郭松青，周 婧

（浙江國能潔達(dá)環(huán)保工程有限公司，杭州 310016）

1 引言

PM2.5的概念、30mg/Nm3的新粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)，已深入人心，靜電除塵器因其除塵效率受粉塵性質(zhì)的影響很大，無法適應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)。袋式除塵器無需做特殊處理，一般粉塵的排放濃度均低于30mg/Nm3，已成為控制微細(xì)煙塵的利器，并具有一定的脫硫效果，凈化性能不受煙塵比電阻影響，維護(hù)管理也較簡單，尤其隨著國產(chǎn)濾料及配件的全面突破，已廣泛應(yīng)用于煙氣凈化系統(tǒng)。

在國內(nèi)的除塵行業(yè)及廣大用戶中，普遍存在一種誤解，即除塵設(shè)備僅僅是一種輔助設(shè)備，安裝除塵器的主要目的也只是為了達(dá)到環(huán)保排放要求，以減少企業(yè)的排污費(fèi)用負(fù)擔(dān)，因此從設(shè)計(jì)、制造、安裝及維護(hù)管理上，都未將袋式除塵器作為一個(gè)系統(tǒng)來考慮，因而不可避免地會(huì)出現(xiàn)各種失效問題。袋式除塵器的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，本文在保持長袋低壓脈沖袋式除塵器原有優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，結(jié)合多年工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)除塵器進(jìn)行了總體優(yōu)化設(shè)計(jì)，以期實(shí)現(xiàn)更低的顆粒物排放濃度，系統(tǒng)長期可靠、穩(wěn)定的運(yùn)行。

2 袋式除塵器的失效問題

除塵器能否長期安全、連續(xù)運(yùn)行是判斷除塵器好壞的最重要的因素。對(duì)袋式除塵設(shè)備而言，最怕出現(xiàn)的問題是阻力的非正常不斷攀升和濾袋的破損。一旦出現(xiàn)這些問題，都會(huì)使系統(tǒng)設(shè)備陷入惡性循環(huán)。

（1）除塵器阻力增加，設(shè)備的負(fù)壓加大，在線清灰的效果就減弱，附著在濾袋表面的粉塵層就會(huì)不斷加厚。為減小阻力勢必要提高清灰頻率與清灰壓力，頻繁地清灰與較高的壓力會(huì)加速濾袋的破損。與此同時(shí)，為克服除塵器阻力的增加，勢必導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)壓頭的升高，即意味著引風(fēng)機(jī)流量減小，直接影響了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）濾袋的破損直接會(huì)導(dǎo)致排放超標(biāo)，其結(jié)果是災(zāi)難性的。濾袋破損后，花板就會(huì)積灰，清灰時(shí)，高速的壓縮空氣攜帶粉塵噴向?yàn)V袋的內(nèi)表面，如同噴砂一樣，加速了其它濾袋的破損，并且迅速波及周圍的濾袋。

袋式除塵器的應(yīng)用是一個(gè)系統(tǒng)工程，涉及方方面面的問題，所涉及的每一個(gè)問題都要認(rèn)真對(duì)待，本文著力從袋式除塵器的設(shè)計(jì)、制造、安裝及維護(hù)管理幾個(gè)方面，進(jìn)行一攬子的總體優(yōu)化，濾料與脈沖閥的選型受專業(yè)限制，不在本次優(yōu)化范圍。

3 總體優(yōu)化的關(guān)鍵點(diǎn)

3.1 合理的過濾風(fēng)速

過濾風(fēng)速的選取，對(duì)保證除塵效果，確定除塵器規(guī)格及占地面積，乃至系統(tǒng)的總投資，具有關(guān)鍵性的作用。

國內(nèi)袋式除塵器的使用工況條件十分復(fù)雜，煙氣參數(shù)多變，不同地區(qū)、不同工況、不同機(jī)組沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。如何選擇合理的過濾風(fēng)速，實(shí)際上是一項(xiàng)較復(fù)雜的工作，與粉塵性質(zhì)、含塵氣體的初始濃度、濾料種類、清灰方式等都有著密切的關(guān)系。因此，設(shè)計(jì)時(shí)必須正確把握具體項(xiàng)目的具體設(shè)計(jì)條件，有針對(duì)性地確定過濾風(fēng)速、制定設(shè)計(jì)方案和對(duì)特殊工況的應(yīng)對(duì)措施。設(shè)計(jì)條件主要由業(yè)主或設(shè)計(jì)院提供，可以參考同類業(yè)績的相關(guān)資料，但是更應(yīng)重視現(xiàn)場的調(diào)研與實(shí)際勘測。

