脈沖噴吹型煤磨防爆袋收塵器的研制與應用

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 摘要： 該收塵器在機理和結構上具有防燃防爆功能，采用脈噴式清灰方式，確保了收塵器內每條濾袋清灰徹底，設備阻力低，且在線清灰方式使得系統(tǒng)阻力穩(wěn)定，在一定程度上緩解了煤磨系統(tǒng)高阻力的矛盾，實現(xiàn)了收塵器高效、低阻、安全運行。小于50mg/Nm3的低濃度排放，在相當長的時間內能滿足不斷提高的環(huán)保新標準的要求。

    關鍵詞： 煤磨系統(tǒng) 收塵器 排放 防爆裝置

    一、前言

    現(xiàn)代化的水泥廠煤磨系統(tǒng)一般都采用烘干兼粉磨的工藝流程，煤磨系統(tǒng)廢氣是含煤粉具有燃爆危險的熱廢氣，對它進行凈化處理也比一般廢氣難度更大。該收塵器在機理和結構上具有防燃防爆功能，采用脈噴式清灰方式，確保了收塵器內每條濾袋清灰徹底，設備阻力低，且在線清灰方式使得系統(tǒng)阻力穩(wěn)定，在一定程度上緩解了煤磨系統(tǒng)高阻力的矛盾，實現(xiàn)了收塵器高效、低阻、安全運行。小于50mg/Nm3的低濃度排放，在相當長的時間內能滿足不斷提高的環(huán)保新標準的要求。

    二、煤磨系統(tǒng)粉塵的特點

    水泥廠煤磨系統(tǒng)產(chǎn)生的粉塵主要是煤粉制備過程中，隨烘干熱風等一起排出的含塵氣體。國內水泥廠回轉窯生產(chǎn)線煤粉制備目前一般采用風掃式煤磨，煤磨廢氣中含有的粉塵具有以下特點：

    1. 粒度細，一般<0.1mm（大部分廠煤粉<0.08mm占80%以上）；

    2. 粉塵揮發(fā)份高，一般>20%，屬于燃爆危險品，具有一定的燃爆危險性；

    3. 粉塵的濃度在爆炸極限之內（煤粉爆炸極限35~2500g/m3） ；

    4. 含塵氣體具有一定的溫度，一般為60～110℃；

    5. 含塵氣體具有一定的濕度，濕含量為5～10%，露點一般為40～55℃。

    由此可見：煤磨廢氣具有一定的溫度和濕含量，粉塵顆粒較細，有燃爆危險性。

    含塵氣體燃燒爆炸必須同時具備以下三個條件：（1）濃度處于爆炸極限范圍內（煤粉的爆炸極限根據(jù)煤質不同，一般為35~2500 g/m3），（2）氧含量大于13%，（3）引燃的火種。因此預防燃燒爆炸即是采取積極措施有效抑制上述三個條件的產(chǎn)生，也就是說降低系統(tǒng)對爆炸的敏感性能，縮小爆炸的效應。

    三、脈沖噴吹型煤磨防爆袋收塵器的設計

    1. 收塵器工作原理

    含塵氣體首先進入收塵器的導流室，經(jīng)導流板撞擊后進行預收塵和氣體均布，然后經(jīng)收塵器布袋過濾凈化后由排氣口排出。粉塵阻留于濾袋外表面，在濾袋上積累一定時間后采用脈噴方式清灰，卸灰采用氣動卸灰閥，從而達到卸灰和鎖風的目的。

    2. 防爆裝置的研究

    防爆裝置是煤磨防爆袋收塵器研制的一個重點，對于處理含煤粉氣體布袋除塵要完全杜絕爆炸三個條件的出現(xiàn)是很難做到的，關鍵是要及早預知爆炸，并且采取相應措施，防止爆炸的發(fā)生。爆炸發(fā)生最明顯前兆之一是壓力驟變，為此我們采取自動卸壓式防爆門，把壓力及時釋放出去，從而把爆炸消除在萌芽階段。

    （1）防爆裝置結構型式的確定

    防爆裝置的主要作用是及時迅速釋放壓力，從而達到安全運行的目的。根據(jù)調查和實驗，研制新型重力自復位式防爆裝置作為脈沖噴吹型煤磨防爆袋收塵器防爆裝置。該防爆裝置由配重錘、壓桿、閥門、外罩、閥座等組成，當收塵器內部壓力超過設定壓力時，防爆門自動打開釋放壓力。防爆裝置釋放壓力可根據(jù)實際要求，通過調整配重錘位置進行調整，氣體釋放后，防爆門自動關閉恢復原狀，保持原來的密封效果。

