脉冲清灰袋收尘器的设计要点

脉冲清灰袋收尘器的设计要点作者：靳爽刘后启天津水泥工业设计研究院1前言众所周知，水泥厂的生产规模从日产数百t到日产万t，尽管生产规模差别很大，但生产线上的扬尘点却基本相似，只是处理风量不同，因此收尘器的规格有较大的差异。虽然收尘器的规格大小不同，但收尘器的数量多在40台以上，其中绝大多数是袋式收尘器。现在由于袋收尘技术迅速发展，特别是新型滤料的不断涌现，使得以往窑尾和冷却机收尘习惯多采用电收尘器的也有逐步改用袋收尘器的趋势。所以现在新建的大型干法水泥厂，生产线上的扬尘点全部采用袋收尘器的并不罕见，而且所采用袋收尘器的类型几乎全是脉冲清灰式。所谓脉冲清灰袋收尘器是以压缩空气作为清灰能源，气源压力根据不同的需要，分高压、中压、低压和超低压四种，对高、中、低压的分界目前并没有统一明确的规定，通常将压力≥0.5MPa称为高压，0.3～0.5MPa之间称为中压，0.1～0.3MPa之间称为低压，≤0.1MPa称为超低压。不论采用多大压力，其清灰所需的能量是一定的，所谓高压低流量和低压高流量就是这个道理。本文将脉冲清灰袋收尘器的类型、选型、总体设计和脉冲喷吹系统设计等分述如下。2脉冲清灰袋收尘器的类型2.1高压脉冲清灰袋收尘器高压脉冲清灰袋收尘器，常用的有管喷吹脉冲式（也称行喷吹式）和气箱脉冲喷吹式（plenumpulse）两种。（1）管喷吹脉冲式（jetpulse）管喷吹脉冲式的滤袋上方设有喷吹管，每个喷吹管上有若干个喷吹孔，每个喷吹孔对准一个滤袋口，见图1。清灰时从脉冲阀出来的脉冲气体通过喷吹孔的喷射作用射入滤袋，并引入周围的气体，使滤袋产生振动，加上逆气流的作用使滤袋上的粉尘脱落下来，从而完成清灰过程。管喷吹脉冲式的每个脉冲阀带一根喷吹管，每根喷吹管负责一排滤袋的清灰，所以国内也称为行脉冲。也有喷吹管是旋转的，滤袋全部呈同心圆布置，在喷吹管的旋转过程中分别对径方布置的滤袋进行喷吹清灰，这种清灰方式国内称为回转脉冲喷吹。1—控制器2—电磁阀3—脉冲阀4—喷吹管5—文氏管6—贮气罐7—滤袋（2）气箱脉冲式这种型式在滤袋上方不设喷吹管，而是将一定数量的滤袋组合为一个箱体，每个箱体上有一个或两个较大口径的脉冲阀，见图2。清灰时从脉冲阀喷出来的气体直接冲入箱体并进入滤袋，使滤袋产生振动，加上逆气流的作用使滤袋上的粉尘脱落下来，从而完成清灰过程。气箱脉冲式袋收尘器技术先进，使用的脉冲阀数量少，袋口上方没有喷吹管，所以结构简单，维护方便，且价格便宜。同时，气箱脉冲式的适应性很强，在新型干法水泥生产线的所有扬尘点都可以选用。如用于捕集高浓度的含尘气体，更能发挥其优越性。以带有O-Sepa选粉机的水泥粉磨系统为例，O-Sepa选粉机分离出的产品全部由这种袋收尘器收集，其进口气体的含尘浓度高达1000g/m3以上。如采用普通的袋收尘器，就会出现滤袋阻力增大，选粉机的处理风量下降，其结果是产量降低、单位能耗增高。2.2低压脉冲清灰袋收尘器低压脉冲清灰袋收尘器的工作原理与高压脉冲式基本相同，只是压缩空气的压力比高压式的低，一般≤0.35MPa；滤袋比高压式的长，一般长度≥5m。由于低压脉冲式综合了反吹风式和气箱脉冲式的优点，近几年来在水泥行业发展迅速。特别是在空压机站的气压不能保证≥0.5MPa，和处理风量大而场地又狭窄的场合，更显示其优越性。低压脉冲式袋收尘器由箱体、灰斗、卸灰阀、滤袋、喷吹管低压脉冲和切换阀等组成，见图3。低压脉冲式的喷吹压力虽然≤0.35MPa，但比反吹式的压力大得多，所以仍属于强力清灰范畴。当脉冲喷吹时，和高压脉冲喷吹有异曲同工之处，即瞬间高压气流由于文氏管的诱导作用，吸引周围的空气量，比脉冲阀喷吹的气体量大若干倍而冲入滤袋。所产生的压力，从袋口迅速向袋底部传递，使滤袋和沉集在滤袋上的粉尘层受到拉伸、压缩和剪切的联合作用，迅速破裂松散而落入灰斗。3脉冲清灰袋收尘器的选型（1）过滤风速v的确定过滤风速是袋收尘器设计和选型最主要的技术参数。