孫海全

袋除塵器的改造措施

孫海全

Modification Measures of Bag Filter

對(duì)金隅贊皇2號(hào)水泥窯頭袋除塵器進(jìn)行了升級(jí)改造，改變了原除塵器濾袋壽命短、破損率高、漏風(fēng)嚴(yán)重的現(xiàn)狀。在結(jié)構(gòu)改造方案中，利用我公司專有的袋除塵器CFD軟件模擬優(yōu)化內(nèi)部分風(fēng)狀況，徹底解決了原有除塵器存在的問題，實(shí)現(xiàn)了低阻力、低排放、可靠耐用等目標(biāo)。

袋改袋；計(jì)算流體力學(xué)（CFD）；流場(chǎng)均勻；節(jié)能減排

1 改造原因

河北贊皇4 000t/d水泥窯頭原為氣箱型布袋除塵器，濾袋的規(guī)格為?130mm×4 000mm，除塵器結(jié)構(gòu)主要采用脈沖壓縮空氣分室進(jìn)行濾袋清灰，清灰模式均為離線清灰。此種清灰模式下，濾袋的最大規(guī)格受到限制。由于濾袋過長(zhǎng)，清灰不力，清灰不均勻，部分濾袋會(huì)出現(xiàn)粉塵負(fù)荷較大的狀況，從而產(chǎn)生各個(gè)袋室阻力不均衡的情況，而且很快導(dǎo)致濾袋破損。改造之前各個(gè)袋室均存在濾袋破損情況，半年破損率高達(dá)20%，另外，頂換袋結(jié)構(gòu)造成系統(tǒng)漏風(fēng)率較大、能耗損失嚴(yán)重。鑒于上述情況，金隅贊皇水泥有限公司決定對(duì)現(xiàn)有窯頭袋除塵器進(jìn)行改造。2014年12月，中材裝備集團(tuán)有限公司利用22d的停窯檢修時(shí)間對(duì)金隅贊皇水泥有限公司的除塵器進(jìn)行了升級(jí)改造，徹底解決了上述問題。經(jīng)過當(dāng)?shù)丨h(huán)保局的監(jiān)測(cè)，測(cè)試結(jié)果（見表1）完全符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)。

2 改造技術(shù)方案

表1 運(yùn)行參數(shù)

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘察及相關(guān)數(shù)據(jù)研討，決定保留原有除塵器的基礎(chǔ)和立柱、灰斗及灰斗下方的輸灰系統(tǒng)。由于結(jié)構(gòu)需要加高，灰斗以上殼體部分無法保留，所以全部拆除并安裝新的除塵器部件。進(jìn)出氣口非標(biāo)管道的設(shè)計(jì)也結(jié)合CFD軟件模擬進(jìn)行了必要的優(yōu)化，以保證改造后的袋除塵器具有良好使用效果，具體的外形方案和相關(guān)參數(shù)見表2和圖1。

表2 窯頭袋改袋設(shè)計(jì)參數(shù)

圖1 改造外形

2.1 除塵器本體的改造

經(jīng)核算，原有袋除塵器的設(shè)計(jì)參數(shù)不能滿足生產(chǎn)要求，按合理的參數(shù)設(shè)計(jì)方案與原結(jié)構(gòu)匹配較困難，無法最大限度地借用原殼體，因此，我們必須將此氣箱脈沖袋除塵器改成行噴吹袋除塵器，采用內(nèi)換袋結(jié)構(gòu)。為降低改造成本和縮短改造時(shí)間，我們利用原有土建基礎(chǔ)并保留原有立柱、灰斗、輸灰系統(tǒng)及底梁。在新的設(shè)計(jì)方案中，主要部件包含殼體、樓梯平臺(tái)、壓縮空氣系統(tǒng)、進(jìn)出口非標(biāo)管道和濾袋袋籠等，其中改造的重點(diǎn)是進(jìn)出口的非標(biāo)管道。若改造方案制定得當(dāng)，將會(huì)延長(zhǎng)濾袋的使用壽命。此方案必須按改造后的設(shè)備對(duì)土建基礎(chǔ)進(jìn)行載荷校核，計(jì)算出新增加的載荷和拆除載荷的差值，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)壓，計(jì)算設(shè)備本體和非標(biāo)管道的風(fēng)載數(shù)據(jù)，最終計(jì)算出的載荷才是設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)。結(jié)合原有的相關(guān)土建載荷、配筋規(guī)格及尺寸，經(jīng)過校驗(yàn)后新設(shè)計(jì)的除塵器載荷在基礎(chǔ)承受范圍內(nèi)，此種方案可以實(shí)施。

