陳隆樞

（中鋼集團天澄環(huán)保科技股份有限公司，武漢 430205）

設備本體缺陷導致袋式除塵器失效因素探析

陳隆樞

（中鋼集團天澄環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，武漢 430205）

敘述并分析了袋式除塵器失效主要是濾袋嚴重破損和設備阻力過高造成的，設備本體缺陷導致袋式除塵器失效的主要因素有進風方式、氣流分布、本體結構、清灰裝置、參數(shù)確定、制作和安裝質量、操作和維護的規(guī)范程度等，同時提出了克服袋式除塵器本體缺陷的建議。

袋式除塵器;本體;缺陷;失效

1 影響袋式除塵器失效的主要因素

袋式除塵器失效主要表現(xiàn)在：1）濾袋嚴重破損，導致排放超標；2）設備阻力過高，導致除塵器不能正常運行，或完全不能運行。例如：常規(guī)條件下運行的脈沖噴吹類設備阻力超過2000Pa。

設備本體影響除塵器失效的因素如下：進風方式；氣流分布；本體結構；清灰裝置；參數(shù)確定；制作和安裝質量；操作和維護的規(guī)范程度等方面存在的缺陷。

2 進風方式的缺陷

2.1 灰斗進風問題

一些袋式除塵器被設計成下進風方式，即從灰斗進風。這種進風方式可節(jié)省占地面積和鋼耗，但容易引發(fā)設備阻力過高、濾袋受含塵氣流沖刷等問題。

圖1為一臺長袋低壓脈沖袋式除塵器，設計成多倉室結構，含塵氣流從灰斗進入。投入運行之初便發(fā)現(xiàn)設備阻力高達1700Pa，并很快升至2000Pa以上。

圖1 袋式除塵器灰斗進風

試驗證明，當其他條件相同時，上進風和下進風的除塵器阻力相差30%。在下進風情況下，含塵氣體從濾袋下方向上流動，而按一定間隔被清離濾袋的粉塵則向下沉降，二者方向相反，致使部分粉塵（特別是顆粒細小的粉塵）未及落入灰斗便返回濾袋，從而削弱了清灰效果，導致設備阻力升高。

該類除塵器出現(xiàn)的另一問題是，運行時間不長（1～2個月，甚至幾天至十幾天）即出現(xiàn)濾袋破損。破損濾袋多位于遠離進風口一側，或靠近進風口處。濾袋破損部位多在濾袋下部（外濾式濾袋多位于袋底，如圖2所示；內(nèi)濾式濾袋多位于袋口）或者靠近進風口的部位。濾袋破口部位周邊的濾料，其迎塵面的纖維多被磨損，露出基布，而背面的纖維則相對完好。這種破袋的原因在于氣流分布不當，部分濾袋直接受到含塵氣流的沖刷。

該類除塵器的氣流分布裝置如圖3所示，即在灰斗與中箱體交界處設格柵板，并適當增加中箱體的高度，以使濾袋下部與格柵板保持一定距離，希望通過格柵板的作用使含塵氣流均布。

圖2 含塵氣流沖刷破損的濾袋

圖3 含塵氣流沖刷濾袋

實際上，這種設計并不能達到氣流均布的目的。氣流不均勻，實質是氣流各部位的速度（即動壓）不均勻，局部氣流速度過高。要達到氣流均布的目的，應是消除局部過高的流速，使氣流各部位速度趨于均勻。為此，氣流分布板應當處于氣流的正面，置于氣流之中，使過高的動壓得以消耗。但圖3所示的氣流分布板置于含塵氣流的側面，幾乎完全不能消耗氣流過高的動壓，于是，從灰斗進入的含塵氣流憑借慣性集中流向灰斗遠端的板壁，并順著壁面向上流動，攜帶粉塵以較高的速度對該處濾袋形成沖刷，導致靠近遠端壁面第一和第二排的濾袋破損。

為避免上述情況，建議在條件許可時，盡量不采用灰斗進風。若不能避免灰斗進風，圖4所示的氣流分布裝置則是一種可供選擇的方案，即在灰斗中設垂直的氣流分布板，置于含塵氣流之中，使之正面迎向含塵氣流，以削弱過高的氣流動壓。同時，垂直的氣流分布板長短不一，布置成階梯狀，使含塵氣流均勻分散并向上流動。實踐證明，這種裝置可有效避免含塵氣流對濾袋的沖刷。

