhǎng)靜壓不變。最大限度減少流動(dòng)阻力；盡量使各個(gè)箱室的煙氣過濾負(fù)荷均勻，使清灰灰斗的灰量趨于平衡；控制上升煙氣的平均速度小于1m/s，使粉塵的沉降速度大于此速度，有利于粉塵沉降；花板及箱體的設(shè)計(jì)制作均應(yīng)充分考慮氣流分布的不均勻性導(dǎo)致的濾袋擺動(dòng)和碰撞，保證濾袋的使用壽命。

　　3種進(jìn)氣方式中，直通式進(jìn)氣方式,通常在電除塵器改為袋除塵器中使用；側(cè)進(jìn)風(fēng)方式，袋束迎風(fēng)面有受到煙氣沖刷而導(dǎo)致濾袋破損的可能，一般加一疏流格柵板，但這樣會(huì)增加袋收塵器的設(shè)備阻力；側(cè)下進(jìn)風(fēng)方式，且在進(jìn)風(fēng)口處設(shè)置調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)閥門，根據(jù)風(fēng)量及進(jìn)風(fēng)風(fēng)速的計(jì)算設(shè)計(jì)選用。進(jìn)風(fēng)閥門設(shè)計(jì)有2種形式，第一種是手動(dòng)蝶閥式；第二種是百葉窗式手動(dòng)閥門（適用于超大風(fēng)量）。

　　在氣流分布的調(diào)節(jié)方式上，必須使各側(cè)下出口均勻地布置在風(fēng)道的長(zhǎng)度方向上，使其靜壓相等；沿風(fēng)道全長(zhǎng)采用變截面方式，即風(fēng)道的截面應(yīng)向著氣流末端的方向逐漸縮小，在設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)采用變截面等寬度斜隔板進(jìn)風(fēng)方式；各出口的流量系數(shù)μ相等。這個(gè)流量系數(shù)μ與孔口形態(tài)、氣流出流角度α（可調(diào)）有關(guān)。

　　出口處氣體流出的角度與管道內(nèi)部氣流的靜壓與動(dòng)壓的比值有關(guān)。顯然，靜壓越大，動(dòng)壓越小，風(fēng)管內(nèi)氣流速度越小)，則氣流的氣流出流角α越大，氣流的方向越接近與風(fēng)道的橫截面垂直。在設(shè)計(jì)均勻送風(fēng)風(fēng)道時(shí)，要求α角盡量大些，使風(fēng)道內(nèi)靜壓大，動(dòng)壓小。因此，風(fēng)口處加設(shè)調(diào)節(jié)閥，閥板角度可任意調(diào)整，全開為90°，是最大值；同時(shí)，可根據(jù)設(shè)置在收塵器上的壓差顯示裝置、準(zhǔn)確掌握各分室的運(yùn)行阻力，了解各分室的風(fēng)量是否平衡，以此來調(diào)節(jié)各分室的進(jìn)風(fēng)閥開度，從而使設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)。

　　袋收塵器的工作阻力與設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如氣體入口、斜隔板煙道、出口、閥門，以及濾布種類、粉塵性質(zhì)和粉塵層特征、清灰方式、過濾風(fēng)速、氣體溫度、濕度等許多因素有關(guān)；出風(fēng)口調(diào)節(jié)采用汽缸提升閥控制開啟、閉合。開度大小可手動(dòng)調(diào)節(jié)出風(fēng)口截面尺寸，控制風(fēng)速使氣流分配均衡。

　　濾料選擇
　　選擇濾料通?？紤]3個(gè)方面。一是過濾效率高及使用壽命長(zhǎng)。想要達(dá)到這一點(diǎn)，濾料需要在使用工況條件下有好的熱穩(wěn)定性、形體和化學(xué)穩(wěn)定性及很好的防腐性能；二是這種濾料應(yīng)具有多年的使用案例及低廉的價(jià)格；三是這種濾料具有廣闊的市場(chǎng)份額，比較容易購(gòu)買。

