摘 要:對脈沖對反吹圓袋除塵器和機(jī)械沖擊振打扁袋除塵器進(jìn)行了數(shù)字計算和分析對比，顯示前者落后，后者先進(jìn)，并對空氣凈化除塵及可預(yù)計的節(jié)能降耗目標(biāo)進(jìn)行了粗估。

關(guān)鍵詞:脈沖反吹圓袋除塵器,機(jī)械沖擊振打扁袋除塵器,性能對比

1 前言

目前國內(nèi)廣泛使用的圓袋除塵器及各式反吹方法, 在理論和結(jié)構(gòu)上均呈現(xiàn)老舊,在制造和使用上造成鋼材和能源的很大浪費(fèi)。主要問題是：占地面積大，采用反吹清灰會把已回收到過濾面上的積灰重新吹揚(yáng)起來，再行沉降落至灰斗實現(xiàn)收塵，很明顯沉降下來的灰塵只有少數(shù)，大部分會隨反吹風(fēng)流揚(yáng)起，因而還要經(jīng)過重復(fù)過濾處理。同時，危害性大的微塵更不易沉降，在塵端形成惡性循環(huán)大大降低了除塵器的使用效果；反吹清灰所施加的風(fēng)力必須先經(jīng)過濾料再作用于附灰層，受到了濾袋的阻攔，反吹的壓力損失很大，均勻度也極差，導(dǎo)致清灰的能源效率低下。后改變?yōu)閴嚎s空氣，加大了壓力進(jìn)行脈沖反吹、清灰的強(qiáng)度大有提高、但反吹風(fēng)的缺點(diǎn)仍然存在，消耗大量能源產(chǎn)生的風(fēng)力用于有效清灰的少，吹力過大吹起二次揚(yáng)塵多，還會加速損壞濾袋，只能采用價高較耐折而不耐溫的有機(jī)合成濾料和脈沖反吹清灰，鋼材和能源消耗更加巨大，清灰過程還帶來對除塵危害很大的“致冷效應(yīng)”，如北方鞍山地區(qū)水氣降溫冷凝和泥糊袋問題，常使得完好的濾袋在短期使用后就被強(qiáng)迫報廢。

本文將機(jī)械振打扁袋除塵器與脈沖反吹圓袋除塵器（由于均可采用高效新型濾料控制低排放濃度）進(jìn)行節(jié)能、降耗對比，說明有降耗節(jié)能巨大的空間。

2 兩種袋式除塵器的結(jié)構(gòu)差異

扁形濾袋和圓形濾袋的水平斷面見下圖。

圖中（a＋b）為扁袋口的寬度、L為扁袋長度；d為圓袋直徑，e為兩袋間距。

圖中大方框內(nèi)為安裝一個袋的內(nèi)部和外部所占的面積，扁袋為（a＋b）L，圓袋為（c＋d)(c＋d）；畫密集小方塊處為一個濾袋內(nèi)部所占的面積，其余為袋外凈空。

按一般濾袋設(shè)計（以mm計算）：

a = 3 0 、b = 2 0 、L = 2 0 0 0 、c = 5 0 、d = 2 0 0 。

（1）過濾面積比=過濾面積（m2）/所占單位空間（m3）。代入上列數(shù)字計算可得：

扁袋：40.3m2/m3；圓袋：10.048m2/m3；扁袋和圓袋相比為3.85，接近4倍。

（2）扁袋和圓袋在除塵器內(nèi)的布列方式不同，扁袋安排了氣流專用通道，而圓袋沒有。

圖中大方框內(nèi)為一個高度同為1m濾袋的占地：

扁袋：（a＋b）L=0.105m2，因一個扁袋的過濾面積為 3.7m2，故1m2占地能放置扁袋的過濾面積為35.24m2。

圓袋：（c＋d）(c＋d）=0.063m2，因一個圓袋的過濾面積為0.628m2，故1m2占地能放置圓袋的過濾面積為 9.97m2。

在相同占地面積上，扁袋面積為圓袋的3.5倍。

扁袋安裝在除塵器的中部，占水平斷面比例為 2100/3500 =60%；塵端氣流空間占800/3500=23%；凈端氣流空間占600/3500=17%。

扁袋除塵器內(nèi)部的濾袋排列有序，氣流保持穩(wěn)定，因而阻力小，檢修方便；圓袋內(nèi)部濾袋呈滿天星布列，無專用氣流通道，氣流的穩(wěn)定性差，阻力大，檢修不便。

