脉冲清灰袋收尘器的设计要点方案

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，但收尘器的数量多于40台之上，其中绝大多数是袋式收尘器。当下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。所以当下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且不罕见，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、低压的分界目前且没有统壹明确的规定，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壹定的，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）俩种。 （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，每个喷吹孔对准壹个滤袋口，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，且引入周围的气体，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壹根喷吹管，每根喷吹管负责壹排滤袋的清灰，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，于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 这种型式于滤袋上方不设喷吹管，而是将壹定数量的滤袋组合为壹个箱体，每个箱体上有壹个或俩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且进入滤袋，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，于新型干法水泥生产线的所有扬尘点均能够选用。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之上。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和高压脉冲式基本相同，只是压缩空气的压力比高压式的低，壹般≤0.35MPa；滤袋比高压式的长，壹般长度≥5m。由于低压脉冲式综合了反吹风式和气箱脉冲式的优点，近几年来于水泥行业发展迅速。特别是于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，使滤袋和沉集于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。过滤风速的确定和粉尘性质、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指处理气体量和滤布总面积之比，vj是指处理气体量和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，于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均比其他行业的要大，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 篦式冷却机 水泥磨 带高效选粉机的水泥磨 含尘浓度 (g/m3标) 10～30 80～150 1000 清灰方式 气箱脉冲 气箱脉冲 气箱脉冲 毛过滤凤速(m/min) 富乐推荐 1.7 1.5 1.3 国内常用 1.5 1.3 1.0 原料磨 原料立式磨 煤磨 煤磨立式磨 300～500 500～700 80 700 气箱脉冲 气箱脉冲 气箱脉冲 气箱脉冲 1.3 1.3 1.0 1.0 1.2 1.0 从表1中能够见出，同样的技术产品，国内的过滤凤速均比富乐公司选得小，通过长期的实践证明这种选择是适合我国国情的。过滤凤速和清灰方式有关，脉冲式壹般比反吹式高。过滤凤速和滤料材质也有关，非织造滤料比织造滤料高，覆膜滤料比其它滤料高。过滤风速和粉尘浓度关系更为密切，浓度越大则过滤速度应越低等。有的用户于采购收尘器时，所有扬尘点均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。所以于选用过滤凤速时，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，m2 Q—处理气体量，m3/min Vm—过滤凤速，m/min 壹般来说，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，也能够用毛过滤风速计算。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仍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，壹是要使收尘器内的过滤面积为最大；二是根据滤布的幅宽，当下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。如美国壹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 高压脉冲 中压脉冲 低压脉冲 喷吹压力（MPa） ≤0.65 ≤0.40 ≤0.21 滤袋长度（m） 3.0～4.5 4.5～6.0 6.0～8.0 其次，确定滤袋长度仍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。 当下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，虽然清灰效果且未减弱，因为样本中给出的数据有壹定的富裕量，但也不能任意增多喷吹的滤袋数。 此外，确定滤袋长度仍要考虑袋收尘器安装的地点，如于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。