許善文,韓克余,張朝友,袁志勇
(遵義市貴科科技有限公司,貴州 遵義 563005)
步進式脈沖袋式除塵器淺析
許善文,韓克余,張朝友,袁志勇
(遵義市貴科科技有限公司,貴州 遵義 563005)
論述了目前國內(nèi)應(yīng)用最多的幾種脈沖袋式除塵器的優(yōu)點和不足,介紹了步進式長袋低脈沖袋式除塵器、步進式回轉(zhuǎn)脈沖袋式除塵器的工作原理、關(guān)鍵技術(shù)的解決辦法及關(guān)鍵零部件、元器件的設(shè)計選型。
脈沖袋式除塵器;脈沖閥;步進電機;走行機構(gòu);回轉(zhuǎn)機構(gòu)
脈沖袋式除塵器是20世紀50年代美國人萊茵豪爾(Reinhauer)發(fā)明的,是一種外濾式、利用脈沖閥、噴吹管周期性向濾袋內(nèi)噴入壓縮空氣達到清灰目的的袋式除塵器,屬于高效除塵器。其凈化效率達99%以上,粉塵排放濃度低于50mg/Nm3,壓力損失在1200~1500Pa,過濾速度為0.8~1.5m/min,采用針刺氈濾料,使用壽命較長,運行穩(wěn)定可靠,廣泛應(yīng)用于工業(yè)爐窯煙氣凈化和粉塵回收。
脈沖袋式除塵器應(yīng)用最多的是:氣箱式脈沖袋式除塵器、長袋低壓脈沖袋式除塵器和低壓回轉(zhuǎn)脈沖袋式除塵器。
氣箱式脈沖袋式除塵器又稱箱式脈沖除塵器,1臺除塵器分為若干個濾袋室,每個濾袋室設(shè)1~2個脈沖閥,不設(shè)噴吹管,采用箱式脈沖噴吹。氣箱式脈沖袋式除塵器的優(yōu)點是:噴吹裝置簡單、換袋方便、投資低;缺點是:每個室的濾袋數(shù)量受限,最多只有128條,濾袋的長度較短,一般為2.45m,最長不超過3m,占地面積大,只適用于處理風(fēng)量不大或室內(nèi)安裝的中小型除塵器。
長袋低壓脈沖袋式除塵器又稱管式脈沖袋式除塵器,行脈沖清灰除塵器。早期的脈沖袋式除塵器的濾袋長度為2~4m,當(dāng)淹沒式脈沖閥出現(xiàn)以后,由于脈沖閥噴吹氣量加大,引射空氣量增加,濾袋長度增加到6~8m。不僅減少了占地面積,減少了鋼耗,降低了成本,還促進了脈沖袋式除塵器的大型化,成為目前技術(shù)最先進、應(yīng)用最多的除塵設(shè)備。但長袋低壓脈沖袋式除塵器采用的是行脈沖清灰,噴吹系統(tǒng)由每個室設(shè)1個分氣包,每行濾袋的上方設(shè)1根噴吹管及與濾袋對應(yīng)的噴嘴。每根噴吹管設(shè)一個脈沖閥。因此1臺大型長袋低壓脈沖袋式除塵器有數(shù)百個脈沖閥和數(shù)百根噴吹管,這不僅增大了設(shè)備的投資,且設(shè)備運行中故障率高,并給制造、安裝、維修工作帶來了很大困難。
低壓回轉(zhuǎn)脈沖袋式除塵器,又稱連續(xù)機械回轉(zhuǎn)脈沖除塵器。我國電力行業(yè)部門從德國Lurgi公司引進的低壓回轉(zhuǎn)脈沖除塵器具有國際先進水平,用于國內(nèi)大型電站鍋爐煙氣除塵。該除塵器采用扁圓形濾袋,并按同心圓方式布置安裝在圓筒形濾袋室內(nèi),每個筒體內(nèi)可安裝1156條濾袋,濾袋長度8m。每臺除塵器的過濾面積達3700m2,并設(shè)有1套連續(xù)回轉(zhuǎn)脈沖清灰裝置,清灰裝置由氣包、脈沖閥、垂直導(dǎo)風(fēng)管和互為120°的3根水平噴吹管組成,由電機驅(qū)動。每根噴吹管上均設(shè)有一定數(shù)量的噴嘴與一定圓周上排列的濾袋相對應(yīng),脈沖閥直徑為150~350mm,氣源由羅茨風(fēng)機提供,壓力為0.08MPa。
