王建建
摘 要:通過與傳統(tǒng)固定頂棚進(jìn)行比較,提出一種應(yīng)用在新型離線回轉(zhuǎn)脈沖清灰袋式除塵器上的旋轉(zhuǎn)頂棚方案。該方案實(shí)現(xiàn)了頂棚由剛到柔的轉(zhuǎn)變,既能對凈氣倉進(jìn)行封閉,又能簡化噴吹機(jī)構(gòu),具有廣闊的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞:固定頂棚;旋轉(zhuǎn)頂棚;袋式除塵器
中圖分類號:X701.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1003-5168(2021)29-0042-04
A Rotary Ceiling Structure Applied in a Bag Dust Collector
WANG Jianjian
(Wuxi Dongfang Environmental Engineering Design&Research Institute Co., Ltd., Wuxi Jiangsu 214000)
Abstract: Through comparison with the conventional fixed ceiling, to propose a rotating ceiling applied in the new offline rotary pulse-dust bag dust collector, which realizes the ceiling transformation from rigid to soft, which can not only close the net gas warehouse, and simplify the blowing mechanism, which has a broad application prospect.
Keywords: fixed ceiling;rotary ceiling;bag dust collector
在常規(guī)負(fù)壓除塵系統(tǒng)采用的袋式除塵器中,常規(guī)分室脈沖清灰袋式除塵器自20世紀(jì)70年代引入國內(nèi),從早期的機(jī)械振動袋式除塵、反吹風(fēng)大布袋除塵,到現(xiàn)在主流的脈沖噴吹袋式除塵,占領(lǐng)了近90%的市場[1]。主流的脈沖噴吹袋式除塵,為了解決清灰功能差的問題,沖破了傳統(tǒng)反吹清灰的禁錮,創(chuàng)新了脈沖噴吹技術(shù)。然而脈沖清灰除塵器問世時,它的脈沖噴吹裝置就是靜止不動的,形體為長方體臥式。受性能和形體的影響,其頂棚的設(shè)計(jì)都是固定不動的,有利于在受負(fù)壓的同時,對除塵器凈氣倉進(jìn)的設(shè)備進(jìn)行檢修。
隨著對袋式除塵器工藝和結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步優(yōu)化,除塵器在清灰工藝、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及形體上均發(fā)生了改變。一種新型離線回轉(zhuǎn)脈沖清灰袋式除塵器問世[2],其外形酷似袋式除塵器初期使用的回轉(zhuǎn)反吹扁布袋除塵器[3],為圓柱形。但是原來回轉(zhuǎn)反吹扁布袋除塵器采用反吹風(fēng)機(jī)進(jìn)行清灰,反吹風(fēng)機(jī)通常放置在頂棚上,其頂棚也是固定不動的,僅僅是將凈氣倉進(jìn)行封閉。本文論述的這種新型離線回轉(zhuǎn)脈沖清灰袋式除塵器僅有一個大的凈氣倉,清灰采用壓縮空氣或壓縮氮?dú)?,清灰時需要將每個噴吹管口對應(yīng)每個花板孔口,且整個凈氣倉需要保持5~6 kPa的負(fù)壓,如果仍采用固定頂棚,噴吹管、氣流分配器、離線閥等設(shè)備就變得很復(fù)雜,另外除塵器檢修也存在很大的問題。為了解決以上問題,需要對除塵器頂棚進(jìn)行改造。
針對上述問題,筆者提出一種應(yīng)用在新型離線回轉(zhuǎn)脈沖清灰袋式除塵器上的旋轉(zhuǎn)頂棚方案,該方案使頂棚實(shí)現(xiàn)了由剛到柔的轉(zhuǎn)變,解決了頂棚受力問題的同時,對凈氣倉進(jìn)行封閉,簡化噴吹機(jī)構(gòu),具有廣闊的應(yīng)用前景。
1 旋轉(zhuǎn)頂棚結(jié)構(gòu)及工作原理
1.1 旋轉(zhuǎn)頂棚結(jié)構(gòu)