以電站燃煤鍋爐的袋式除塵器為例，講究高效、低阻、長壽命，以確保機(jī)組安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，濕法脫硫系統(tǒng)前的袋式除塵器過濾風(fēng)速一般選用0.9m/min左右為宜；半干法脫硫系統(tǒng)后的高濃度袋式除塵器過濾風(fēng)速一般選用0.75～0.8m/min。

3.2 科學(xué)優(yōu)化內(nèi)部流場

長袋低壓脈沖袋式除塵器通常設(shè)計(jì)成兩種結(jié)構(gòu)形式，即Ⅰ直通式與Ⅱ具有在線、離線兩種狀態(tài)清灰功能和在線檢修功能的結(jié)構(gòu)型式。兩種結(jié)構(gòu)形式具有不同的特點(diǎn)及適用工況，其中以Ⅱ型結(jié)構(gòu)形式居多。圖1為直通式的長袋低壓脈沖袋式除塵器，其氣流分布板可較好地防止氣流沖刷，均布?xì)饬?，在一些不允許設(shè)置旁路的情況下，可實(shí)現(xiàn)停機(jī)檢修，具有很高的性價(jià)比。圖2為1臺(tái)Ⅱ型結(jié)構(gòu)的長袋低壓脈沖袋式除塵器，設(shè)計(jì)成多倉式結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)在線檢修。

長袋低壓脈沖袋式除塵器的進(jìn)、出口接口形式最常用的是平進(jìn)平出（見圖3）。進(jìn)、出口分布總管布置在兩排袋式除塵器的中間，按同程式等靜壓原理設(shè)計(jì)，確保進(jìn)分室的阻力平衡、流量均勻，在各進(jìn)分室的支管上設(shè)置調(diào)節(jié)閥，可實(shí)現(xiàn)人工微調(diào)，一般從灰斗上部或中箱體底部接入。圖4為灰斗進(jìn)風(fēng)的結(jié)構(gòu)形式，圖5為中箱體底部進(jìn)風(fēng)的結(jié)構(gòu)形式。不管何種結(jié)構(gòu)形式，都必須設(shè)置氣流分布板。含塵氣體進(jìn)入濾袋區(qū)域前，通過與導(dǎo)流板之間的慣性撞擊，大顆粒粉塵落入灰斗，起到預(yù)沉降作用。但兩者之間還有所區(qū)別。中箱體底部進(jìn)氣，除了設(shè)置導(dǎo)流板之外，導(dǎo)流板與箱體封板之間形成一個(gè)緩沖預(yù)沉降區(qū)，一般控制流速不大于3m/s，這樣可大大減少濾袋的過濾負(fù)荷。同時(shí)導(dǎo)流裝置能有效解決含塵煙氣對(duì)濾袋的直接沖刷。

圖1 未安裝凈氣室的Ⅰ型袋式除塵器

圖2 常用的Ⅱ型袋式除塵器

圖3 最常用的平進(jìn)平出接口形式

圖4 灰斗進(jìn)風(fēng)及導(dǎo)流板

圖5 中箱體底部進(jìn)風(fēng)及導(dǎo)流板

如圖3、圖4、圖5所示，含塵煙氣從母管、錐斗、調(diào)節(jié)閥、進(jìn)風(fēng)管進(jìn)入過濾袋區(qū)，各個(gè)部件的截面面積都有差異，含塵煙氣進(jìn)入不同的部件時(shí)，速度與方向都發(fā)生了顯著的變化，而每一次速度與方向的變化，都將大量消耗含塵氣流的能量。從圖6、圖7可以發(fā)現(xiàn)，錐斗與進(jìn)風(fēng)管之間的直管段阻力很大，在滿足安裝與檢修空間的前提下，要盡量縮短此部分的長度。除塵器的阻力由固有阻力與運(yùn)行阻力兩部分組成的。固有阻力是由設(shè)備的各個(gè)煙氣流通途徑造成的，換句話說，阻力是不可避免的，但是，白白增加的阻力將直接壓縮除塵器長期、穩(wěn)定、安全運(yùn)行的空間。如圖8所示，進(jìn)袋區(qū)前的變徑管與直管部分，流速非常高，結(jié)構(gòu)阻力與流速的三次方成正比，因此，合理優(yōu)化煙氣流通途徑是顯著降低除塵器固有阻力的唯一途徑。

