设备本体缺陷导致袋式除尘器失效因素探析

陈隆枢

（中钢集团天澄环保科技股份有限公司，武汉 430205）

设备本体缺陷导致袋式除尘器失效因素探析

陈隆枢

（中钢集团天澄环保科技股份有限公司，武汉 430205）

叙述并分析了袋式除尘器失效主要是滤袋严重破损和设备阻力过高造成的，设备本体缺陷导致袋式除尘器失效的主要因素有进风方式、气流分布、本体结构、清灰装置、参数确定、制作和安装质量、操作和维护的规范程度等，同时提出了克服袋式除尘器本体缺陷的建议。

袋式除尘器;本体;缺陷;失效

1 影响袋式除尘器失效的主要因素

袋式除尘器失效主要表现在：1）滤袋严重破损，导致排放超标；2）设备阻力过高，导致除尘器不能正常运行，或完全不能运行。例如：常规条件下运行的脉冲喷吹类设备阻力超过2000Pa。

设备本体影响除尘器失效的因素如下：进风方式；气流分布；本体结构；清灰装置；参数确定；制作和安装质量；操作和维护的规范程度等方面存在的缺陷。

2 进风方式的缺陷

2.1 灰斗进风问题

一些袋式除尘器被设计成下进风方式，即从灰斗进风。这种进风方式可节省占地面积和钢耗，但容易引发设备阻力过高、滤袋受含尘气流冲刷等问题。

图1为一台长袋低压脉冲袋式除尘器，设计成多仓室结构，含尘气流从灰斗进入。投入运行之初便发现设备阻力高达1700Pa，并很快升至2000Pa以上。

图1 袋式除尘器灰斗进风

试验证明，当其他条件相同时，上进风和下进风的除尘器阻力相差30%。在下进风情况下，含尘气体从滤袋下方向上流动，而按一定间隔被清离滤袋的粉尘则向下沉降，二者方向相反，致使部分粉尘（特别是颗粒细小的粉尘）未及落入灰斗便返回滤袋，从而削弱了清灰效果，导致设备阻力升高。

该类除尘器出现的另一问题是，运行时间不长（1～2个月，甚至几天至十几天）即出现滤袋破损。破损滤袋多位于远离进风口一侧，或靠近进风口处。滤袋破损部位多在滤袋下部（外滤式滤袋多位于袋底，如图2所示；内滤式滤袋多位于袋口）或者靠近进风口的部位。滤袋破口部位周边的滤料，其迎尘面的纤维多被磨损，露出基布，而背面的纤维则相对完好。这种破袋的原因在于气流分布不当，部分滤袋直接受到含尘气流的冲刷。

该类除尘器的气流分布装置如图3所示，即在灰斗与中箱体交界处设格栅板，并适当增加中箱体的高度，以使滤袋下部与格栅板保持一定距离，希望通过格栅板的作用使含尘气流均布。

图2 含尘气流冲刷破损的滤袋

图3 含尘气流冲刷滤袋

实际上，这种设计并不能达到气流均布的目的。气流不均匀，实质是气流各部位的速度（即动压）不均匀，局部气流速度过高。要达到气流均布的目的，应是消除局部过高的流速，使气流各部位速度趋于均匀。为此，气流分布板应当处于气流的正面，置于气流之中，使过高的动压得以消耗。但图3所示的气流分布板置于含尘气流的侧面，几乎完全不能消耗气流过高的动压，于是，从灰斗进入的含尘气流凭借惯性集中流向灰斗远端的板壁，并顺着壁面向上流动，携带粉尘以较高的速度对该处滤袋形成冲刷，导致靠近远端壁面第一和第二排的滤袋破损。

为避免上述情况，建议在条件许可时，尽量不采用灰斗进风。若不能避免灰斗进风，图4所示的气流分布装置则是一种可供选择的方案，即在灰斗中设垂直的气流分布板，置于含尘气流之中，使之正面迎向含尘气流，以削弱过高的气流动压。同时，垂直的气流分布板长短不一，布置成阶梯状，使含尘气流均匀分散并向上流动。实践证明，这种装置可有效避免含尘气流对滤袋的冲刷。