脈沖噴吹清灰具有氣箱式脈沖清灰的優(yōu)點,1臺除塵器僅需要1個脈沖閥,利用3根噴吹管進行脈沖噴吹清灰,解決了長袋低壓脈沖袋式除塵器噴吹多、脈沖閥多的難題。同時1臺除塵器就是1個獨立的筒體,當(dāng)需要處理大風(fēng)量時,可以采用多臺除塵器并聯(lián),屬于典型的模塊化設(shè)計,有利于工廠化生產(chǎn),增減十分方便。但該除塵器采用扁圓形濾袋,按同心圓布置,采用連續(xù)回轉(zhuǎn)脈沖噴吹清灰,位于內(nèi)圓和外圓的濾袋清灰頻率相差數(shù)倍,造成濾袋壽命不等。同時,噴吹管上的噴嘴難以對準(zhǔn)濾袋中心,清灰的有效性不如長袋低壓脈沖袋式除塵器。采用扁圓形濾袋和扁圓形袋籠給制造安裝維修也會帶來困難。
步進式脈沖袋式除塵器是在總結(jié)了目前國內(nèi)外脈沖袋式除塵器的基礎(chǔ)上,采用先進技術(shù)、具有國內(nèi)先進水平的脈沖袋式除塵器。步進式脈沖袋式除塵器包括步進式長袋低壓脈沖除塵器和步進式回轉(zhuǎn)脈沖除塵器。其結(jié)構(gòu)示意見圖1。
圖1 步進式脈沖袋式除塵器結(jié)構(gòu)示意圖
步進式長袋低壓脈沖袋式除塵器與現(xiàn)有的長袋低壓脈沖除塵器的結(jié)構(gòu)基本相同,所不同的是,凈氣室為通室,不設(shè)分室隔板,同時兼作凈氣通道。脈沖噴吹裝置安裝在凈氣室橫向兩側(cè)的導(dǎo)軌上,脈沖噴吹裝置由1個氣包、2個脈沖閥、2根噴管和齒輪齒條支座組成。2根噴吹管安裝在氣包內(nèi),噴嘴伸出氣包外。走行機構(gòu)由步進電機、支座、齒輪、齒條組成。氣包安裝在走行機構(gòu)的支座上。其工作原理是:由脈沖控制儀向步進電機輸入一定數(shù)量的脈沖,使步進電機轉(zhuǎn)過一定角度,通過步進電機輸出軸上的齒輪和固定在凈氣室導(dǎo)軌上的齒條,將步進電機的角位移轉(zhuǎn)換成直線位移。當(dāng)直線位移等于濾袋間距,噴吹管上的噴嘴對準(zhǔn)濾袋中心時,步進電機停止轉(zhuǎn)動,此時打開脈沖閥對準(zhǔn)濾袋進行脈沖噴吹清灰。一行清灰結(jié)束后,步進式走行機構(gòu)轉(zhuǎn)入到下行進行脈沖清灰,直至全部濾袋清灰結(jié)束,脈沖噴吹裝置快速返回到起始位置,按照清灰程序進行下一輪的清灰。
采用步進式長袋低壓脈沖袋式除塵器的優(yōu)點是:1臺除塵器只設(shè)1個氣包、2個脈沖閥、2根噴吹管和1套步進式走行機構(gòu)。與現(xiàn)有的長袋低壓脈沖袋式除塵器比較,氣包、噴吹管、脈沖閥數(shù)量減少了90%以上,投資節(jié)省20%,制造、安裝、維修的工作量減少,施工難度降低,可靠性提高,故障率降低。完全可以應(yīng)用于正壓、負壓除塵系統(tǒng)和在線清灰、離線清灰除塵系統(tǒng)。
步進式回轉(zhuǎn)脈沖袋式除塵器和現(xiàn)有低壓回轉(zhuǎn)脈沖袋式除塵器一樣為圓筒形結(jié)構(gòu),但濾袋、花板、脈沖噴吹機構(gòu)有很大改進。濾袋采用圓形濾袋,濾袋內(nèi)設(shè)防癟環(huán),下端用彈簧拉緊并固定在格柵上?;ò蹇兹坎贾迷?°等圓周角線上的特殊設(shè)計?;剞D(zhuǎn)機構(gòu)采用步進式電機驅(qū)動,安裝在氣包的頂部,氣包安裝在凈氣室,回轉(zhuǎn)機構(gòu)伸出凈氣室頂蓋,噴吹主管穿過氣包底部,3根噴吹支管按0°,115°、230°布置,每根噴吹管上的噴嘴對應(yīng)不同圓周上的濾袋。