圖4 一種可供選擇的氣流分布裝置

圖5（a）所示進風方式，含塵氣流從灰斗的一側垂直向下進入，設計者希望灰斗的容積和斷面積可以使含塵氣流充分擴散。但氣流有保持自己原有速度和方向的特性，進入灰斗后含塵氣流沿著灰斗壁面流向底部，并沿著遠端的壁面向上流動，其速度沒有得到足夠的衰減，導致遠端第一、二列濾袋底部受沖刷而破損。

為了解決上述問題，設計者在遠端第一、二列濾袋下方設斜板，試圖削弱氣流過高的動壓，如圖5（b）所示。其結果，遠端第一、二列濾袋得以保護，但第三列濾袋出現(xiàn)破損，說明氣流均布的目的并未達到。

避免含塵氣流沖刷濾袋的方法是，將進風口設于除塵器側面，但盡量避免灰斗進風，宜使含塵氣流從中箱體側面進入，內(nèi)部加擋風板形成緩沖區(qū)，并使導流板與箱板之間具有足夠的寬度，從而使含塵氣流向兩側分散，并以較低的速度沿緩沖區(qū)流動。

圖5 另一種灰斗進風方式

2.2 導流板面積不足

圖6所示的情況為除塵器入口設有導流板，但面積不足，含塵氣流因方向偏斜而未受到阻擋，氣流越過導流板邊緣直接沖向濾袋，致使濾袋受沖刷而破損。

為避免這種現(xiàn)象，建議設計的導流板面積要足夠大，最好與箱體的寬度大致相當。

圖6 導流板面積不足

2.3 內(nèi)濾式濾袋袋口風速過高

采取內(nèi)濾方式的袋式除塵器多從灰斗進風，當氣流分布效果不好或入口風速過高時，部分濾袋的袋口風速將會過高（例如超過2m/min），致使袋口附近受含塵氣流沖刷而磨損（見圖7）。

圖7 內(nèi)濾式濾袋袋口受沖刷而破損

2.4 進、排風管路過于復雜

圖8所示的進風管路由總管、變徑管、支管、閥門、直管、彎管組成。在與灰斗的連接處斷面突然擴大。含塵氣流從一個構件進入另一構件時，其方向或速度將發(fā)生變化，或二者同時變化。而每一次速度和方向的變化，都會消耗氣流的能量。復雜的管路意味著氣流能量的多次消耗，除塵器阻力也因此而增加。

圖8 復雜的進風管路

圖8中大部分構件如果說還有一定的作用，但直管的存在則毫無意義，除了白白增加阻力之外，沒有任何作用。這可能是設計者照搬了原有的圖紙所致。

在這類設計中，排風管路也有大致相同的構成，同樣是導致除塵器阻力顯著升高的重要因素。

2.5 進、排風管道的氣流速度過高

在許多按照總管—支管—閥門—彎管進風的除塵器中，有的將管道內(nèi)的風速設計為16～18m/s，帶來的后果是除塵器的結構阻力過高，有的甚至達到設備阻力的50%以上。

設計者做出這種設計是因為擔心較低的風速會使粉塵在進風總管和支管內(nèi)沉降，實際上這種擔心沒有必要。除塵器的進風總管下部一般都有斜面，支管通常垂直安裝，即使水平安裝其長度也很短。而在流動著的含塵氣體中，與氣體充分混合的粉塵具有類似流體的流動性，只要有少許坡度即可流向低處，不會在管道內(nèi)沉積。因此，完全可以將總管和支管內(nèi)的風速適當降低，這對減少結構阻力具有顯著的作用。經(jīng)計算，將風速從18m/s降至14m/s，阻力可降低40%；而將風速從16m/s降至14m/s，阻力可降低24%。

因此建議：除塵器進、出風總管的風速≤14m/s；支管的風速≤10m/s；停風閥的風速≤12m/s。

3 噴吹裝置的缺陷

3.1 氣包結構不盡合理

一些淹沒式脈沖閥的閥座被設計成高低錯落形式，部分脈沖閥的膜片遠離氣包的邊緣。噴吹時，氣流先經(jīng)狹窄的環(huán)形通道流向膜片，再掉轉方向180°從輸出口流出（見圖9）。在此過程中，不但氣流能量損失很大，而且氣流釋放的過程延長，從而降低了氣流對濾袋的沖量，削弱了清灰效果。