图4 一种可供选择的气流分布装置

图5（a）所示进风方式，含尘气流从灰斗的一侧垂直向下进入，设计者希望灰斗的容积和断面积可以使含尘气流充分扩散。但气流有保持自己原有速度和方向的特性，进入灰斗后含尘气流沿着灰斗壁面流向底部，并沿着远端的壁面向上流动，其速度没有得到足够的衰减，导致远端第一、二列滤袋底部受冲刷而破损。

为了解决上述问题，设计者在远端第一、二列滤袋下方设斜板，试图削弱气流过高的动压，如图5（b）所示。其结果，远端第一、二列滤袋得以保护，但第三列滤袋出现破损，说明气流均布的目的并未达到。

避免含尘气流冲刷滤袋的方法是，将进风口设于除尘器侧面，但尽量避免灰斗进风，宜使含尘气流从中箱体侧面进入，内部加挡风板形成缓冲区，并使导流板与箱板之间具有足够的宽度，从而使含尘气流向两侧分散，并以较低的速度沿缓冲区流动。

图5 另一种灰斗进风方式

2.2 导流板面积不足

图6所示的情况为除尘器入口设有导流板，但面积不足，含尘气流因方向偏斜而未受到阻挡，气流越过导流板边缘直接冲向滤袋，致使滤袋受冲刷而破损。

为避免这种现象，建议设计的导流板面积要足够大，最好与箱体的宽度大致相当。

图6 导流板面积不足

2.3 内滤式滤袋袋口风速过高

采取内滤方式的袋式除尘器多从灰斗进风，当气流分布效果不好或入口风速过高时，部分滤袋的袋口风速将会过高（例如超过2m/min），致使袋口附近受含尘气流冲刷而磨损（见图7）。

图7 内滤式滤袋袋口受冲刷而破损

2.4 进、排风管路过于复杂

图8所示的进风管路由总管、变径管、支管、阀门、直管、弯管组成。在与灰斗的连接处断面突然扩大。含尘气流从一个构件进入另一构件时，其方向或速度将发生变化，或二者同时变化。而每一次速度和方向的变化，都会消耗气流的能量。复杂的管路意味着气流能量的多次消耗，除尘器阻力也因此而增加。

图8 复杂的进风管路

图8中大部分构件如果说还有一定的作用，但直管的存在则毫无意义，除了白白增加阻力之外，没有任何作用。这可能是设计者照搬了原有的图纸所致。

在这类设计中，排风管路也有大致相同的构成，同样是导致除尘器阻力显著升高的重要因素。

2.5 进、排风管道的气流速度过高

在许多按照总管—支管—阀门—弯管进风的除尘器中，有的将管道内的风速设计为16～18m/s，带来的后果是除尘器的结构阻力过高，有的甚至达到设备阻力的50%以上。

设计者做出这种设计是因为担心较低的风速会使粉尘在进风总管和支管内沉降，实际上这种担心没有必要。除尘器的进风总管下部一般都有斜面，支管通常垂直安装，即使水平安装其长度也很短。而在流动着的含尘气体中，与气体充分混合的粉尘具有类似流体的流动性，只要有少许坡度即可流向低处，不会在管道内沉积。因此，完全可以将总管和支管内的风速适当降低，这对减少结构阻力具有显著的作用。经计算，将风速从18m/s降至14m/s，阻力可降低40%；而将风速从16m/s降至14m/s，阻力可降低24%。

因此建议：除尘器进、出风总管的风速≤14m/s；支管的风速≤10m/s；停风阀的风速≤12m/s。

3 喷吹装置的缺陷

3.1 气包结构不尽合理

一些淹没式脉冲阀的阀座被设计成高低错落形式，部分脉冲阀的膜片远离气包的边缘。喷吹时，气流先经狭窄的环形通道流向膜片，再掉转方向180°从输出口流出（见图9）。在此过程中，不但气流能量损失很大，而且气流释放的过程延长，从而降低了气流对滤袋的冲量，削弱了清灰效果。