其工作原理是:脈沖控制儀對步進電機輸入一定數(shù)量的脈沖,步進電機按花板上2條濾袋的圓周角轉(zhuǎn)過一定角度,使3根噴吹管上的噴嘴對準(zhǔn)不同濾袋的中心,停止轉(zhuǎn)動,打開脈沖閥,對準(zhǔn)濾袋中心進行定點噴吹裝置。步進式回轉(zhuǎn)機構(gòu)轉(zhuǎn)360°,每條濾袋只噴吹1次。步進式回轉(zhuǎn)脈沖袋式除塵器結(jié)構(gòu)示意見圖2。
圖2 步進式回轉(zhuǎn)脈沖袋式除塵器結(jié)構(gòu)示意圖
采用步進式回轉(zhuǎn)脈沖袋式除塵器的優(yōu)點是:濾袋為圓形,制造、安裝方便;步進式回轉(zhuǎn)機構(gòu)轉(zhuǎn)過360°,每條濾袋只噴吹1次,保證了濾袋等的壽命;實現(xiàn)了定點對準(zhǔn)濾袋中心脈沖清灰,清灰效果好。氣包安裝在凈氣室,提高了噴吹管在轉(zhuǎn)動過程中的穩(wěn)定性;提高了噴吹氣源溫度,有利于防止濾袋結(jié)露;采用多臺除塵器并聯(lián)組成大型脈沖袋式除塵器,可隨時根據(jù)煙氣量的增減調(diào)整除塵器的臺數(shù),并有利于模塊化設(shè)計和工廠化生產(chǎn)。
工業(yè)爐窯除塵系統(tǒng)應(yīng)隨工業(yè)爐窯連續(xù)運行,排出的煙氣多為含有SO2等腐蝕性氣體的高溫含塵煙氣,經(jīng)過除塵器除塵的凈化氣仍含有腐蝕性氣體,凈氣溫度也在80℃以上。因此,將脈沖噴吹系統(tǒng)、步進式回轉(zhuǎn)機構(gòu)安裝在凈氣室,其脈沖閥、步進電機、供氣管必須滿足耐高溫、耐腐蝕、高可靠性的要求,這也是步進式脈沖袋式除塵器的關(guān)鍵技術(shù)。
氣包作為脈沖噴吹系統(tǒng)的儲氣設(shè)備,需承受0.8MPa的氣壓。一般直徑為Φ325~350mm,長度4~7m,采用Q235A結(jié)構(gòu)鋼制造,壁厚為8mm,重量達300~550kg,而我國大功率步進電機的最大轉(zhuǎn)矩只有80Nm,這就要求要盡量減輕氣包噴吹管的重量。設(shè)計時采用強度高、耐高溫、耐腐蝕、膨脹系數(shù)和花板材料相近似的2Cr13、Cr17Ni2的不銹鋼制造,由于2Cr13、Cr17Ni2不銹鋼的抗拉強度分別是235A的2.64~4.4倍,則氣包的壁厚可減少到2~3mm,重量降到170~200kg,這就為采用步進電機驅(qū)動創(chuàng)造了條件。同時由于不銹鋼不銹蝕,有利于保證壓縮空氣的潔凈度,保證脈沖閥的正常工作。不銹鋼的膨脹系數(shù)和普通鋼相近,不會因材料的受熱膨脹而導(dǎo)致噴嘴與濾袋孔中心的不同心。
步進式走行機構(gòu)和回轉(zhuǎn)機構(gòu)的位置控制是靠步進電機或交直流伺服電機來驅(qū)動和控制的。這兩種都是特種電機,都能精確地控制速度。步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蛑本€位移的開環(huán)控制。在非超負荷的情況下,電機轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖的個數(shù),而不受負載變化的影響。