    實際使用證明，新型重力自復位式防爆裝置的密封效果雖然比膜片式稍差，但在設計時采取適當措施進行處理，且收塵器是負壓工作，完全能滿足系統(tǒng)要求。為防止防爆門內側含塵氣體結露，設計時在防爆門內表面敷設保溫層。

    （2）卸壓面積的確定

    防爆裝置的卸壓面積計算，到目前為止，世界上還無理論計算公式，大多根據(jù)試驗或經(jīng)驗總結出來的。目前常用的計算方法有德國工業(yè)指南VDI3673的諾模圖；根據(jù)美國防火協(xié)會卸壓面積計算圖和易燃粉塵的通風比（卸壓面積與設備容積之比），煤粉的通風比一般為1：35（m2/m3）左右。根據(jù)以上經(jīng)驗公式，確定脈沖噴吹型煤磨防爆袋收塵器的卸壓面積。

    3. 收塵器清灰方式的研究

    煤粉在收塵程中由于積塵速度快很容易造成堆積，從而形成事故隱患，大量煤塵積附在濾袋的表面，為了使位于收塵器不同位置的濾袋都能及時清理干凈，不但要適當加大清灰動能，而且要使清灰動能均勻施加于每一條濾袋的不同部位上，以滿足工況的需要。

    （1）清灰方式的選擇

    袋式收塵器常用的清灰方式有：機械振打式清灰，反吹風式清灰，氣箱脈沖式清灰，脈沖噴吹型清灰。

    機械振打式清灰方式雖然濾袋運動幅度較大，但由于清灰動能較低，容易導致清灰不徹底，且濾袋損傷大，壽命短，目前已較少采用。反吹風式清灰和氣箱脈沖式清灰方式，雖然各有特點，但由于都是整個袋室同時清灰，難免造成局部的濾袋或濾袋的局部的粉塵不能及時清除干凈，對處理一般粉塵來說，影響的只是使收塵器的阻力升高，而對于處理含煤粉的廢氣，就留下了煤粉因長期在濾袋上滯留而自燃的隱患。

    脈沖噴吹型煤磨防爆袋收塵器采用脈沖噴吹型清灰方式，利用壓縮空氣對每條濾袋分別清灰，清灰動能高，清灰更徹底。

    （2）過濾風速的確定

    過濾風速是指單位時間內單位面積濾布上通過的氣體量。過濾風速是袋收塵器的一個重要技術參數(shù)，過濾風速的大小直接影響袋收塵器的設備投資，運行費用，使用效果等。

    袋收塵器過濾風速取決于濾袋材質、處理含塵氣體性質（粉塵顆粒大小、溫度、濕度、易燃易爆性、粉塵粘結特性等）和排放要求等。過濾風速過大，阻力高，排放濃度高，濾袋壽命段。過濾風速過小，除塵器體積大，設備投資高。

    袋收塵器過濾風速計算公式

    V=k×Q/60F

    式中 V——風速 m/min

    k——風量波動系數(shù)

    F——面積 m2

    Q——風量 m3/h

    脈沖噴吹型煤磨防爆袋收塵器選用抗靜電滌綸陣刺氈濾料，根據(jù)濾料行業(yè)推薦風速為0.8~1.0 m/min.

    （3）噴吹壓力的確定和噴吹管的研究

    為使高壓空氣能有控制地進入每條濾袋清灰，我們采取以高壓空氣包為主干，通過若干個支氣管到各排濾袋的布置方式。每個噴吹管上安裝一只脈沖閥控制進入噴吹管的高壓空氣，每只脈沖閥控制一排濾袋的清灰。

    當濾袋的長度及每排濾袋的數(shù)量確定后，噴嘴的孔徑是一個非常重要的參數(shù)。通過試驗，也證實噴吹孔直徑的大小是影響噴吹力大小的關鍵，以6～8mm左右為宜，園型孔優(yōu)于其它形狀的孔，且隨著噴吹孔距脈沖閥的遠近大小不等。脈沖閥的大小決定著每根噴吹管開孔的個數(shù)，要使一根噴吹管較多的濾袋，必須采用較大的脈沖閥。根據(jù)確定的收塵器處理風量，通過技術經(jīng)濟比較后，我們采用G11/2"脈沖閥，每閥噴吹12條濾袋。對于處理風量小于40000m3/h的收塵器，在保證清灰效果的前提下，將清灰壓力選定為0.3~0.5MPa.