图9 不尽合理的脉冲阀结构

为避免喷吹时气流能量的无谓损失，以及由此带来的对清灰效果的影响，脉冲阀膜片宜尽量贴近气包，如图10所示。如果平面尺寸紧张，脉冲阀布置存在困难，可以如图11所示的那样，将脉冲阀在平面上错开布置。

图10 较为合理的脉冲阀结构

图11 脉冲阀错开布置

3.2 脉冲阀出口弯管曲率半径过小

许多脉冲阀出口弯管采用钢制无缝弯头（见图12），虽然省事，但其曲率半径过小，DN80无缝弯头的曲率半径只有120mm。有些除尘器采用此种弯头后，会出现喷吹管背部穿孔的现象（见图13和图14）。

图12 脉冲阀出口弯管曲率半径过小

图13 喷吹管背面出现穿孔（一）

图14 喷吹管背面出现穿孔(二)

对于曲率半径过小的弯管，如果喷吹装置或供气管路内存在杂物，喷吹时气流携带杂物会从弯管内壁反弹，对喷吹管背面构成冲刷（见图15），导致该处出现穿孔。除此之外，曲率半径过小的弯管自身也容易磨损，并对喷吹气流造成较高阻力，影响清灰效果。

图15 杂物从弯管反弹冲刷喷吹管背面

避免上述情况的有效途径是，加大脉冲阀出口弯管曲率半径。对于DN80的脉冲阀，其弯管曲率半径宜取350～400mm。此外，袋式除尘器供气系统安装结束后，在接通喷吹装置之前，应先以压缩气体对供气系统进行吹扫，将其中的杂物清除干净。喷吹装置的气包制作完成后应认真清除内部的杂物，组装完毕出厂前，应将气包所有的孔、口全部堵塞，防止运输过程中进入杂物。

3.3 喷吹管或喷嘴偏斜

喷吹管或喷嘴偏斜是脉冲袋式除尘器常见的问题，其后果是清灰气流不是沿着滤袋中心喷吹，而是吹向滤袋一侧（见图16），滤袋在短时间内（往往数日）便破损（图17）。图18所示为喷嘴偏移预定位置，滤袋严重破损，花板表面已被粉尘污染。图19所示为喷吹管整体偏斜，以致一排滤袋大部分破损。

避免喷嘴或喷吹管偏斜应从提高制造质量和安装质量入手。喷吹管上喷孔（嘴）的成型，喷吹装置与上箱体的安装，一定要借助专用机具、工具和模具，并由有经验的人员操作。在条件许可时，尽量将喷吹装置和上箱体在厂内安装，经检验合格后整体出厂，并在现场整体吊装，避免散件运到现场安装。

图16 喷吹气流偏斜直接吹向滤袋侧面

图17 清灰气流吹破的滤袋

图18 喷嘴严重偏斜且滤袋破损

图19 整根喷吹管偏离使一排滤袋破损

4 喷吹制度的缺陷

一台大型脉冲袋式除尘器，曾将电脉冲宽度定为500ms，认为这样可以产生足够大的喷吹气量，从而获得良好的清灰效果。

该除尘器投运后，发现压缩空气耗量大大超过了设计预期，空气压缩机一用一备完全行不通，虽将备用空气压缩机也投入运行，但供气量仍然不足。随后，将电脉冲宽度缩短为200ms（受控制系统的限制而不能再缩小），两台空气压缩机才能勉强满足喷吹的需要。