當(dāng)步進電機收到一個脈沖信號后就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度,一步一步運行,并通過控制脈沖數(shù)就可控制角位移量,從而達到精確定位的目的,同時通過控制脈沖頻率控制步進電機轉(zhuǎn)動速度和加速度,達到高速移動的目的。近年來,由于混合式大功率步進電機的驅(qū)動性能不斷提高,靜力矩可達到80Nm,實現(xiàn)了高頻率高速驅(qū)動。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,除功率放大器外,其驅(qū)動控制全部都由軟件來實現(xiàn)。步進電機應(yīng)選用耐高溫的步進電機,國內(nèi)已有廠家生產(chǎn)。也可在步進電機的外殼涂刷隔熱涂料以滿足要求。
步進式脈沖袋式除塵器的步進式走行機構(gòu)和回轉(zhuǎn)機構(gòu)屬運動部件,但具有較穩(wěn)定的負載,在移動過程中電機的轉(zhuǎn)速很低,不易出現(xiàn)失步和過沖現(xiàn)象。采用混合式大功率步進電機驅(qū)動步進式走行機構(gòu),回轉(zhuǎn)機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、容易控制、步距角準(zhǔn)確、無積累誤差、運行可靠、維修方便等特點,已在我國大型數(shù)控機床中廣泛應(yīng)用,完全可以滿足步進式脈沖袋式除塵器的要求。
步進電機選型應(yīng)遵守以下原則:1)步進電機的步距角應(yīng)滿足傳動系統(tǒng)脈沖當(dāng)量的要求;2)步進電機的靜力矩應(yīng)滿足走行、回轉(zhuǎn)機構(gòu)的空載快速啟動力矩的要求;3)步進電機步距角應(yīng)與機械系統(tǒng)相匹配,脈沖當(dāng)量可通過步進電機的細分驅(qū)動提高精度,由于傳動比值一般不會等于1,因此必須有一個減速裝置來過渡;4)步進電機能滿足凈氣室凈氣溫度的要求,一般需要通過特殊訂貨來實現(xiàn)。
脈沖閥是脈沖袋式除塵器的關(guān)鍵設(shè)備。目前國產(chǎn)的脈沖閥有膜片式脈沖閥和活塞式脈沖閥。膜片式脈沖閥的膜片有橡膠膜片和硬塑料膜片,有常溫(-40℃~90℃)膜片和耐高溫(-40℃~230℃)膜片,工作壓力0.8MPa,工作壽命不低于5萬h。目前在國內(nèi)應(yīng)用較多,價格也低。
活塞式脈沖閥是法國ALSTOM公司在總結(jié)了以往膜片式脈沖閥的故障原因后設(shè)計開發(fā)的。目前在國內(nèi)企業(yè)已有批量生產(chǎn)的產(chǎn)品,其出口直徑為105mm、135mm。
活塞式脈沖閥與膜片式脈沖閥比較,具有以下特點:1)打開迅速,因此沖擊壓力損失非常??;2)打開順序易于控制,可根據(jù)工藝要求選擇最佳的空氣量;3)壓縮空氣損耗低,與膜片式脈沖閥相比可減少壓縮空氣耗量;4)結(jié)構(gòu)緊湊,外形尺寸比膜片閥小很多;5)采用出口直徑105mm、135mm大口徑活塞式脈沖,可增大濾袋直徑、增加濾袋長度或增加噴吹濾袋數(shù)量;6)使用壽命可達10萬h。
根據(jù)活塞式脈沖閥的特點,步進式脈沖袋式除塵器應(yīng)選用活塞式脈沖閥為宜?;钊矫}沖閥沒有橡膠膜片,能耐高溫,但應(yīng)配高溫電磁閥。
實現(xiàn)水平移動的裝置要有滾動摩擦直線導(dǎo)軌,齒輪、齒條傳動和擾性傳動。本設(shè)計方案采用齒輪、齒條傳動,齒輪固定在步進電機輸出軸上,齒條固定在箱體兩側(cè)的導(dǎo)軌上,1臺步進式走行機構(gòu)上安裝有2個主動齒輪、2個從動齒輪,可實現(xiàn)無側(cè)隙平穩(wěn)移動,齒輪、齒條采用不銹鋼材料制造。