    （4）采用文丘里管技術產(chǎn)生二次誘導風，提高清灰動能。

    實驗證明，采用與不采用文丘里管誘導技術，清灰效果差別很大。采用文丘里管清灰更徹底、濾袋更干凈；不采用文丘里管濾袋上尚有殘灰吸附在上面，尤其是濾袋的下部。

    脈沖閥動作時產(chǎn)生的聲波還可以使濾袋產(chǎn)生微振動，起到輔助清灰作用。

    脈沖清灰使用微機自動裝置控制，根據(jù)粉塵濃度隨意調整清灰周期和脈噴時間，使收塵器保持在一定的阻力范圍內運行，又盡可能地降低壓縮空氣消耗量，并且減少收塵器內部外界新鮮空氣的帶入量，降低了收塵器的燃爆危險性。

    4. 收塵器箱體結構的研究

    脈噴式防爆袋收塵器的機械結構是否合理，不僅直接影響收塵效果，而且還影響設備的維護、安裝以及制造工藝。

    （1） 箱體結構設計

    脈沖噴吹型煤磨防爆袋收塵器的箱體一般為矩形結構，它與一般袋式收塵器的不同之處，主要是固定濾袋的多孔板在箱體的上半部，且收塵處于負壓運行狀態(tài)，在濾袋內裝設防止濾袋被負壓吸癟袋籠。

    收塵器箱體承受壓力 F = S×P

    式中 F—壓力KN

    S—面積ｍ2

    P—單位面積承受壓力Pa

    根據(jù)設備承受壓力大小，確定箱體鋼板厚度及加強筋的布置形式和密度。設備承受壓力分為負壓和防爆變形壓力，負壓根據(jù)使用工藝確定，一般小于7500Pa，防爆變形壓力取極限爆炸壓力12000Pa.

    為了安裝及更換濾袋方便，濾袋的形狀設計成單筒圓形。要把濾袋安裝在箱體內，首先要在箱體內設置一塊多孔花板，即根據(jù)濾袋直徑的大小在一塊鋼板上開數(shù)個大小相同的孔?？字行木嘁埠苤v究，過小，造成收塵器內部氣體嵌速度過高，易造成設備阻力大，不可避免濾袋之間的相互摩擦；過大，使設備體積增大，造成浪費。多孔花板的結構是確定收塵設備尺寸的關鍵。

    另外，多孔花板既要承受系統(tǒng)負壓，又要承受濾袋及袋籠的重量，稍有變形可能影響袋口處的密封效果，設計時對多孔花板已做了加強處理。

    （2） 灰斗的設計

    為了防止煤粉內部構件上積灰，所有梁、分離板等均設置防塵板，而防塵板的角度均為70度以上，灰斗的溜角大于70度，同時為防止兩斗壁間夾角（谷角）太小而積灰，兩相鄰側板焊上溜料板，加大谷角，消除煤粉的沉積。在所有平臺、死角處加焊坡板，如下圖所示。

    另外考慮到由于操作不正常和含塵氣體濕度大時出現(xiàn)灰斗結露堵塞，在對收塵器殼體保溫的同時也要對收塵器灰斗進行保溫。對高寒地區(qū)收塵器灰斗下部設計成雙層，并可在兩層之間加設電加熱裝置。

    5. 控制系統(tǒng)的研制

    脈沖噴吹型煤磨防爆袋收塵器控制系統(tǒng)是用于收塵器的噴吹清灰系統(tǒng)的自動控制以及系統(tǒng)參數(shù)檢測報警。收塵器濾袋的定時噴吹清灰是由定時控制器對電磁脈沖閥定時順序控制來實現(xiàn)的，定時清灰可確保收塵器的阻力在較低的范圍內。為了防止收塵器的內部產(chǎn)生煤粉的自燃和爆炸，通過智能數(shù)控儀測量出收塵器入口、出口、灰斗的溫度，超溫時即可產(chǎn)生報警信號，又可輸出控制信號給相應的執(zhí)行機構，從而保證了收塵器的安全運行。

    6. 濾袋設計

    根據(jù)確定的清灰方式和箱體結構，采用外濾式圓形濾袋。濾袋的長度決定收塵器箱體的高度，考慮到運輸因素，將濾袋長度確定為2750mm，實驗證明濾袋的長徑比20時比較經(jīng)濟，因此我們將濾袋的規(guī)格確定為Ф130x2750mm，在袋收塵器內部，由于煤粉隨空氣流動，粉塵與濾布的沖擊摩擦等都能產(chǎn)生靜電。靜電的積累會產(chǎn)生火花從而引起燃燒和爆炸，我們采用BWF抗靜電濾料，同時對收塵器殼體進行接地，確保接地電阻小于4Ω，消除靜電效應。

    四、實際應用

    重慶南桐礦務局特種水泥廠1999年8月26日投運一臺MMC70-5脈沖噴吹型煤磨防爆袋收塵器，處量風量為18000~22000 m3/h，入口濃度為55.40g/m3，收塵效率為99.99%，粉塵排放濃度為26.40 mg/Nm3，優(yōu)于國家排放標準，投運后半年多即收回了投資，其經(jīng)濟效益十分顯著。