旋轉(zhuǎn)頂棚結(jié)構(gòu)如圖1所示。頂棚呈圓形,主要由頂棚大梁、頂部蓋板、中心回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、中心受力結(jié)構(gòu)件、氣流分配器、脈沖閥及噴吹管、傳動齒輪、受力滾輪、滾輪走道、密封結(jié)構(gòu)等部件構(gòu)成。
整個頂棚圍繞中心回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn),中心回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)內(nèi)設(shè)受力軸承,回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)下部連接中心受力結(jié)構(gòu)件,外圈設(shè)若干個受力滾輪和一圈滾輪走道。頂棚自重及所受的5~6 kPa的負(fù)壓由中心回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的若干個軸承和頂棚大梁外圈的若干個受力滾輪共同承擔(dān),可近似將整個頂棚的受力看成均勻受壓,則中心回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和外圈頂棚梁上的托輪組受力各占一半,軸承和受力滾輪受力,進(jìn)而通過中心受力桿件和滾輪走道傳遞至離線回轉(zhuǎn)脈沖袋式除塵器主體結(jié)構(gòu)。
頂棚大梁之間采用螺栓連接。由于頂棚面積很大,頂棚個別部位不可避免地存在負(fù)壓受力不均的現(xiàn)象,螺栓連接能夠很好地解決這個問題,實(shí)現(xiàn)了整個頂棚從剛性到柔性的轉(zhuǎn)變。凈氣倉和大氣的密封由頂部蓋板及位于特殊位置的密封條完成,驅(qū)動裝置設(shè)置在除塵器頂棚外圈,傳動機(jī)構(gòu)采用一臺或若干臺減速機(jī),通過傳動齒輪帶動整個頂棚旋轉(zhuǎn),氣流分配器、脈沖閥及噴吹管均固定在頂棚上,噴吹管布置在凈氣倉內(nèi)部。頂棚旋轉(zhuǎn)時,氣流分配器、脈沖閥及噴吹管跟隨頂棚一起旋轉(zhuǎn)。
1.2 旋轉(zhuǎn)頂棚工作原理
在風(fēng)機(jī)負(fù)壓作用下,含塵煙氣進(jìn)入除塵器的過濾室,細(xì)小顆粒粉塵被截留在濾袋外表面,清潔氣體則通過花板進(jìn)入凈氣室,均勻地向中心聚攏,進(jìn)入中心出風(fēng)管后經(jīng)風(fēng)機(jī)排氣筒排入大氣。除塵器經(jīng)過一段時間的運(yùn)行后,濾袋外表面的積灰增多,除塵器的運(yùn)行阻力上升。當(dāng)阻力上升至設(shè)定的上限值時,電氣程序控制系統(tǒng)自動發(fā)出清灰信號,減速機(jī)帶動傳動齒輪開始動作,旋轉(zhuǎn)頂棚帶動中心回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、氣流分配器、脈沖閥及噴吹管旋轉(zhuǎn),同步運(yùn)行的離線裝置使該處的濾袋處于不過濾狀態(tài),以求達(dá)到良好的清灰效果。在噴吹口對準(zhǔn)花板濾袋的中心時,對應(yīng)的脈沖閥開啟,噴吹氣源(0.20~0.30 MPa壓縮空氣或氮?dú)猓┻M(jìn)入脈沖氣流分配器,經(jīng)由脈沖閥流經(jīng)噴吹管、噴口,并誘導(dǎo)一定量的空氣后噴入處于離線狀態(tài)的濾袋內(nèi),濾袋急速膨脹,由自然的縮癟狀態(tài)突變?yōu)楣拿洜顟B(tài)[4],濾袋表面的粉塵被抖落下來,落入下部的灰斗,從而實(shí)現(xiàn)整個噴吹清灰過程。
旋轉(zhuǎn)頂棚旋轉(zhuǎn)時,頂棚外圈受力滾輪同樣跟著旋轉(zhuǎn),滾輪可以自轉(zhuǎn),由于柔性頂棚結(jié)構(gòu),即使受力滾輪沒有全部均勻受力,也能滿足受力要求。
2 大型工程應(yīng)用及驗(yàn)證
旋轉(zhuǎn)頂棚是離線回轉(zhuǎn)脈沖清灰袋式除塵器特定的頂棚,結(jié)構(gòu)穩(wěn)固和性能是第一位[5]。由于無經(jīng)驗(yàn)可循,研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過理論計(jì)算,在工廠進(jìn)行小試和中試后,在大型工程上進(jìn)行應(yīng)用和分析驗(yàn)證,如圖2所示。
2.1 剛性、柔性頂棚受力試驗(yàn)