圖6 進(jìn)風(fēng)管的壓力分布圖

圖7 進(jìn)風(fēng)管的速度矢量分布圖

圖8 進(jìn)風(fēng)管的速度矢量云圖

圖8表明，采用下進(jìn)氣方式而不加均流裝置，會(huì)在灰斗內(nèi)形成渦流區(qū)，這將對(duì)清灰效果與濾袋壽命產(chǎn)生負(fù)面的影響，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致袋式除塵器失效。因此，科學(xué)優(yōu)化內(nèi)部流場，使氣流均布于每個(gè)濾袋，合理設(shè)置氣流分布板，使其不但具有均流作用，同時(shí)具有沉降作用，將壓力損失和布袋的磨損減至最小。

3.3 合理優(yōu)化噴吹系統(tǒng)

噴吹系統(tǒng)是袋式除塵器的心臟，其直接影響清灰的效果和濾袋的使用壽命。合理的噴吹系統(tǒng)必須能保證足夠的壓縮空氣量。清灰壓力會(huì)產(chǎn)生一種氣錘效應(yīng)，使濾袋與籠架之間產(chǎn)生振蕩，抖動(dòng)力使塵餅剝落。壓縮氣流量，包括二次引流氣量，使濾袋瞬時(shí)膨脹，濾袋的表面積膨脹令塵餅向外分離，濾袋在短時(shí)間內(nèi)膨脹后迅速回收，使塵餅剝落（如圖9所示）。

圖9 噴吹系統(tǒng)示意圖

3.3.1 正確選擇噴吹耗氣量

對(duì)于脈沖袋式除塵器而言，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，噴吹耗氣量按下列公式計(jì)算：

Q = （K·q·n）/ T

其中：

Q —— 噴吹耗氣量；

K —— 附加系數(shù)，主要考慮漏氣，并考慮空壓機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)應(yīng)有一定時(shí)間的間歇等因素，建議取K = 1.4；

q —— 單個(gè)脈沖閥的噴吹氣量，m3/個(gè)；

n —— 除塵器擁有的脈沖閥的總數(shù)，個(gè)；

T —— 除塵器的清灰周期。

噴吹耗氣量的大小反映了除塵器的日常能耗，本著經(jīng)濟(jì)、安全、穩(wěn)定、長期運(yùn)行的原則，噴吹耗氣量的選擇絕不能照搬公式，因?yàn)榫兔}沖噴吹清灰而言，首要的是產(chǎn)生氣錘效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)濾袋的強(qiáng)烈沖擊。如果產(chǎn)生不了這個(gè)氣錘效應(yīng)，脈沖閥即便一直開啟著，也無法實(shí)現(xiàn)有效清灰。因此，并非提供的壓縮空氣量越多，就能保證實(shí)現(xiàn)有效的清灰效果。設(shè)計(jì)噴吹系統(tǒng)時(shí)，必須按照實(shí)際項(xiàng)目的需要，靈活掌握清灰系統(tǒng)的配置，可選擇增加清灰振蕩力度或者增加清灰壓縮氣流量，以配合濾料的物理特性，最優(yōu)化地延長濾料的使用壽命。

3.3.2 合理優(yōu)化噴吹管

噴吹系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般都是在脈沖閥廠家的技術(shù)支持下進(jìn)行的，只要選擇主流品牌的脈沖閥，國內(nèi)外的產(chǎn)品與技術(shù)都同樣是過硬的。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)噴吹管與彎管的連接采用O型密封圈（見圖10）。噴吹時(shí)，常溫的壓縮空氣氣流先經(jīng)狹窄的環(huán)形通道流向膜片，再折轉(zhuǎn)180°從輸出口流出，依次通過輸出管、彎管、噴吹管，經(jīng)噴吹孔噴射出。

由于高溫的噴吹管內(nèi)壁接觸常溫的壓縮空氣易在表面結(jié)露，夾雜著噴吹裝置與壓氣管路內(nèi)的雜物，噴吹管內(nèi)壁極易腐蝕（見圖11）。噴吹時(shí)，高射氣流攜帶腐蝕雜物射向?yàn)V袋，不僅會(huì)削弱清灰效果，而且濾袋也會(huì)因含塵氣流的沖刷而磨損。因此，將原先的密封連接優(yōu)化成間隙配合（見圖12），噴吹時(shí)，通過間隙誘導(dǎo)進(jìn)部分過濾后的高溫潔凈煙氣，提高噴吹氣流溫度，可有效抑制內(nèi)壁結(jié)露，使噴吹管內(nèi)壁腐蝕得到有效控制（見圖13）。