扁袋除塵器拉緊的外濾式濾袋，沒有褶皺，附灰均勻，有專用氣流通道，氣流流動通暢，20條左右濾袋組成完整的濾袋模塊，裝在除塵器各室的中部，各室多層疊放，各層清灰的振打錘頭提升機(jī)構(gòu)設(shè)在除塵器外面頂部，濾袋外部和打錘工作區(qū)為塵端空間，是煙氣自灰斗經(jīng)自然沉降后上升到主流的流動通道，積灰漏斗在下面。袋口外面為凈端空間，袋口在塵、凈端間隔垂直的密封法蘭上，先放一圈軟墊在除塵器的密封法蘭上，然后推入模塊濾袋組（或名單體箱），再用螺栓壓緊就位，確保嚴(yán)密不漏。高溫除塵各室的進(jìn)口支管上，先裝進(jìn)口閥門，再和凈端下部的灰斗連接，使出口氣流擴(kuò)散較快，又避免了氣流沖刷上部濾袋，上部出口支管上設(shè)三通清灰閥后，再和排風(fēng)總管相聯(lián)，塵、凈端的氣流通道即為停車或運(yùn)行時分室停風(fēng)的檢修空間。

圓袋除塵器為單個內(nèi)濾式濾袋滿天星似的布列，塵、凈端不分，也就沒有專用的氣流通道。流速變化大，因而阻力高，濾袋松馳，存在磨壞積灰和堵塞的危險，還要增加反吹清灰的風(fēng)量。

過濾面積相同時，扁袋除塵器占地小，消耗鋼材少，所具有的相對過濾面積較大，因而可以選用較低過濾速度，既可降低阻力，又可提高過濾效率，為除塵器大型集約化創(chuàng)造條件。

過濾面積相同，圓袋除塵器占地耗鋼材比扁袋多的原因是內(nèi)部濾袋布列難以做到合理安排，有些地方派不上用場，浪費(fèi)了占地和構(gòu)筑的鋼材。采用多種參考材料計算，圓袋除塵器耗鋼材量為扁袋的2.1～2.4倍。

圓袋除塵器的塵、凈端不分，也沒有專用的氣流通道，致使內(nèi)部流速起伏變化大至10倍，快速流動的阻力大，產(chǎn)生的機(jī)械磨損也較大，會造成濾袋磨損；慢速處易積灰堵塞。

扁袋除塵器占地小，既節(jié)省了占地面積，又節(jié)省了鋼材，內(nèi)部的濾袋布列也合理，氣流流動和分配均勻，因而比圓袋的阻力小得多，接近直通流動的電除塵器的阻力。造價也低，除塵效率高的玻纖和滌綸無紡針刺氈濾料配套使用于高溫或常溫環(huán)境非常適宜。

柔性濾袋改變?yōu)閯傂院�，將除塵器的優(yōu)越性大幅度提高：機(jī)械振打清灰，清灰徹底均勻，設(shè)備簡便，清灰效率極高；無論在常溫或高溫條件下使用，拉緊濾袋承受的應(yīng)力均保持在彈性的范圍內(nèi)，濾袋位置固定，內(nèi)部的流速變化不大，阻力小，消耗電力少，節(jié)能效果優(yōu)于其它袋式除塵器的清灰方法。

眾所周知，墊上柔軟物質(zhì)是減振的好辦法，其可推遲延長時間，緩解巨大的作用力，將柔性體濾袋采用簡便拉緊的辦法，改造為近似剛體，振打的作用時間就可在停風(fēng)的條件下縮短為0.1～0.2ms，產(chǎn)生的強(qiáng)大瞬時爆發(fā)力以超高頻均勻傳遞到整個濾袋，表面附灰層因承受巨大的慣性力而與過濾表面分離后就自行沉降到灰斗，由此耗能很少就實現(xiàn)了徹底均勻清灰。