針對頂棚結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有2種頂棚設(shè)計(jì)方案:一種是傳動固定式頂棚——剛性連接;另一種則是螺栓連接——柔性連接。剛性連接即傳統(tǒng)固定式頂棚,是指頂棚大梁焊接成一個固定框架,頂部蓋板設(shè)置為活動蓋板。正常運(yùn)行時,頂部蓋板封住頂棚大梁,隔絕凈氣倉與大氣,防止除塵器漏風(fēng);更換布袋時,直接將對應(yīng)的活動蓋板打開,就可以檢修布袋。柔性連接是要求整個頂棚為可活動連接(螺栓連接),可自由調(diào)節(jié)受力??紤]到頂棚受力形式,由于頂棚面積較大,實(shí)際上各位置所受負(fù)壓不盡相同,最終采用了柔性連接方案,并對柔性頂棚做了如下性能分析。
頂棚大梁均為活動連接,大梁與大梁之間則由頂部蓋板及固定板焊接密封,這種方式為半柔半剛,運(yùn)用在江蘇某不銹鋼有限公司電爐除塵項(xiàng)目(除塵器外圈直徑為15.2 m)中。試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。
負(fù)壓為-5 kPa時,頂棚受力情況為頂棚自重20 t、負(fù)壓91 t,共計(jì)111 t;單個滾輪理論受力16 t。有負(fù)壓狀態(tài)時,受力滾輪34×16=544 t,單滾輪受力遠(yuǎn)大于理論計(jì)算的頂棚受力111 t,因此頂棚結(jié)構(gòu)受力完全符合要求。
頂棚大梁均為活動連接,大梁與大梁之間的密封由頂部蓋板及位于特殊位置的密封條完成。這種方式為全柔性設(shè)計(jì),運(yùn)用在山東某高爐出鐵場除塵項(xiàng)目(除塵器外圈直徑為17.2 m)中。試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。
負(fù)壓為-5 kPa時,頂棚受力情況為頂棚自重30 t、負(fù)壓116 t,共計(jì)146 t;單個滾輪理論受力為16 t。有負(fù)壓狀態(tài)時,受力滾輪46×16=736 t,單滾輪受力遠(yuǎn)大于理論計(jì)算的頂棚受力146 t,頂棚結(jié)構(gòu)受力同樣完全符合要求。
但是通過兩個項(xiàng)目的數(shù)據(jù)可以看出,柔性連接的滾輪受力情況明顯要優(yōu)于剛性連接的頂棚。因此,旋轉(zhuǎn)頂棚采用全柔性頂棚方案。
2.2 旋轉(zhuǎn)部分和固定部分的連接漏風(fēng)試驗(yàn)
旋轉(zhuǎn)部分和固定部分連接處采用柔性耐磨密封條密封,作用是隔絕凈氣倉和大氣,防止除塵器漏風(fēng)。密封面為頂棚梁下部外側(cè),如圖3所示。此種結(jié)構(gòu)應(yīng)用于江蘇某不銹鋼有限公司電爐除塵。
研發(fā)團(tuán)隊(duì)對漏風(fēng)率進(jìn)行了測試,測試具體內(nèi)容如下。測試工具:皮托管、U型壓力計(jì)。測試前提:①閥門全開,滿速運(yùn)行,回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)開啟;②觀察爐前效果。測試位置:除塵器進(jìn)風(fēng)口、除塵器出風(fēng)口。測試內(nèi)容:運(yùn)行風(fēng)量、除塵器前后靜壓、煙氣溫度。設(shè)計(jì)參數(shù)如表3所示。測試數(shù)據(jù)如表4所示。
測試結(jié)論如下:①風(fēng)量遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)風(fēng)量,爐前效果良好;②除塵器清灰正常,除塵器阻力較低;③漏風(fēng)率稍微偏高,但不影響爐前效果,在可接受范圍內(nèi)。
3 旋轉(zhuǎn)頂棚工程應(yīng)用的優(yōu)勢
3.1 設(shè)備大大簡化、后期維護(hù)量大大降低
脈沖噴吹機(jī)構(gòu)包括脈沖閥、氣流分配器、噴吹管、離線閥等。常規(guī)一臺分室離線脈沖清灰除塵器有數(shù)十套乃至數(shù)百套脈沖噴吹機(jī)構(gòu),設(shè)備星羅棋布、管線交錯,最終必然造成故障率高、維護(hù)工作量大。離線回轉(zhuǎn)脈沖清灰袋式除塵器采用旋轉(zhuǎn)頂棚方案,將氣流分配器放置在頂棚上,壓縮空氣或氮?dú)馔ㄟ^中心回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)接入氣流分配器。氣流分配器下部連接噴吹管,噴吹管和離線罩放置在凈氣倉內(nèi)部,三者并一起放在頂棚大梁上,跟隨頂棚大梁一起旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)除塵器運(yùn)行時,旋轉(zhuǎn)頂棚帶動噴吹機(jī)構(gòu)運(yùn)動至待噴吹位置,噴吹機(jī)構(gòu)動作,對濾袋進(jìn)行噴吹清灰。完成該部分濾袋的清灰后,旋轉(zhuǎn)頂棚帶動噴吹機(jī)構(gòu)移動至下一待清灰點(diǎn),繼續(xù)上述噴吹步驟,直至整個除塵過程結(jié)束。