　　除此之外，選用的濾料不應(yīng)超過濾料允許的使用溫度；煙氣溫度不能低于露點(diǎn)，否則煙氣中的水蒸氣會(huì)液化成水滴，增加粉塵的濕度，粘貼于濾袋表面，難以從濾袋上剝離，使袋收塵器阻力迅速增高，甚至無法運(yùn)行；酸、堿、氧化劑、有機(jī)溶劑等多種化學(xué)成分對(duì)濾料也有一定的影響，如果腐蝕性超過了濾料本身的抵抗力，那將會(huì)被破壞。另外，水解、油侵蝕、磨蝕性等也會(huì)對(duì)濾料產(chǎn)生一定的影響。合肥水泥院選用的是英國(guó)安德魯公司生產(chǎn)的nomex濾料。

　　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
　　青州中聯(lián)6000t/d水泥熟料生產(chǎn)線窯頭袋收塵器，自2007年1月初投運(yùn)至今，效果理想。在入口溫度150～180℃，出口溫度120～150℃的條件下，正常連續(xù)運(yùn)行，平穩(wěn)可靠，收塵率≥99.9%。經(jīng)山東省環(huán)保局濟(jì)南環(huán)境監(jiān)測(cè)站和青州市環(huán)保局環(huán)境監(jiān)測(cè)站測(cè)定：除塵前濃度6553.8mg/Nm³，除塵后濃度8.8mg/Nm³?；具_(dá)到了工業(yè)廢氣的零排放，低于國(guó)家允許的排放標(biāo)準(zhǔn)，完全滿足環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。

　　另外，低壓長(zhǎng)袋雙側(cè)脈沖袋收塵器自2005年1月取得專利以后，經(jīng)過不斷摸索和改進(jìn)，先后在不同地區(qū)、不同規(guī)模、不同工況的數(shù)家水泥廠投入或即將投入運(yùn)行，在窯頭系統(tǒng)的使用已經(jīng)越來越廣泛，并且可在窯尾系統(tǒng)使用。其中，沙特奈季蘭和沙特北方水泥窯尾用的設(shè)備袋收塵器是目前世界水泥行業(yè)規(guī)模最大的，處理風(fēng)量達(dá)160萬Nm³/h，而山東中聯(lián)青州6000t/d窯尾采用的袋收塵器是目前國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的，處理風(fēng)量達(dá)120萬Nm³/h。

　　這種袋收塵器具有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，很快在大型干法水泥廠窯頭系統(tǒng)得到推廣。當(dāng)然，在不斷的推廣和使用中，還有部分問題需要注意和解決，如濾袋的性價(jià)比。只要濾袋價(jià)格有所下降，就能夠大量國(guó)產(chǎn)化，低壓長(zhǎng)袋雙側(cè)脈沖袋收塵器的使用前景更加廣闊。

　　青州中聯(lián)6000t/d窯頭冷卻器及收塵器系統(tǒng)經(jīng)過3年的使用，總結(jié)出如下3點(diǎn)體會(huì)：

　　一是隨著我國(guó)水泥行業(yè)上大改小政策的進(jìn)一步深化落實(shí)，大型水泥干法生產(chǎn)線成為發(fā)展的必然趨勢(shì)。窯頭袋收塵器將會(huì)得到廣泛的推廣和應(yīng)用，隨之配套的大型單機(jī)設(shè)備如多管冷卻器也有著廣闊的應(yīng)用前景。二是低壓長(zhǎng)袋脈沖袋收塵器應(yīng)用在6000t/d及以上干法水泥生產(chǎn)線，開辟了一條嶄新的發(fā)展前景，其系列化的設(shè)計(jì)標(biāo)志著袋收塵器發(fā)展的一個(gè)新格局。三是為了貫徹執(zhí)行國(guó)家節(jié)能減排戰(zhàn)略方針，研制出的大型窯頭袋收塵器，為設(shè)計(jì)的具體量化和可實(shí)施性作出了應(yīng)有的探索。