高效低阻脈沖袋式除塵器在煙塵處理中的應用研究

王 方

（山西省長治市生態(tài)環(huán)境局潞州分局，山西 長治 046000）

引言

工業(yè)煙塵是造成大氣污染的主要污染物之一[1]。20 世紀80 年代，隨著我國各類大型工業(yè)企業(yè)的建設，脈沖袋式除塵器被引進和消化，逐步在各行業(yè)應用[2-3]。由于缺乏對脈沖袋式除塵器核心技術(shù)的研究，致使適用的脈沖袋式除塵器普遍存在清灰不均勻且效率低、內(nèi)部流場混亂、關鍵部件性能不過關等難題，造成除塵器運行阻力高、能耗大、濾袋磨損嚴重，除塵器運行效果差[4]。針對以上情況，本文提出了高效低阻脈沖袋式除塵器的設計研究工作，基于1∶1 的脈沖噴吹試驗臺、除塵器流場模型和自動化控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等脈沖袋式除塵器實驗研發(fā)平臺的基礎上，開發(fā)了節(jié)能高效的高效低阻脈沖袋式除塵器。該除塵器可廣泛應用于冶金、電力、礦山、機械、化工、建材、制藥、食品等眾多行業(yè)，在環(huán)境保護和資源回收中發(fā)揮重要作用。

1 高效低阻脈沖袋式除塵器的設計

1.1 總體設計思路

針對國內(nèi)外大型脈沖袋式除塵器存在的技術(shù)缺陷，在全面調(diào)研國內(nèi)外袋式除塵技術(shù)現(xiàn)有水平和發(fā)展趨勢的基礎上，通過實驗室試驗、數(shù)值模擬和工程應用，著重研究影響脈沖袋式除塵器除塵效率的兩個關鍵因素，即脈沖噴吹清灰機理及裝置和脈沖袋式除塵器內(nèi)部氣流分布規(guī)律，解決目前脈沖袋式除塵器普遍存在的清灰能力差、結(jié)構(gòu)阻力高、濾袋壽命短等問題[5]；同時研發(fā)適于7 m～9 m 長濾袋的脈沖清灰裝置，為高效脈沖袋式除塵器的設計提供技術(shù)依據(jù)和應用條件。

1.2 結(jié)構(gòu)分析

在反吹風袋式除塵器的基礎上，設計了高效低阻脈沖袋式除塵器，該設備的工作原理如圖1 所示，主要由濾袋、噴吹系統(tǒng)、箱體、凈氣室、排灰系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等單元組成。

圖1 高效低阻脈沖袋式除塵器的工作原理示意圖

1）開發(fā)了新型脈沖噴吹清灰裝置及配套工藝，使單個脈沖閥在保證均勻清灰效果的基礎上，清灰過濾面積提高了28.6%，實現(xiàn)了9 m 長濾袋脈沖除塵器。

2）解決了由于除塵器內(nèi)部氣流分布不均勻?qū)е碌某龎m器結(jié)構(gòu)阻力高、濾袋壽命短的技術(shù)難題，在高效脈沖清灰裝置的協(xié)同作用下，使除塵器運行阻力降至1 100 Pa 以下，實現(xiàn)節(jié)能30%，濾袋壽命由2 年延長至7 年。

3）優(yōu)化了除塵器結(jié)構(gòu)體系，與傳統(tǒng)形式相比除塵器結(jié)構(gòu)重量降低了17%。

4）高效低阻脈沖長袋除塵器由反吹風袋式除塵器在線改造成，改造后的除塵器：濾袋長度可達9 m，過濾面積增加30%～100%，設備阻力由2 000 Pa 以上降至1 500 Pa 以下，可節(jié)省原風機有效功率30%或增加處理風量30%～100%，一般煙粉塵排放質(zhì)量濃度小于10 mg/m3。

1.3 關鍵技術(shù)和創(chuàng)新點

1）設計出性能優(yōu)良的脈沖噴吹清灰裝置及其配套工藝，使脈沖噴吹清灰理論及關鍵技術(shù)取得了重大突破。

2）探索了袋式除塵器內(nèi)部流場各影響因素的數(shù)學模型。

3）實現(xiàn)了模型受力和結(jié)構(gòu)實際受力的完全一致，突破了傳統(tǒng)的計算假定帶來的計算誤差和保守性。在設計中利用了壁板的蒙皮效應，使除塵器結(jié)構(gòu)體系得到了優(yōu)化，除塵器結(jié)構(gòu)重量與傳統(tǒng)形式相比降低了17%。