圖9 不盡合理的脈沖閥結構

為避免噴吹時氣流能量的無謂損失，以及由此帶來的對清灰效果的影響，脈沖閥膜片宜盡量貼近氣包，如圖10所示。如果平面尺寸緊張，脈沖閥布置存在困難，可以如圖11所示的那樣，將脈沖閥在平面上錯開布置。

圖10 較為合理的脈沖閥結構

圖11 脈沖閥錯開布置

3.2 脈沖閥出口彎管曲率半徑過小

許多脈沖閥出口彎管采用鋼制無縫彎頭（見圖12），雖然省事，但其曲率半徑過小，DN80無縫彎頭的曲率半徑只有120mm。有些除塵器采用此種彎頭后，會出現(xiàn)噴吹管背部穿孔的現(xiàn)象（見圖13和圖14）。

圖12 脈沖閥出口彎管曲率半徑過小

圖13 噴吹管背面出現(xiàn)穿孔（一）

圖14 噴吹管背面出現(xiàn)穿孔(二)

對于曲率半徑過小的彎管，如果噴吹裝置或供氣管路內(nèi)存在雜物，噴吹時氣流攜帶雜物會從彎管內(nèi)壁反彈，對噴吹管背面構成沖刷（見圖15），導致該處出現(xiàn)穿孔。除此之外，曲率半徑過小的彎管自身也容易磨損，并對噴吹氣流造成較高阻力，影響清灰效果。

圖15 雜物從彎管反彈沖刷噴吹管背面

避免上述情況的有效途徑是，加大脈沖閥出口彎管曲率半徑。對于DN80的脈沖閥，其彎管曲率半徑宜取350～400mm。此外，袋式除塵器供氣系統(tǒng)安裝結束后，在接通噴吹裝置之前，應先以壓縮氣體對供氣系統(tǒng)進行吹掃，將其中的雜物清除干凈。噴吹裝置的氣包制作完成后應認真清除內(nèi)部的雜物，組裝完畢出廠前，應將氣包所有的孔、口全部堵塞，防止運輸過程中進入雜物。

3.3 噴吹管或噴嘴偏斜

噴吹管或噴嘴偏斜是脈沖袋式除塵器常見的問題，其后果是清灰氣流不是沿著濾袋中心噴吹，而是吹向濾袋一側（見圖16），濾袋在短時間內(nèi)（往往數(shù)日）便破損（圖17）。圖18所示為噴嘴偏移預定位置，濾袋嚴重破損，花板表面已被粉塵污染。圖19所示為噴吹管整體偏斜，以致一排濾袋大部分破損。

避免噴嘴或噴吹管偏斜應從提高制造質量和安裝質量入手。噴吹管上噴孔（嘴）的成型，噴吹裝置與上箱體的安裝，一定要借助專用機具、工具和模具，并由有經(jīng)驗的人員操作。在條件許可時，盡量將噴吹裝置和上箱體在廠內(nèi)安裝，經(jīng)檢驗合格后整體出廠，并在現(xiàn)場整體吊裝，避免散件運到現(xiàn)場安裝。

圖16 噴吹氣流偏斜直接吹向濾袋側面

圖17 清灰氣流吹破的濾袋

圖18 噴嘴嚴重偏斜且濾袋破損

圖19 整根噴吹管偏離使一排濾袋破損

4 噴吹制度的缺陷

一臺大型脈沖袋式除塵器，曾將電脈沖寬度定為500ms，認為這樣可以產(chǎn)生足夠大的噴吹氣量，從而獲得良好的清灰效果。

該除塵器投運后，發(fā)現(xiàn)壓縮空氣耗量大大超過了設計預期，空氣壓縮機一用一備完全行不通，雖將備用空氣壓縮機也投入運行，但供氣量仍然不足。隨后，將電脈沖寬度縮短為200ms（受控制系統(tǒng)的限制而不能再縮小），兩臺空氣壓縮機才能勉強滿足噴吹的需要。

