唐 婷 張劍鴻 唐莉莉 向柏霖

(懷化學院化學與材料工程學院 湖南 懷化 418008)

1 前言

城市生活垃圾焚燒法具有最大限度的減量化、無害化、資源化等優(yōu)勢,在我國城市中的應用日益遞增,并逐漸成為優(yōu)先推薦的生活垃圾處理方式,同時由于垃圾焚燒技術興起所帶來的焚燒殘留物的分量也逐漸增大,焚燒后產生的灰渣約占垃圾焚燒量的20%～30 %[1]。根據(jù)中統(tǒng)局公開的數(shù)據(jù),2021年我國日常生活廢棄物燒毀、凈化的質量高達18019.67萬噸,比2020年增加了23.4%。而垃圾焚燒的殘留物根據(jù)在垃圾焚燒系統(tǒng)中收集的位置不同分為底灰與飛灰,其中底灰主要是垃圾經(jīng)焚燒之后在爐床上收集到的殘留物;飛灰主要是在垃圾焚燒爐中煙氣凈化系統(tǒng)中收集到的細顆粒粉末物質,約占垃圾焚燒殘留物總量的10%～20%,同時焚燒飛灰中含有可浸出重金屬以及二噁英類等難以自然降解的有毒物質,屬于危險廢物[2]。

針對焚燒爐產生的尾氣中所含粉塵的通行解決設備大致分為旋風,噴霧,自然沉降等[3],其中旋風的整體過濾效果較差,煙氣中一些質地較輕的粉塵還是會隨著排出,噴霧主要是通過向密閉容器中噴灑水霧,提高煙氣中粉塵重量來實現(xiàn)除塵的目的的,自然沉降雖然整體的除塵效果較佳,但是整體除塵的效率較慢。布袋式除塵是控制工業(yè)煙氣細顆粒物和實現(xiàn)超低排放的主流技術,應用極為廣泛,在工業(yè)領域眾多除塵裝備中的應用比例分別是: 鋼鐵行業(yè) 95%、水泥行業(yè) 90%、鋁行業(yè) 90%、電力行業(yè) 30%、垃圾焚燒100%等[4]。當前,我國袋式除塵單臺套最大處理能力已達 500 萬 m3/h,出口顆粒物排放質量濃度小于10 mg /m3已成常態(tài)化,成為我國工業(yè)煙氣細顆粒物 PM 2.5控制的主流除塵裝備。

布袋除塵設備的除塵效果和效率都很高,但作為過濾的布袋具有1)需要定期更換2)焚燒爐尾氣的溫度較高,可能會引燃布袋3)易被吹風清掃而脫落4)產生板結磨損而穿孔等缺點[5-8]。因此改進布袋除塵設備既保證除塵效率,又減少布袋更換頻率,成為減少垃圾焚燒飛灰的關鍵技術之一。

2 改進設計

布袋除塵器常見的兩個結構特點及其造成的問題有:

(1)濾袋位置固定。會導致粉塵沾水附著在濾袋上后,粉塵會堵塞布袋上的每一個過濾孔隙,導致過濾效率急速下降。

(2)濾袋縱向安裝的模式無法充分提高噴霧管與布袋的相對接觸面積,會造成部分水資源浪費。

根據(jù)以上兩個比較常見的布袋除塵器結構特點及所造成問題,提出了以下幾點改進思路:

(1)布袋籠可以增加一個能使得布袋籠旋轉的裝置和一些毛刷,布袋籠通過轉動增加了轉向力,可以將沾水的粉塵甩離布袋籠,而毛刷可以將無法甩離的沾水粉塵刷落。

(2)布袋籠可以被設計成橫向安裝結構,還可以增加調節(jié)器,它可以調節(jié)布袋籠橫向位置,可以充分利用水資源。

(3)布袋籠可以增加一個弧形裝置來提高水資源利用率。

利用上述改進思路,我們對布袋除塵器改進后的結構設計圖如圖1所示。

1為密閉的凈化箱、2為密閉的除塵室、3為軸管、4為轉軸、5為噴霧管、6為第一籠板、7為第二籠板、8為籠筋、9為電機、10為驅動軸、11為驅動齒輪、12為從動齒輪、13為定位套、14為出氣管、15為換位驅動座、16為波浪紋、17為支架、18為弧形板、19為軸頭、20為弧形穹頂、21為噴霧嘴、22為進氣管、23為排污管、24為第一套管、25為第二套管、26為支架板

如圖1所示,布袋除塵器改進后總結構含有26個部件,分為動力區(qū)間、工作區(qū)間、調節(jié)區(qū)間三個部分。

2.1 動力區(qū)間結構及作用

圖 1 布袋除塵器改進后結構設計總示意圖

圖2 動力區(qū)間結構示意圖

圖2是動力區(qū)間結構示意圖。主要包含了3軸管、9電機、10驅動軸、11驅動齒輪、12從動齒輪、13定位套、14出氣管、24第一套管、25第二套管等部件。其中,電機9為整套裝置提供動力;驅動軸10、驅動齒輪11、從動齒輪12起到傳動的作用;支架板26、定位套13起到固定和支撐作用;14起到運輸氣體作用。

動力區(qū)間結構功能說明:

該電機9的動力輸出軸端穿過除塵室2與驅動軸10對接,該驅動軸10的端部與設置在除塵室2內的支架板26間隙滑動配合,支架板26固定安裝在除塵室2內,驅動軸10上安裝有驅動齒輪11,該主動齒輪11的一側設置有與其嚙合配合的從動齒輪12,軸管3 的端部通過鍵槽配合的方式依次穿過與其軸向間隙滑動配合的從動齒輪12和定位套13并延伸出除塵室2,定位套13與除塵室2轉動連接配合,所述凈化箱1內設置有出氣管14,該出氣管14的一端可以貼合軸管3的內壁間隙滑動配合,該出氣管14的一端延伸出凈化箱1。

2.2 工作區(qū)間結構及作用

圖3 工作區(qū)間結構、總體結構示意圖

圖3是工作區(qū)間結構示意圖。各個部分作用:

轉軸4、第一籠板6、第二籠板7、籠筋8、支架板26起到支撐固定作用;弧形穹頂20,噴霧管5能提高水資源的利用率;進氣管22起到運輸氣體的作用;排污管23起到排污作用;第一套管24、第二套管25起到固定和支撐作用。

結構功能說明:

除塵室2內的頂部設置有一個與布袋籠同心的弧形穹頂20,該弧形穹頂20的內圓面處安裝有數(shù)排沿其長度方向布置的毛刷21,該毛刷21的刷毛端直接抵在濾袋的外圓面上,所述的噴霧管5位于弧形穹頂20內,該噴霧管5沿弧形穹頂20的長度方向布置,噴霧管5上安裝有若干個等距排列的噴霧嘴21。

布袋籠包含相互對稱設置的第一籠板6與第二籠板7,所述第一籠板6與第二籠板7之間通過若干個周向布置的籠筋8連接固定成一個圓柱形結構,所述的布袋籠上設置有有一層包裹在籠筋8上的濾袋,所述第一籠板6上固定安裝有與布袋籠內部相通的軸管3,所述的第二籠板7上固定安裝有轉軸4。

凈化箱1上安裝有進氣管22,該進氣管22的一端穿過凈化箱1延伸至除塵室2內;在凈化箱1上安裝有排污管23,該排污管23的一端穿過凈化箱1延伸至除塵室2內的底部。從動齒輪12兩端的端面處分別通過轉盤軸承與第一套管24和第二套管25對接,所述第一套管24的端部固定安裝在除塵室2的內壁上,所述第二套管25的端部固定安裝在支架板26上。

2.3 調節(jié)區(qū)間結構及作用

圖4為調節(jié)區(qū)間結構示意圖。各個部件作用:

支架17起到支撐作用;弧形板18、波浪紋16起到調節(jié)布籠袋橫向移動。

結構說明:

轉軸4的一端穿過與其轉動連接配合的除塵室2與換位驅動座15固定連接,該換位驅動座15整體為一個圓柱形結構,換位驅動座15的外圓面處銑削出一道首尾貫通的波浪紋16,所述除塵室2的外壁上安裝有一個安裝支架17,該安裝支架17上安裝有一個可以貼合換位驅動座15外圓面處的弧形板18,所述弧形板18的內側面處旋接固定有一個可以與波浪紋16間隙滑動配合的軸頭19。

圖4 調節(jié)區(qū)間結構示意圖

2.4 噴霧管結構改進及功能

圖5是噴霧管特色改進結構示意圖。其中,5是噴霧管,17是支架、18是弧形板、19是軸頭、20是弧形穹頂、21是噴霧嘴。

噴霧管5將水霧化,以提高水滴與布籠袋的接觸面積,從而提高水資源的利用率;弧形穹頂20可以將霧化的水滴集中在一個區(qū)域內,以防造成浪費,從而提高水資源利用率;弧形穹頂20、毛刷21可以最大程度上刷洗布籠袋的污漬。

支架17上安裝有一個可以貼合換位驅動座15外圓面處的弧形板18,所述弧形板18的內側面處旋接固定有一個可以與波浪紋16間隙滑動配合的軸頭19。

3 改進后布袋除塵器的工作原理

對常見布袋除塵器進行結構改進后,其工作原理也發(fā)生改變:首先將進氣管22通過軟管與焚燒爐的排氣口對接,將出氣管14的端部通過軟管與下一級的過濾設備中的抽真空設備對接,將排污管23的端部通過水管與集污池對接,進入到除塵室2的含塵煙氣,由于凈化箱1和除塵室2為全封閉的結構,煙氣只能經(jīng)過布袋籠上濾袋的過濾,并最終經(jīng)過軸管3和出氣管14排出。

啟動電機9帶動驅動軸10和驅動齒輪11轉動,在驅動齒輪11的過程中帶動從動齒輪12轉動,從動齒輪12在轉動的過程中由于從動齒輪12與軸管3之間是通過鍵槽方式配合的,因此可以通過軸管3帶動定位套13和布袋籠以及換位驅動座15轉動,換位驅動座15在轉動的過程中利用軸頭19與波浪紋16間隙滑動配合的方式帶動布袋籠在轉動的過程中來回運動,結合噴霧管5的同時噴霧結合毛刷21,能夠實現(xiàn)對布袋籠上布袋的全方位無死角的清洗,大大的降低了布袋的更換頻率,同時整個布袋都處于最佳的過濾效率。

4 結論

本文改進設計了一種高效環(huán)保焚燒爐尾氣凈化處理裝置,它包含密閉的凈化箱、除塵室、圓柱形布袋籠,利用驅動器在轉動布袋籠的同時軸動,并利用布袋籠的正上方的噴霧管和毛刷對布袋的不間斷的軸向和周向的刷洗,提高了整個布袋的過濾效率,降低了布袋的更換頻次,最關鍵的是能夠有效的杜絕了布袋的燃燒。