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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