2.2 進(jìn)風(fēng)口管道的改造

原除塵器進(jìn)口管道的起點(diǎn)是側(cè)部空冷器的灰斗出口，管道樣式為彎頭和一段直管，在彎頭處還匯集了余熱鍋爐出風(fēng)管道，這條管道與除塵器進(jìn)口管道幾乎是直角，而余熱鍋爐與窯的同步率很高，只有當(dāng)余熱系統(tǒng)檢修時(shí)才能開啟空冷器。實(shí)際上在余熱系統(tǒng)運(yùn)行期間，廢氣大多是走此管道的，按設(shè)計(jì)風(fēng)量核算，管道流速為30m/s，遠(yuǎn)高于一般的設(shè)計(jì)值，且匯合后管道長(zhǎng)度較短易造成湍流，增大系統(tǒng)阻力又嚴(yán)重影響收塵器內(nèi)部的分風(fēng)。我們運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)（CFD）模擬后發(fā)現(xiàn)，進(jìn)入各個(gè)袋室的風(fēng)量及風(fēng)速差異較大，是造成原除塵器濾袋破損率居高不下的主要原因。

為避免此種情況的出現(xiàn)，我們?cè)诳绽淦鞒隹谠O(shè)計(jì)了一個(gè)匯風(fēng)箱替代原有管道，這不僅起到了降低入口風(fēng)速的作用，有效地保護(hù)了濾袋，而且還可作為一個(gè)預(yù)沉降室，降低進(jìn)入除塵器的粉塵濃度，同時(shí)調(diào)整余熱管道的角度，使高速氣流不會(huì)直接進(jìn)入除塵器而是進(jìn)入此匯風(fēng)箱，在這個(gè)大的沉降室釋放流速且改變氣流方向，使其以水平方式進(jìn)入除塵器。結(jié)合CFD的進(jìn)一步模擬，我們選擇了最佳的優(yōu)化方式。實(shí)施此方案的前提是必須校驗(yàn)土建基礎(chǔ)是否可承受。經(jīng)過相關(guān)核算，盡管新增的載荷比原管道的載荷稍大，但校核后原土建基礎(chǔ)也完全可以承受。

2.3 氣流分析

（1）結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)改造方案，運(yùn)用SolidWorks軟件三維設(shè)計(jì)，結(jié)合CFD軟件模擬改造后的管道及袋室內(nèi)的流場(chǎng)情況，從多個(gè)節(jié)點(diǎn)來論述改造后流場(chǎng)是否均勻，并進(jìn)行簡(jiǎn)單對(duì)比。一般來講，袋除塵器的濾袋使用壽命和諸多因素有關(guān)，但袋室內(nèi)氣體流場(chǎng)是否均勻、流速值是否過大是影響其使用壽命的直接因素。余熱進(jìn)口管道可分為兩種模式連接新沉降室，一種是設(shè)計(jì)初始結(jié)構(gòu)，另一種是改進(jìn)結(jié)構(gòu)（見圖2、圖3）。在風(fēng)量一定的情況下，初始結(jié)構(gòu)入口管道流速非常大，氣流對(duì)側(cè)壁沖刷嚴(yán)重且很難改變氣流方向，因窯頭粉塵磨損性較強(qiáng)，為防止氣流沖刷側(cè)壁，需對(duì)氣流分布進(jìn)行必要的調(diào)整。在改進(jìn)結(jié)構(gòu)中，余熱進(jìn)口管道中設(shè)計(jì)了多組導(dǎo)流片，以調(diào)整進(jìn)風(fēng)角度及分風(fēng)情況。經(jīng)過多次優(yōu)化導(dǎo)流片間距，最終有效改善了袋室內(nèi)氣流分布，從而提高了袋收塵器運(yùn)行的效果。