图20 脉冲喷吹气流压力波形

图20所示的是脉冲喷吹气流的压力波形。当同时满足以下两个条件时，才能获得良好的清灰效果：压力峰值高；压力上升速度快（即压力从零上升至峰值的时间短）。大量实验和工程实践证明，对脉冲喷吹清灰而言，重要的是压缩气体快速释放，从而对滤袋形成强烈冲击，伴随压力峰值形成的这一冲击实现之后，本次清灰过程即告结束。此后，若脉冲阀继续开启，对于清灰已经没有任何作用。所以，脉冲喷吹最理想的压力波形是一个方波，如图20中abcd所示。而波形中斜线复盖的部分则对清灰不起作用，只是无谓消耗压缩气体。实际工程中不可能获得方波，只能尽量改善脉冲阀的开关性能，以获得短促而强力的气流脉冲。笔者认为，脉冲阀的电信号以不超过100ms为宜。

5 运行管理的缺陷

5.1 漏袋不及时更换

运行管理的缺陷中，影响较大的是对失效（破或漏）的滤袋未能及时发现和更换，使问题发展到较为严重。

（1）更多滤袋受冲刷而破损

对于内滤式滤袋，当一个滤袋出现破损时，含尘气体将以较高的速度从漏洞流出，使相邻滤袋受冲刷而出现破损。若破损滤袋仍不能及时发现和更换，更多的滤袋将被波及。

外滤式滤袋如果出现破损，或者滤袋安装不合格，粉尘将进入原本干净的上箱体，当清灰时，清灰气流将携带粉尘以高速进入滤袋，更多的滤袋因含尘气流的冲刷而破损。同时，粉尘的进入将使滤袋出现“灌肠”。

（2）相关部件受损

脉冲袋式除尘器的滤袋破损后，粉尘进入上箱体和喷吹管。当喷吹时，高速气流携带粉尘对喷吹管内外形成冲刷，导致喷吹管腹部及导管等部位被磨损（见图21、图22）。

图21 喷吹管腹部磨损

图22 喷吹管腹部和导管磨损

5.2 脉冲阀故障不及时排除

（1）导致除尘器阻力上升

当较多脉冲阀出现故障时，数量众多的滤袋得不到清灰，除尘器阻力将因此而上升。另一种情况是，控制系统为保持阻力稳定而自动加大清灰频率，滤袋寿命因清灰频繁而缩短。

（2）滤袋受损

曾有一台用于煤粉磨收尘的袋式除尘器，有50%的脉冲阀由于信号中断而不工作。设备阻力虽增高，整个系统尚能正常运行，操作人员便未及时排除。数月之后，聚集在滤袋表面的煤粉温度升高，半数滤袋被炭化。

6 供气系统障碍

有些脉冲袋式除尘器供气系统管路过小，例如：一台中等规模的除尘器供气主管直径小于 DN50mm，甚至只有DN40mm。清灰时，压缩气体补给不足，除第一个脉冲阀外，后续的脉冲阀喷吹时气包压力都不足，有的在50%额定压力下进行喷吹，以致清灰效果很差，设备阻力居高不下。

大量工程实践证明，供气主管宜选用直径较大的管道，一般不应小于DN65mm。大型袋式除尘设备最好采用DN80mm管道。增大管道直径而增加的造价微不足道，而清灰效果却得到了保障。

Factor Analysis on Invalidation of Bag Precipitator Caused by Reality Limitation of Equipment

CHEN Long-shu
(SINOSTEEL Tiancheng Environmental Protection Science & Technology Co., Ltd, Wuhan 430205, China)

The paper expresses and analyzes that the invalidation of bag precipitator is caused by serious dilapidation of filter bag and high resistance of equipment. The reality limitation of equipment leads to the invalidation of bag precipitator and the main factors of the invalidation of bag precipitator include mode of wind inlet, airflow distribution, reality structure, dust cleaning device, parameter definition, execution and installation quality, criterion of operation and maintenance. The paper brings forward suggestions in overcoming the reality limitation of bag precipitator.

bag precipitator; reality; limitation; invalidation

X701.2

A

1006-5377（2012）03-0034-06