过滤风速的确定与粉尘性质、滤料种类、清灰方式和收尘效率等因素有关，无定型的计算公式，主要是根据经验。过滤风速有毛过滤风速vm和净过滤风速vj之分。vm指处理气体量与滤布总面积之比，vj是指处理气体量与滤布总面积扣除清灰室中滤布面积之比，其单位为m/min（m3/m2·min）。脉冲清灰属于强力清灰方式，在工况条件相同的情况下，其过滤风速可高于其他清灰方式的袋收尘器。水泥厂多数尘源点的含尘浓度都比其他行业的要大，如果照搬其他行业过滤风速，必然达不到预期的收尘效果。水泥生产线各扬尘点的过滤凤速，可按表1选用。表1袋收尘器各尘源点的过滤凤速尘源点含尘浓度(g/m3标)毛过滤凤速(m/min)清灰方式富乐推荐国内常用篦式冷却机10～30气箱脉冲1.71.5水泥磨80～150气箱脉冲1.51.3带高效选粉机的水泥磨1000气箱脉冲1.31.0原料磨300～500气箱脉冲1.31.0原料立式磨500～700气箱脉冲1.31.0煤磨80气箱脉冲1.2煤磨立式磨700气箱脉冲1.0从表1中可以看出，同样的技术产品，国内的过滤凤速都比富乐公司选得小，通过长期的实践证明这种选择是适合我国国情的。过滤凤速与清灰方式有关，脉冲式一般比反吹式高。过滤凤速与滤料材质也有关，非织造滤料比织造滤料高，覆膜滤料比其它滤料高。过滤风速与粉尘浓度关系更为密切，浓度越大则过滤速度应越低等。有的用户在采购收尘器时，所有扬尘点都要求相同的过滤凤速，这显然是不合理的。因为水泥厂各个扬尘点气体的含尘浓度差别很大，如胶带输送机的转运点、库顶和库下收尘点的含尘浓度比窑尾和水泥磨要小的多，如果选用相同的过滤风速，势必造成选用的收尘器规格偏大，很不经济。所以在选用过滤凤速时，因遵循上述的基本原则。（2）过滤面积的确定过滤速度选择好后，可按下式计算过滤面积：Ad=Q/v，（㎡）(1)式中：Ad—过滤面积，m2Q—处理气体量，m3/minVm—过滤凤速，m/min一般来说，计算过滤面积均采用净过滤速度，由于脉冲式的清灰时间很短，也可以用毛过滤风速计算。当采用净过滤风速时，上式计算的结果是净过滤面积，实际需要的总过滤面积还要加上清灰室的过滤面积。当采用毛过滤风速时，上式的计算结果就是总过滤面积。过滤面积确定后，就可根据现有产品样本进行选型。如无合适的规格可供选用，就需要按下述步骤进行设计。4脉冲喷吹清灰袋收尘器的总体设计4.1滤袋规格的确定袋收尘器的总体设计取决于滤袋的规格的大小，所以首先要确定滤袋的规格，滤袋的规格包括直径和长度，即φ×L（㎜）。（1）滤袋直径Φ确定滤袋直径的原则，一是要使收尘器内的过滤面积为最大；二是根据滤布的幅宽，现在脉冲清灰采用较多的是φ=120～160mm滤袋。如水泥行业的气箱脉冲袋收尘器系列产品，滤袋直径Φ=130mm，低压长袋脉冲袋收尘器多采用Φ=160mm。（2）滤袋长度L确定滤袋长度首先取决于脉冲阀的喷吹压力。如美国一些学者将脉冲袋收尘器按压力大小分为高、中、低三类，其压力范围和滤袋长度的关系见表2。表2喷吹压力和滤袋长度的关系名称喷吹压力（MPa）滤袋长度（m）高压脉冲≤0.653.0～4.5中压脉冲≤0.404.5～6.0低压脉冲≤0.216.0～8.0其次，确定滤袋长度还要考虑脉冲阀能喷吹清灰的过滤面积。如意大利图尔波（TUEBO）公司不同规格脉冲阀能喷吹的过滤面积见表3。如3″淹没式脉冲阀建议喷吹的过滤面积为42～45m2。如采用φ160mm和L＝5m，6m，7m三种长度不同的滤袋，过滤面积分别为2.5m2、3.0m2和3.5m2，则每根喷吹管能喷吹的滤袋数是不同的，分别为17～18条，14～15条和12～13条。现在多数低压长袋脉冲袋收尘器采用的3″淹没式脉冲阀喷吹16条滤袋，虽然清灰效果并未减弱，因为样本中给出的数据有一定的富裕量，但也不能任意增多喷吹的滤袋数。此外，确定滤袋长度还要考虑袋收尘器安装的地点，如在户内向上抽取换袋时，滤袋的长度不宜过长，因为滤袋过长会增加土建投资。