供氣管路隨脈沖噴吹系統(tǒng)移動。因此,要求供氣管路應(yīng)選用耐高溫的硅膠軟管,在管外用不銹鋼軟管作護套。
目前國內(nèi)脈沖袋式除塵器凈氣室高度設(shè)計都較低,在凈氣室頂上設(shè)有檢修人孔蓋,如果制造安裝不當(dāng)易造成漏氣和漏水。為方便脈沖噴吹裝置的檢修,利用凈氣室作凈氣排氣通道,要想減少漏氣、杜絕漏水,增加凈氣室高度、取消活動頂蓋是必要的。如果將凈氣室高度增加到2米,濾袋袋籠由3~4節(jié)組成,就可在室內(nèi)換袋。凈氣空間增大,凈氣流速降低,有利于提高脈沖清灰效果。
由于采用噴吹管徑為135mm的活塞式脈沖閥,噴吹氣量大大提高,濾袋的直徑和長度可增加,當(dāng)濾袋直徑增大到180mm時,有實驗證明:采用防癟環(huán)代替濾袋袋籠,下端彈簧拉緊是完全可行的。不僅制造、運輸、安裝、維修方便,還徹底消除了濾袋之間碰撞造成的損壞。
針對目前傳統(tǒng)袋式除塵的缺點提出的改進技術(shù)方案,對袋式除塵技術(shù)有促進作用。隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,新技術(shù)、新工藝、新材料、新型元器件的開發(fā)和應(yīng)用,袋式除塵技術(shù)必將提高到一個嶄新的水平。
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[2] 張殿印,王純.脈沖袋式除塵器手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2011.
[3] 陳隆樞,陶暉.袋式除塵器技術(shù)手冊[M].北京:北京機械工業(yè)出版社,2010.
Analysis the Step Type Pulsed Bag Hose Precipitator
XU Shan-wen, HAN Ke-yu, ZHANG Chao-you, YUAN Zhi-yong
(Zunyi City Guike Technology Co., Ltd, Guizhou Zunyi 563005, China)
The paper discusses the strongpoints and dis-suf ficiency of the several pulsed bag hose precipitator used widely in the country, presents step long bag and low pulsed bag hose precipitator, the working principle of step type turning pulsed bag hose precipitator, the solving methods of key technology and spare parts as well as the designing model selection of parts of an apparatus.
pulsed bag hose precipitator; pulse valve; step motor; walking institution; turning institution
X701
A
1006-5377(2017)10-0049-04