圖20 脈沖噴吹氣流壓力波形

圖20所示的是脈沖噴吹氣流的壓力波形。當同時滿足以下兩個條件時，才能獲得良好的清灰效果：壓力峰值高；壓力上升速度快（即壓力從零上升至峰值的時間短）。大量實驗和工程實踐證明，對脈沖噴吹清灰而言，重要的是壓縮氣體快速釋放，從而對濾袋形成強烈沖擊，伴隨壓力峰值形成的這一沖擊實現(xiàn)之后，本次清灰過程即告結束。此后，若脈沖閥繼續(xù)開啟，對于清灰已經(jīng)沒有任何作用。所以，脈沖噴吹最理想的壓力波形是一個方波，如圖20中abcd所示。而波形中斜線復蓋的部分則對清灰不起作用，只是無謂消耗壓縮氣體。實際工程中不可能獲得方波，只能盡量改善脈沖閥的開關性能，以獲得短促而強力的氣流脈沖。筆者認為，脈沖閥的電信號以不超過100ms為宜。

5 運行管理的缺陷

5.1 漏袋不及時更換

運行管理的缺陷中，影響較大的是對失效（破或漏）的濾袋未能及時發(fā)現(xiàn)和更換，使問題發(fā)展到較為嚴重。

（1）更多濾袋受沖刷而破損

對于內(nèi)濾式濾袋，當一個濾袋出現(xiàn)破損時，含塵氣體將以較高的速度從漏洞流出，使相鄰濾袋受沖刷而出現(xiàn)破損。若破損濾袋仍不能及時發(fā)現(xiàn)和更換，更多的濾袋將被波及。

外濾式濾袋如果出現(xiàn)破損，或者濾袋安裝不合格，粉塵將進入原本干凈的上箱體，當清灰時，清灰氣流將攜帶粉塵以高速進入濾袋，更多的濾袋因含塵氣流的沖刷而破損。同時，粉塵的進入將使濾袋出現(xiàn)“灌腸”。

（2）相關部件受損

脈沖袋式除塵器的濾袋破損后，粉塵進入上箱體和噴吹管。當噴吹時，高速氣流攜帶粉塵對噴吹管內(nèi)外形成沖刷，導致噴吹管腹部及導管等部位被磨損（見圖21、圖22）。

圖21 噴吹管腹部磨損

圖22 噴吹管腹部和導管磨損

5.2 脈沖閥故障不及時排除

（1）導致除塵器阻力上升

當較多脈沖閥出現(xiàn)故障時，數(shù)量眾多的濾袋得不到清灰，除塵器阻力將因此而上升。另一種情況是，控制系統(tǒng)為保持阻力穩(wěn)定而自動加大清灰頻率，濾袋壽命因清灰頻繁而縮短。

（2）濾袋受損

曾有一臺用于煤粉磨收塵的袋式除塵器，有50%的脈沖閥由于信號中斷而不工作。設備阻力雖增高，整個系統(tǒng)尚能正常運行，操作人員便未及時排除。數(shù)月之后，聚集在濾袋表面的煤粉溫度升高，半數(shù)濾袋被炭化。

6 供氣系統(tǒng)障礙

有些脈沖袋式除塵器供氣系統(tǒng)管路過小，例如：一臺中等規(guī)模的除塵器供氣主管直徑小于 DN50mm，甚至只有DN40mm。清灰時，壓縮氣體補給不足，除第一個脈沖閥外，后續(xù)的脈沖閥噴吹時氣包壓力都不足，有的在50%額定壓力下進行噴吹，以致清灰效果很差，設備阻力居高不下。

大量工程實踐證明，供氣主管宜選用直徑較大的管道，一般不應小于DN65mm。大型袋式除塵設備最好采用DN80mm管道。增大管道直徑而增加的造價微不足道，而清灰效果卻得到了保障。

Factor Analysis on Invalidation of Bag Precipitator Caused by Reality Limitation of Equipment

CHEN Long-shu
(SINOSTEEL Tiancheng Environmental Protection Science & Technology Co., Ltd, Wuhan 430205, China)

The paper expresses and analyzes that the invalidation of bag precipitator is caused by serious dilapidation of filter bag and high resistance of equipment. The reality limitation of equipment leads to the invalidation of bag precipitator and the main factors of the invalidation of bag precipitator include mode of wind inlet, airflow distribution, reality structure, dust cleaning device, parameter definition, execution and installation quality, criterion of operation and maintenance. The paper brings forward suggestions in overcoming the reality limitation of bag precipitator.

bag precipitator; reality; limitation; invalidation

X701.2

A

1006-5377（2012）03-0034-06