圖10 優(yōu)化前帶O型密封圈的連接圖

圖11 優(yōu)化前的噴吹管內(nèi)壁

圖12 優(yōu)化后有1mm間隙的連接

圖13 優(yōu)化后的噴吹管內(nèi)壁

3.4 控制漏風(fēng)，優(yōu)化凈氣室結(jié)構(gòu)

對(duì)于長袋低壓脈沖袋式除塵器而言，濾袋與袋籠的安裝與更換都在除塵器頂部進(jìn)行，一般都設(shè)計(jì)成低凈氣室，即氣室頂部全是可掀式頂蓋，但由于數(shù)量很多，漏風(fēng)率難以保證。除塵器的漏風(fēng)不但會(huì)增加運(yùn)行能耗，更危險(xiǎn)的是會(huì)產(chǎn)生結(jié)露，除了會(huì)造成凈氣室內(nèi)部箱板、頂蓋內(nèi)壁、噴吹管以及花板等部件的急劇腐蝕（見圖14），還會(huì)加速噴吹時(shí)煙氣和壓縮氣體中的水分的凝結(jié)，使濾袋上的粉塵受潮黏接，造成濾袋嚴(yán)重掛灰甚至無法工作，所以必須嚴(yán)格控制袋式除塵器的漏風(fēng)率。

圖14 漏風(fēng)造成凈氣室內(nèi)部的腐蝕

為了嚴(yán)格控制漏風(fēng)率，有以下三種優(yōu)化方案：

（1）采用大規(guī)格的頂蓋，即一個(gè)除塵分室設(shè)置一個(gè)頂蓋，頂蓋規(guī)格增大后，同樣的頂蓋面積可大大減少密封條的長度，僅這一點(diǎn)就可使漏風(fēng)率降低很多。工程實(shí)踐表明，傳統(tǒng)頂蓋的四個(gè)角設(shè)計(jì)成直角，極易漏風(fēng)，改成圓弧過渡，可使漏風(fēng)率顯著下降（見圖15）。由于采用了大規(guī)格的頂蓋，除塵器頂部的門框剛度很容易得到加強(qiáng)，更有利于保證密封效果。

（2）采用高凈氣室結(jié)構(gòu)，即在花板的上部設(shè)計(jì)有較高空間的凈氣室，安裝和更換濾袋均在凈氣室內(nèi)進(jìn)行（見圖16）。這種結(jié)構(gòu)的凈氣室只要每個(gè)設(shè)計(jì)一個(gè)供濾袋袋籠進(jìn)出的檢修門即可（如果是在線清灰結(jié)構(gòu)，則每臺(tái)除塵器只要有1～2個(gè)這樣的檢修門即可），因而檢修門的密封條長度更短，漏風(fēng)率更低。

（3）采用雙層頂蓋結(jié)構(gòu)（見圖17），通過外頂蓋吸漏進(jìn)的冷空氣被內(nèi)頂蓋阻隔在凈氣室外，可有效抑制凈氣室內(nèi)由于結(jié)露而產(chǎn)生的腐蝕。有條件的可在兩層頂蓋的空間內(nèi)再敷設(shè)一層50mm厚的保溫材料，抑制熱輻射，可更好地保護(hù)凈氣室內(nèi)部的部件。

上述三種方案中，高凈氣室結(jié)構(gòu)漏風(fēng)率最低，但結(jié)構(gòu)較大；而大頂蓋結(jié)構(gòu)的漏風(fēng)率雖不如凈氣室結(jié)構(gòu)，但可以顯著降低漏風(fēng)率，且結(jié)構(gòu)相對(duì)較?。浑p層頂蓋的漏風(fēng)率也很低，比傳統(tǒng)的普通可掀式頂蓋漏風(fēng)率低很多，而且可制作成小頂蓋，檢修時(shí)無需起吊設(shè)施，在垃圾焚燒爐等中小型袋式除塵器上可普遍推廣。上述方案各有特點(diǎn)，可依據(jù)現(xiàn)場實(shí)際，綜合各種因素，靈活應(yīng)用。