4）建立了多項數(shù)學模型，豐富了脈沖除塵技術(shù)的理論內(nèi)涵。

5）將反吹風袋式除塵器在線改造成脈沖袋式除塵器，解決了企業(yè)擴容時除塵能力不足、效率低下的難題。

1.4 技術(shù)水平特點分析

高效低阻脈沖袋式除塵器技術(shù)水平及指標如下：采用自主設計的脈沖噴吹清灰技術(shù)后，使得單個脈沖閥的噴吹面積提高28.6%；濾袋長度達到7 m～9 m；大型脈沖袋式除塵器氣流均布技術(shù)和設計較為先進；設備阻力從1 500 Pa 降至1 100 Pa 以下；煙塵排放質(zhì)量濃度達到10 mg/m3以下（優(yōu)于國家《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標準》（GB 9078—1996）中的一級排放標準限值（10 mg/m3）；整機靜態(tài)漏風率為0.5%～2%，嚴于國內(nèi)外先進水平；將反吹風袋式除塵器在線改造成脈沖袋式除塵器，可實現(xiàn)節(jié)能30%以上或提高處理煙氣量30%～100%，作業(yè)率從80%提高到95%以上。

2 工業(yè)性試驗

山西長治某水泥廠位于潞城區(qū)西郊，孰料產(chǎn)能62 萬t/a，主要設備為Φ3.96 m×42.67 m 回轉(zhuǎn)窯和Φ4.4 m×9 m 水泥磨。該水泥廠在原材料制備和水泥粉磨過程中常需要排出常溫含塵氣體，而原料烘干過程排出的氣體，窯尾，窯頭排出的含塵氣體屬于高溫含塵氣體。在水泥產(chǎn)品生產(chǎn)過程將產(chǎn)生大量的煙塵，必須經(jīng)過處理才能進行排放，煙塵處理工藝流程如圖2 所示。

圖2 煙塵處理工藝流程示意圖

水泥生產(chǎn)中，回轉(zhuǎn)窯中高溫生產(chǎn)作業(yè)產(chǎn)生的高溫煙氣首先進入管式空氣冷卻器，在此處進行降溫處理，溫度約為225 ℃～235 ℃，降溫后的煙氣在主風機的作用下進入到高效低阻脈沖袋式除塵器進行除塵作業(yè)，該高效低阻脈沖袋式除塵器濾布采用耐高溫玻纖材料制成，濾速設定為1 m/s，潔凈氣體直接排放至空氣中，當袋式除塵器阻力達到1 150 Pa 時，微差壓控制器啟動并開啟脈動電磁閥，啟動吹風機進行噴吹，阻留在濾袋外側(cè)的塵粒在脈沖氣流作用下落入灰倉，最終實現(xiàn)了煙塵分離。

經(jīng)測試，經(jīng)高效低阻脈沖袋式除塵器對高溫煙塵進行處理后，對比以往應用的普通反吹風袋式除塵器，煙塵排放質(zhì)量濃度已從65 mg/m3降低至9 mg/m3，除塵應用效果較為理想。

3 結(jié)語

針對工業(yè)煙塵中應用的傳統(tǒng)脈沖袋式除塵器存在的問題，提供了一種高效低阻脈沖袋式除塵器，并在山西長治某水泥廠的煙塵處理中進行了工業(yè)性試驗，煙塵排放質(zhì)量濃度降低至9 mg/m3，達到排放標準。當前山西長治某水泥廠已建設多套不同規(guī)模的高效低阻脈沖袋式除塵系統(tǒng)，工程自投運以來一直運行穩(wěn)定，主要技術(shù)指標達到國際領先水平。同時，高效低阻脈沖袋式除塵器具有節(jié)能、節(jié)約用地和費用、節(jié)約運行維護費用、減少粉塵排放、回收粉塵潛在價值、減少排污費等優(yōu)勢，可以在各工業(yè)煙塵處理中進行廣泛應用。