例如：除塵器配套的振打裝置，打錘重7kg，實測從振打錘所獲得的振打加速度為3700m/s2（1kg的重力加速度9.8m/s2），按牛頓第二定律，F(xiàn)=MA，振打力的峰值為7×3700=25,900N。振打產(chǎn)生的瞬時清灰力達(dá)25.9t，極其巨大。

這種極簡易的組合清灰功效之高，可等同于電除塵器，而壓縮空氣噴吹作用時間為0.1～0.15s、爆炸時間為0.1～0.055s均遙不可及，脈沖反吹功效低、耗能高、損壞濾袋、設(shè)備復(fù)雜十分明顯。

3 袋式除塵器的性能

常用的幾種袋式除塵器的主要性能見表1。

上述各式除塵器，均應(yīng)滿足下述要求：

（1）排放濃度限制在50mg/m3以下，預(yù)計今后更嚴(yán)，振打扁袋可將排放濃度限值調(diào)低到20mg/m3，已普遍選用最新的、除塵效率最高的氈類或復(fù)膜等濾料。

（2）正常運(yùn)行阻力800～1500Pa，最多不超過2000Pa。

（3）除塵器的塵、凈端隔開（即濾袋在花板上安裝），是保持高除塵效率的關(guān)鍵 ，扁袋模塊就位時有軟墊，并用螺栓壓緊穩(wěn)定不動。

綜上表所述，機(jī)械振打扁袋除塵器，徹底解決了脈沖反吹圓袋除塵器在高溫除塵難以跨越的六大障礙：

（1）適應(yīng)大型化要求，是機(jī)械振打扁袋除塵器提高技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最重要的性能之一。大型化最基本的要求是除塵器占地小，扁袋除塵器比圓袋除塵器占地面積小 4倍多，這就為調(diào)低濾速、選擇附灰層較厚、清灰周期較長的理想除塵性能創(chuàng)造了條件。附灰層含有反應(yīng)不完全的脫硫劑，比電除塵脫硫率提高10個百分點(diǎn)。

（2）解決了高溫袋式除塵器清灰難題。由于爐窯排煙所含的煙塵微細(xì)，是在1000℃以上物質(zhì)氣化后冷凝成的微細(xì)而輕的粉塵，對過濾表面粘著力強(qiáng)，使附灰層的阻力增長較快。機(jī)械振打扁袋除塵器主要采用了耐高溫、拉緊使用的玻纖濾料；采取了簡便的少量低壓反風(fēng)輔助措施，分室停風(fēng)清灰時就地吸入少量的低壓反風(fēng)，保證清灰該室處于反風(fēng)狀態(tài)（停風(fēng)的負(fù)壓一般為500Pa），濾袋表面的附灰層充氣氣化降低了與過濾面的粘結(jié)性，并使該室降溫，相對濕度增加對清灰有利。機(jī)械振打清灰，爆發(fā)力強(qiáng)大，清灰均勻徹底。

（3）拉緊使用玻纖發(fā)揮了玻纖的優(yōu)點(diǎn)，避免了它的缺點(diǎn)。經(jīng)過改革的機(jī)械振打扁袋除塵器，實現(xiàn)了高效率、長壽命使用玻纖濾料，使高溫除塵的技術(shù)水準(zhǔn)和經(jīng)濟(jì)效益顯著提高。

（4）采用垂直花板，水平拉緊外濾式扁袋組成組合式模塊，塵端一切落灰毫無阻礙地直達(dá)灰斗。反吹圓袋由于垂直安裝在水平花板上，濾袋也比較松馳，必須安排人工經(jīng)常清掃水平花板袋口或袋底上的，袋外或袋內(nèi)皺褶夾縫內(nèi)的積灰，而扁袋水平拉緊在垂直花板上，光滑無折曲，不存在阻礙和堆積灰塵之處，機(jī)械沖擊振打爆發(fā)力大、清灰迅速，自然沉降和清灰的灰塵可直落灰斗。