另外，整體凈氣室結(jié)構(gòu)很有必要提一下（見圖15）。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮到運(yùn)輸條件和成本，大部分袋式除塵器的花板、噴吹管等都在現(xiàn)場安裝，這樣很難保證花板的平面度、噴吹孔與花板孔的對(duì)中質(zhì)量，而這一切又與濾袋的使用壽命息息相關(guān)。對(duì)于這點(diǎn)很好理解，如果噴吹孔與花板孔對(duì)中效果不好，或者噴吹孔不垂直于花板，那么在噴吹時(shí)的高速噴射氣流會(huì)很容易將濾袋吹破，也就談不上清灰效果了，工程中類似事故數(shù)不勝數(shù)。因此，目前通常以分室為單元，花板、噴吹管等關(guān)鍵部件在廠內(nèi)制作完成后，利用工裝組裝，以整體凈氣室單元發(fā)貨。同時(shí)，將大頂蓋與整體凈氣室結(jié)構(gòu)相結(jié)合，集二者之大成，充分保證了清灰效果和濾袋壽命，且整體凈氣室結(jié)構(gòu)安裝方便快捷，便于現(xiàn)場維護(hù)。

圖15 整體凈氣室結(jié)構(gòu)+大頂蓋結(jié)構(gòu)

圖16 高凈氣室結(jié)構(gòu)

圖17 雙層頂蓋結(jié)構(gòu)

4 旁路系統(tǒng)的優(yōu)化

長袋低壓脈沖袋式除塵器的應(yīng)用范圍非常廣泛。對(duì)于燃煤鍋爐與垃圾焚燒鍋爐而言，在鍋爐啟爐投油助燃、預(yù)熱器卡濕超溫、四管爆裂滲漏等非正常特殊工況下，為保護(hù)濾袋而設(shè)置旁路系統(tǒng)是非常必要的，畢竟，濾袋是袋式除塵器的重中之重。

目前旁路系統(tǒng)一般都設(shè)計(jì)成內(nèi)置式旁路，將旁路閥設(shè)置在進(jìn)出風(fēng)總風(fēng)道的隔板上（見圖18），減少保溫界面，防止煙氣結(jié)露。典型的內(nèi)置式旁通閥采用雙閥板結(jié)構(gòu)、氣動(dòng)提升形式，硬密封（見圖19）代替了軟密封（軟密封材料在長期高溫及含塵氣流沖刷下，使用壽命很短），一般都配有密封風(fēng)機(jī)。初始投運(yùn)時(shí)密封較好，但是實(shí)際工程運(yùn)行下來發(fā)現(xiàn)，多次啟動(dòng)后，一般都不能再保證完全密封。原因是高溫變形、死角積灰、閥板與閥座中心不對(duì)中等等。由于內(nèi)置式的結(jié)構(gòu)給安裝檢修帶來極大的不便，針對(duì)上述缺點(diǎn)，將旁路系統(tǒng)優(yōu)化成旁路閥外置、旁路煙道內(nèi)置的緊湊型結(jié)構(gòu)形式（見圖20），即將旁路煙道從進(jìn)口煙道取旁路經(jīng)上箱體頂部，穿過底板，連通隔板下的凈氣煙道總管，旁通閥采用雙百葉窗式擋板門，設(shè)置在除塵器進(jìn)口煙道上方。雙百葉窗式擋板門有兩排葉片組成，當(dāng)擋板門關(guān)閉時(shí)葉片間形成一個(gè)密封空間，大于煙道氣壓的密封凈煙氣進(jìn)入這個(gè)空間，實(shí)現(xiàn)零泄漏。通過多個(gè)工程的實(shí)施，實(shí)測粉塵排放濃度都小于30mg/Nm3。

圖18 內(nèi)置式旁路閥

圖19 雙閥板硬密封氣動(dòng)提升式旁路閥

圖20 旁路閥外置、煙道內(nèi)置式旁路系統(tǒng)

5 結(jié)語

長袋低壓脈沖袋式除塵器憑借其高清灰效率、低設(shè)備阻力、占地面積小、運(yùn)行可靠、維護(hù)成本低、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，成為國內(nèi)技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的大型袋式除塵器，但與國外先進(jìn)水平相比尚存在一定的差距，仍需國內(nèi)技術(shù)人員長期不懈努力，在吸收消化國外先進(jìn)技術(shù)中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)，改進(jìn)創(chuàng)新，保證工程項(xiàng)目獲得理想的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。■