這樣以一套動態(tài)的回轉(zhuǎn)噴吹機(jī)構(gòu)取代了常規(guī)分室脈沖清灰袋式除塵器數(shù)十套甚至數(shù)百套固定的噴吹機(jī)構(gòu),大大簡化了除塵器的噴吹設(shè)備。同時,由于脈沖閥、氣流分配器等數(shù)量的減少,研發(fā)團(tuán)隊(duì)多采用進(jìn)口設(shè)備。這樣一來,設(shè)備數(shù)量減少,故障率小,后期運(yùn)行維護(hù)量大大降低。
以同為10 000 m過濾面積的離線回轉(zhuǎn)脈沖除塵器(以下簡稱“回轉(zhuǎn)除塵器”)與常規(guī)分室離線脈沖清灰除塵器(以下簡稱“常規(guī)除塵器”)為例,可以得到數(shù)據(jù)如表5所示。
本除塵器已應(yīng)用在江蘇某不銹鋼有限公司電爐除塵項(xiàng)目中。經(jīng)測試,除塵器阻力為489 Pa,說明噴吹效果很好,完全能滿足生產(chǎn)需要。通過表5可知,由于采用了旋轉(zhuǎn)頂棚,回轉(zhuǎn)除塵器較常規(guī)除塵器維護(hù)點(diǎn)減少了95%,項(xiàng)目至今已運(yùn)行了8年,得到用戶的一致認(rèn)可。
3.2 更換布袋更方便、快捷
對除塵器來說,布袋的更換是后期運(yùn)行維護(hù)中最頻繁的項(xiàng)目。常規(guī)除塵器更換布袋時,步驟為:①打開第一個頂部蓋板;②拆噴吹管;③拆布袋;④更換新布袋;⑤重新定位并安裝噴吹管;⑥關(guān)閉第一個頂部蓋板;⑦打開第二個倉蓋,重復(fù)①-⑥操作。換袋的過程中,需要拆裝噴吹管,重新安裝時定位噴吹管要求高。
考慮到離線回轉(zhuǎn)除塵器需要更換布袋,研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過理論計(jì)算及實(shí)踐,在頂棚上增加換袋機(jī)構(gòu)。換袋機(jī)構(gòu)固定在頂棚上,分為上固定倉和下活動倉,除塵器運(yùn)行時,整個換袋倉跟隨頂棚一起旋轉(zhuǎn)。換袋機(jī)構(gòu)下活動倉通過簡易的減速機(jī)控制上下行程。當(dāng)布袋需要更換時,頂棚停止旋轉(zhuǎn),下活動倉可下降直至貼合花板上表面,對換袋區(qū)域的布袋實(shí)施密封隔離,打開倉蓋,對此區(qū)域的濾袋框架進(jìn)行更換。待此區(qū)域的濾袋框架更換完畢后,稍微提起下活動倉,手動操作頂棚再次旋轉(zhuǎn),依次按照上述流程對花板固定區(qū)域進(jìn)行密封,從而逐一實(shí)現(xiàn)換袋。由于頂棚是旋轉(zhuǎn)的,更換布袋僅需要手動操作旋轉(zhuǎn)頂棚即可,不需要重新定位噴吹管,大大減少了更換布袋的時間和人力。經(jīng)過實(shí)踐對比,更換100條布袋,回轉(zhuǎn)除塵器較常規(guī)除塵器節(jié)省了50%的時間和人工。
4 結(jié)語
旋轉(zhuǎn)頂棚實(shí)現(xiàn)了頂棚由剛性到柔性的轉(zhuǎn)變,在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下,既能對凈氣倉進(jìn)行封閉,又簡化了噴吹機(jī)構(gòu)等相關(guān)設(shè)備。噴吹機(jī)構(gòu)跟隨旋轉(zhuǎn)頂棚一起旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)由一套或若干套動態(tài)的噴吹機(jī)構(gòu)完成對所有布袋的清灰工作。大量實(shí)際工程應(yīng)用表明,旋轉(zhuǎn)噴吹定位準(zhǔn)確,噴吹效果較好,除塵器阻力低,除塵系統(tǒng)能耗降低;同時,由于設(shè)備得到簡化,大大減少了除塵器的后續(xù)運(yùn)營管理成本,具有廣闊的應(yīng)用前景。
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