圖2 初始結(jié)構(gòu)

圖3 改進(jìn)結(jié)構(gòu)

圖4 初始結(jié)構(gòu)流線圖

圖5 改進(jìn)結(jié)構(gòu)流線圖

（2）流線圖

從圖4、5兩個(gè)流線圖中可以看出，圖4進(jìn)入方形沉降室中的氣流存在沖刷箱壁的現(xiàn)象且氣流速度非常大；圖5中大多氣流偏移得到了有效改善，明顯不再?zèng)_刷沉降室側(cè)壁且速度降低幅度較大。由此可見，袋室內(nèi)的分風(fēng)是否均勻也受進(jìn)口風(fēng)速和方向的影響。

（3）灰斗進(jìn)風(fēng)截面速度云圖

新改造方案中，除塵器進(jìn)出口氣流是以水平方式進(jìn)出，而內(nèi)部則采用灰斗進(jìn)風(fēng)的方式進(jìn)出，進(jìn)入袋底的各個(gè)灰斗截面氣流流速的大小也是判斷氣流分布是否均勻的一個(gè)重要依據(jù)。通過圖6、7兩個(gè)速度云圖的對(duì)比可以看出，圖6中截面氣流高速區(qū)主要集中于右側(cè)（紅色區(qū)域），該處氣流速度最大，約為12m/s；而圖7中相應(yīng)位置則氣流速度明顯降低，最大速度≯8.6m/s，同時(shí)不存在氣流偏移的現(xiàn)象，即左右兩側(cè)灰斗入口截面氣流速度分布較為對(duì)稱。綜上所述，改進(jìn)結(jié)構(gòu)中流場(chǎng)分布情況符合改造期望，對(duì)濾袋起到保護(hù)作用。

（4）袋底氣流速度

各個(gè)袋室內(nèi)的袋底風(fēng)速大小是否均勻，亦是判斷袋室內(nèi)氣流是否均勻的一個(gè)重要依據(jù)。從相應(yīng)結(jié)構(gòu)的速度云圖（圖8、9）可以看出，初始結(jié)構(gòu)中右側(cè)各個(gè)袋室的袋底氣流速度較大，最大速度約為5.6m/s，受進(jìn)口氣流偏向的影響；而改進(jìn)結(jié)構(gòu)中袋底氣流的最大速度基本控制在3.5m/s以內(nèi)，且氣流分布較為均勻。顯而易見，改進(jìn)結(jié)構(gòu)對(duì)袋室氣體流速的影響是很大的，袋底氣流流速越小越不易引起濾袋的晃動(dòng)，從而有效降低濾袋破損率。

圖6 初始結(jié)構(gòu)速度云圖

圖7 改進(jìn)結(jié)構(gòu)速度云圖

圖8 初始結(jié)構(gòu)速度云圖

圖9 改進(jìn)結(jié)構(gòu)速度云圖

3 結(jié)語

CFD軟件模擬可以從一定角度定量反映改造后各個(gè)袋室內(nèi)部的流場(chǎng)規(guī)律、流量分配等，為改造方案的設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)。袋室內(nèi)均勻的流場(chǎng)和較低的風(fēng)速是保證改造后袋除塵器良好運(yùn)行的有效保障，對(duì)降低濾袋破損率、運(yùn)行阻力和能耗起到較好的改善效果。

[1]朱亮.基于CFD的除塵器電改袋工程設(shè)計(jì)優(yōu)化研究[M].南昌：南昌大學(xué)，2012.

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TQ172.688.3

A

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2016-07-19；編輯：趙星環(huán)