在户外不受空间的限制，可以采用较长的滤袋，可节省占地面积，现在窑尾采用低压长袋袋收尘器有增多的趋势，这也是其中原因之一。表3不同规格脉冲阀能喷吹的过滤面积直角脉冲阀规格（in）喷吹压力（MPa）喷吹过滤面积（㎡）3/4″66～81″10～121～11/2″20～222″34～362～21/2″40～423″（淹没式）3～642～454.2收尘器规格的确定滤袋规格选定后，按下列的顺序就可确定收尘器的规格。（1）确定总过滤面积A根据已知的处理风量Q（m3/h），和选定的毛过滤风速vm（m/min），按式(1)计算总过滤面积A(m2)。（2）确定滤袋总数n总过滤面积A确定后，再确定滤袋总数，即式中f—每条滤袋的过滤面积，m2。（3）确定每个室的滤袋数n1式中n2—每室的喷吹管数，根；n3—每根喷吹管喷吹的滤袋数，（条）。（4）确定过滤室数N过滤室数确定後，即可确定袋收尘器的规格。根据过滤室数的多少，收尘器可设计成单列或双列。少于10个室的多设计成单列，多于10个室的多设计成双列。如果过滤室太多，采用双列布置起来也显得过长，此时可增加滤袋的长度，减少收尘器长度方向的尺寸；也可将两台收尘器并联使用。收尘器的规格一般用每个室的滤袋数n1或每个室的过滤面积A1和过滤室数N表示，即n1(A1)/N。4.3花板尺寸的确定花板尺寸大小，是决定脉冲袋收尘器结构尺寸的关键。花板上的圆孔用于固定滤袋，孔的中心距过小，会使收尘器内的截面风速（即常说的罐口风速—-canvelocity）过高，阻力增大，清灰时粉尘沉降困难；还有可能使滤袋之间相互发生摩擦，缩短滤袋的使用寿命。相反中心距过大，会增大收尘器的体积，多费钢材。所以要合理地确定滤袋中心距尺寸。-确定花板尺寸取决于脉冲阀的喷吹能力。一个脉冲阀配一根喷吹管，一根喷吹管能喷吹多少条滤袋n3和滤袋之间的纵向中心距L1，取决于脉冲阀的规格，滤袋横向中心距L2取决于滤袋的规格。以3″淹没式脉冲阀喷吹φ160×6000mm的滤袋为例，n3＝16条,L1＝250mm；L2＝230mm。滤袋之间的净距离取70mm，花板尺寸见图4。图4花板尺寸图花板除承受滤袋和袋笼的重量外，还要承受收尘器内的气体压力，所以要有足够的刚度。如果稍有变型，就可能影响滤袋和花板孔间的密封效果。花板的钢板厚度一般为4～6mm，主要取决于过滤室内悬挂滤袋的数量。为增加花板的刚度，花板上应增设加强筋。花板外观应平整、光洁，不应有翘曲或凹凸不平等缺陷，其平面度偏差不大于花板长度的2/1000。花板孔的加工应采用冲孔或采用等离子切割，不允许采用气割。用弹性胀圈固定滤袋花板孔径d的公差为。4.4提升阀的设计袋收尘器离线清灰和换袋时，需要有一阀门将含尘气体切断，这种阀门的结构型式多种多样，从美国富乐公司引进袋收尘器，几乎全采用提升阀，因为这种阀的结构简单，密封性也较好，其示意图见图5。（1）提升阀直径D的确定Q1=πD2v1/4（m3/h）D=[Q1/(0.785×3600v1)]0.5（m）（5）式中Q1—每个室的处理风量（m3/h）；v1—通过阀门的风速,一般取13～15m/s。（2）气缸行程S的确定阀门直径确定后，设通过圆柱体表面积πDS（图5中的假想线）和通过阀开口截面积的风量应相等（设二者的截面风速相等），即（m3/s）所以，气缸行程S=D/4（m）（6）（d）气缸直径d1的确定气缸的作用力P（N），应克服升降阀阀板的重量W和气体负压p所产生的压力pF（F为升降阀阀板的面积），即P＞W＋pF（N）。气缸的作用力P=π(d21－d22)p1/4（N）则π(d21－d22)p1/4＞W＋pF（7）将d2=d1/2代入式（7），简化后得d1＝1.3[(W＋pF)/p1]0.5（m）（8）..式中d1—气缸直径（m）；d2—活塞杆直径，取d2=d1/2（m）；p—气体负压（Pa）；p1—压缩空气的压力（Pa）,一般p1=(3.0～5.0)×105Pa（N/m2）。根据计算出的d1和S，从气缸产品样本就可选择标准气缸。5脉冲喷吹清灰系统设计5.1气箱脉冲