（5）清灰能源高效用于清灰，濾袋表面毫無機(jī)械磨損，保證了濾袋的長使用壽命。使用玻纖針刺氈，耐溫高價格低、使用壽命長。

（6）玻纖濾袋模塊式組裝出廠，保持了最佳的原始強(qiáng)度，使用壽命很長。

機(jī)械振打扁袋由柔性變成了剛性，因而具有了清灰設(shè)備簡便、清灰能耗效率高的電除塵器的優(yōu)點(diǎn)，對比脈沖反吹的耗能大幅減少。

從上述對比資料可見，脈沖袋式除塵器發(fā)展到現(xiàn)在的低壓脈沖，能耗比高壓脈沖減少到了約1/5，可以采用方便就地設(shè)置的羅茨鼓風(fēng)機(jī)，脈沖配件更集中簡化。

4 機(jī)械振打扁袋除塵器和脈沖反吹圓袋除塵器的比較

4.1 革新袋型和清灰方法，提高了經(jīng)濟(jì)性和適用性

機(jī)械振打扁袋除塵器和脈沖反吹圓袋除塵器對比見表2。

4.2 綜合分析

（1）實驗結(jié)果表明，在常溫和相同的生產(chǎn)條件下，如常規(guī)濾料、過濾速度、阻力范圍和清灰徹底，振打扁袋除塵器比反吹圓袋除塵器的除塵效率高0.05%，出口濃度低20mg/m3。主要是由于振打扁袋時，濾袋上的原始附灰層能較好保持，而反吹圓袋時濾袋的附灰有直接穿透現(xiàn)象。

（2）濾袋為適應(yīng)高效振打清灰，變?nèi)嵝詾榭嚲o如鼓面的剛性體，這是個巨大的變化，使清灰能耗降低，不到脈沖噴吹清灰能耗的1/40，在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上與脈沖反吹形成了鮮明的對比。

5 應(yīng)用實例

以15～20t/h煤粉鍋爐排煙除塵采用的機(jī)械振打玻纖扁袋除塵器為例。振打玻纖扁袋除塵器比脈沖反吹PPS 濾料圓袋除塵器有很大的降耗節(jié)能空間。由于兩種除塵器均可采用高除塵效率的濾料，故減排的效果相同，降耗和節(jié)能的經(jīng)濟(jì)效益對比如下：

振打扁袋除塵器占地面積為17.43m2，過濾速度 0.821m/min，過濾面積1589m2；脈沖反吹圓袋除塵器占地面積53m2，過濾速度1.1m/min，過濾面積1185m2。對比結(jié)果顯示：

（1）圓袋比扁袋占地面積多35.57m2，即多67%；

（2）圓袋比扁袋多消耗鋼材10.5t；

（3）圓袋比扁袋清灰多消耗電力36.65kW（壓縮空氣10m3，約合1kW）；

（4）扁袋比圓袋多消耗濾料404m2 ，由于圓袋的 PPS濾料比扁袋的玻纖濾料貴2倍多，因此扁袋比圓袋節(jié)約濾料費(fèi)用約60%，且圓袋濾料使用壽命最長為4年，扁袋使用的玻纖濾料壽命已超過6年；

（5）扁袋的過濾速度較慢，過濾面上的附灰層較厚，如用于脫硫排煙除塵，脫硫效率可比電除塵提高10 個百分點(diǎn)。

鞍鋼首先在軋鋼廠的空氣冷卻通風(fēng)系統(tǒng)完全采用了機(jī)械振打滌綸扁袋除塵器，使用10年來節(jié)能降耗效益顯著，且濾袋完好；氧氣廠的進(jìn)風(fēng)過濾也將原先采用的較復(fù)雜的高壓脈沖圓袋除塵器改造替換成低壓，這樣就減少了系統(tǒng)配件復(fù)雜、耗能過大等缺陷。

變革后的機(jī)械振打式玻纖（滌綸）扁袋除塵器，具備了拉緊扁袋類似電除塵器剛性結(jié)構(gòu)和機(jī)械沖擊振打清灰的條件，較好地解決了脈沖反吹圓袋高溫除塵器視為難題的以上問題，除塵系統(tǒng)大為簡化，基本沒有易損件，指示儀表和自動電控設(shè)備也經(jīng)久耐用，消除了濕泥糊袋問題，減少了維護(hù)檢修工作量。

參考文獻(xiàn)：

胡源，陳水著.爐窯排煙高溫袋濾除塵技術(shù)—振打式玻纖（滌綸）扁袋除塵器 [M].北京：中國建材工業(yè)出版社，2008.

(本文作者來自鞍鋼設(shè)計研究院)

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