于户外不受空间的限制，能够采用较长的滤袋，可节省占地面积，当下窑尾采用低压长袋袋收尘器有增多的趋势，这也是其中原因之壹。 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） 3/4″ 1″ 1～11/2″ 2″ 2～21/2″ 3″（淹没式） 4.2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。 3～6 喷吹压力（MPa） 6 喷吹过滤面积（㎡） 6～8 10～12 20～22 34～36 40～42 42～45 （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；也可将俩台收尘器且联使用。收尘器的规格壹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；仍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。壹个脉冲阀配壹根喷吹管，壹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，仍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。花板的钢板厚度壹般为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，需要有壹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,壹般取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）,壹般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气箱脉冲喷吹清灰系统设计 （1）电磁脉冲阀 电磁脉冲阀是将脉冲阀和电磁阀组成壹整体，是脉冲清灰系统的主要部件，脉冲阀的性能优劣和使用寿命,是用好脉冲袋收尘器的关键。脉冲阀有直角式（喷吹压力＞0.5MPa，所以也称高压脉冲阀）、淹没式（喷吹压力＜0.35MPa，所以也称低压脉冲阀）和直通式（进出口之间的夹角为180°）三种类型。直角式电磁脉冲阀仍有单膜片和双膜片之分。这些脉冲阀的结构和工作原理，于许多关联书籍文献和专业生产厂家的产品样本上，均有详细的介绍，于此不再赘述。 以往水泥行业采用脉冲袋收尘器失败的事例很多，其原因除过滤风速选取不当和滤袋材质低劣和压缩空气质量不合乎要求外，脉冲阀的性能差、膜片的寿命短是重要原因之壹。目前壹些国产脉冲阀，膜片的使用寿命厂家标明于10～50万次之上，但实际上有的用不到壹个月就报废了。当下国内生产的脉冲阀质量虽有所提高，但和国外产品仍有差距，所以为保证袋收尘器的长期高效运行，当下多数用户仍愿意购买价格较高的国外产品。 （2）高压直角脉冲阀喷吹气量 美国富乐公司气箱脉冲清灰袋收尘器，不同规格双膜片脉冲阀壹次喷吹量见表4。 表4富乐公司脉冲阀的壹次喷吹量 脉冲阀的规格 1～11/2″ 2″ 2～21/2″ 壹次喷吹量（m3/次） （3）压缩空气消耗量Q Q=1.5nq/T（m3/min）（9） 0.24 0.27 0.79 注：于脉冲宽度150ms和压力为0.5MPa的条件下。 式中：n—每分钟脉冲阀喷吹的数量（个）； q—每个脉冲阀的壹次喷吹量（m3/次），见表4； T—清灰周期（min）。 清灰周期和许多因素有关，特别是收尘器进口含尘浓度的影响最大，水泥厂不同尘源点建议的清灰周期见表5。 表5水泥厂不同尘源点袋收尘器的清灰周期 清灰周期（min） 2～4 不同尘源点 1.雷蒙（Raymond）磨、其他辊式磨、碗式磨，带有或不带旋风收尘器进行预净化，特别是粉磨干物料。 2.任何含尘浓度高、容重小或黏性物料。 3.水泥磨。 4～6 1.水泥原料磨 2.原料喂料和水泥成品选粉机 3.水泥成品螺旋输送泵 4.空气输送斜槽通风 5.回转式干燥机 6.煤磨、 7.振动筛通风 6～8 1.胶带输送机转运点、斗式提升机 2.圆锥破碎机、颚式破碎机、锤式破碎机。 3.煤粉仓、煤粉输送通风。 8～12 24～30 （4）压缩空气干燥 压缩空气中的油和水、分离不净，带有水分的空气喷入滤袋内，无疑会引起滤袋堵塞，致使收尘器的阻力增大，处理风量降低，最终导致收尘器无法运行。此外空气中的水分大，也会加速脉冲阀内的弹簧锈蚀，脉冲阀于短时期内失灵。为了保证压缩空气能满足脉冲阀性能的要求，对于压缩空气干燥器的选择，富乐公司要求：当厂内收尘器处的温度低于10℃时，应采用冷冻剂干燥器。装于户外的收尘器达到冻结温度而没有保温设施时，可采用再生干燥剂的干燥器。于室内正常工作条件下，壹般不需要干燥器。 （5）气箱脉冲喷吹系统的储气罐 储气罐耐压≮0.9MPa，其规格和数量应根据收尘器的不同规格确定，见表6。 表6气箱脉冲喷吹袋收尘器配备的储气罐 袋收尘器系列 每室32个袋 每室64个袋 每室96个袋 储气罐规格（㎜） φ305×915 φ510×1220 φ610×1750 室数（个） 2～5 ≤6 7～12 ≤12 14～30 32～40 每室128个袋 φ610×1750 ≤7 8～18 20～30 5.2管脉冲喷吹清灰系统的设计 高压和低压管脉冲喷吹系统基本相同，只是所采用脉冲阀的型式不同。低压管脉冲喷吹系统的组成，见图6。 喷吹管 气包 脉冲阀 （1）喷吹管 喷吹管直径和脉冲阀出气管的管径相当。喷吹管的长度取决于脉冲阀能喷吹的滤袋数、滤袋的直径和滤袋的中心距。喷吹管的壁厚取决于管的压力、长度和材质，应使管不会因自重而弯曲。3″淹没式脉冲阀喷吹管的壁厚≮4mm。喷吹管上所有喷嘴孔径是不相同的，离储气罐远的喷吹孔径，比离储气罐近的喷吹孔径要小0.5～1.0mm。喷嘴孔径和脉冲阀的对应关系见表7。 表7喷嘴孔径和脉冲阀的对应关系 脉冲阀 阀直径（in） 3/4″ 阀直径（㎜） 22 截面积（㎜2） 380 喷嘴 孔径（㎜） 6 截面积（㎜2） 28.2 储气罐数量（个） 1 1 2 1 2 3 1 2 3 间歇运行时间很长而含尘浓度又低的系统。 熟料冷却机