一种应用于袋式除尘器的旋转顶棚结构

王建建

摘 要：通过与传统固定顶棚进行比较，提出一种应用在新型离线回转脉冲清灰袋式除尘器上的旋转顶棚方案。该方案实现了顶棚由刚到柔的转变，既能对净气仓进行封闭，又能简化喷吹机构，具有广阔的应用前景。

关键词：固定顶棚;旋转顶棚;袋式除尘器

中图分类号：X701.2 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）29-0042-04

A Rotary Ceiling Structure Applied in a Bag Dust Collector

WANG Jianjian

（Wuxi Dongfang Environmental Engineering Design&Research Institute Co.， Ltd.， Wuxi Jiangsu 214000）

Abstract： Through comparison with the conventional fixed ceiling， to propose a rotating ceiling applied in the new offline rotary pulse-dust bag dust collector， which realizes the ceiling transformation from rigid to soft， which can not only close the net gas warehouse， and simplify the blowing mechanism， which has a broad application prospect.

Keywords： fixed ceiling;rotary ceiling;bag dust collector

在常规负压除尘系统采用的袋式除尘器中，常规分室脉冲清灰袋式除尘器自20世纪70年代引入国内，从早期的机械振动袋式除尘、反吹风大布袋除尘，到现在主流的脉冲喷吹袋式除尘，占领了近90%的市场[1]。主流的脉冲喷吹袋式除尘，为了解决清灰功能差的问题，冲破了传统反吹清灰的禁锢，创新了脉冲喷吹技术。然而脉冲清灰除尘器问世时，它的脉冲喷吹装置就是静止不动的，形体为长方体卧式。受性能和形体的影响，其顶棚的设计都是固定不动的，有利于在受负压的同时，对除尘器净气仓进的设备进行检修。

随着对袋式除尘器工艺和结构的进一步优化，除尘器在清灰工艺、内部结构及形体上均发生了改变。一种新型离线回转脉冲清灰袋式除尘器问世[2]，其外形酷似袋式除尘器初期使用的回转反吹扁布袋除尘器[3]，为圆柱形。但是原来回转反吹扁布袋除尘器采用反吹风机进行清灰，反吹风机通常放置在顶棚上，其顶棚也是固定不动的，仅仅是将净气仓进行封闭。本文论述的这种新型离线回转脉冲清灰袋式除尘器仅有一个大的净气仓，清灰采用压缩空气或压缩氮气，清灰时需要将每个喷吹管口对应每个花板孔口，且整个净气仓需要保持5～6 kPa的负压，如果仍采用固定顶棚，喷吹管、气流分配器、离线阀等设备就变得很复杂，另外除尘器检修也存在很大的问题。为了解决以上问题，需要对除尘器顶棚进行改造。

针对上述问题，笔者提出一種应用在新型离线回转脉冲清灰袋式除尘器上的旋转顶棚方案，该方案使顶棚实现了由刚到柔的转变，解决了顶棚受力问题的同时，对净气仓进行封闭，简化喷吹机构，具有广阔的应用前景。

1 旋转顶棚结构及工作原理

1.1 旋转顶棚结构

旋转顶棚结构如图1所示。顶棚呈圆形，主要由顶棚大梁、顶部盖板、中心回转机构、中心受力结构件、气流分配器、脉冲阀及喷吹管、传动齿轮、受力滚轮、滚轮走道、密封结构等部件构成。

整个顶棚围绕中心回转机构旋转，中心回转机构内设受力轴承，回转机构下部连接中心受力结构件，外圈设若干个受力滚轮和一圈滚轮走道。顶棚自重及所受的5～6 kPa的负压由中心回转机构的若干个轴承和顶棚大梁外圈的若干个受力滚轮共同承担，可近似将整个顶棚的受力看成均匀受压，则中心回转机构和外圈顶棚梁上的托轮组受力各占一半，轴承和受力滚轮受力，进而通过中心受力杆件和滚轮走道传递至离线回转脉冲袋式除尘器主体结构。

顶棚大梁之间采用螺栓连接。由于顶棚面积很大，顶棚个别部位不可避免地存在负压受力不均的现象，螺栓连接能够很好地解决这个问题，实现了整个顶棚从刚性到柔性的转变。净气仓和大气的密封由顶部盖板及位于特殊位置的密封条完成，驱动装置设置在除尘器顶棚外圈，传动机构采用一台或若干台减速机，通过传动齿轮带动整个顶棚旋转，气流分配器、脉冲阀及喷吹管均固定在顶棚上，喷吹管布置在净气仓内部。顶棚旋转时，气流分配器、脉冲阀及喷吹管跟随顶棚一起旋转。

1.2 旋转顶棚工作原理

在风机负压作用下，含尘烟气进入除尘器的过滤室，细小颗粒粉尘被截留在滤袋外表面，清洁气体则通过花板进入净气室，均匀地向中心聚拢，进入中心出风管后经风机排气筒排入大气。除尘器经过一段时间的运行后，滤袋外表面的积灰增多，除尘器的运行阻力上升。当阻力上升至设定的上限值时，电气程序控制系统自动发出清灰信号，减速机带动传动齿轮开始动作，旋转顶棚带动中心回转机构、气流分配器、脉冲阀及喷吹管旋转，同步运行的离线装置使该处的滤袋处于不过滤状态，以求达到良好的清灰效果。在喷吹口对准花板滤袋的中心时，对应的脉冲阀开启，喷吹气源（0.20～0.30 MPa压缩空气或氮气）进入脉冲气流分配器，经由脉冲阀流经喷吹管、喷口，并诱导一定量的空气后喷入处于离线状态的滤袋内，滤袋急速膨胀，由自然的缩瘪状态突变为鼓胀状态[4]，滤袋表面的粉尘被抖落下来，落入下部的灰斗，从而实现整个喷吹清灰过程。

旋转顶棚旋转时，顶棚外圈受力滚轮同样跟着旋转，滚轮可以自转，由于柔性顶棚结构，即使受力滚轮没有全部均匀受力，也能满足受力要求。

2 大型工程应用及验证

旋转顶棚是离线回转脉冲清灰袋式除尘器特定的顶棚，结构稳固和性能是第一位[5]。由于无经验可循，研发团队经过理论计算，在工厂进行小试和中试后，在大型工程上进行应用和分析验证，如图2所示。

2.1 刚性、柔性顶棚受力试验

针对顶棚结构设计有2种顶棚设计方案：一种是传动固定式顶棚——刚性连接;另一种则是螺栓连接——柔性连接。刚性连接即传统固定式顶棚，是指顶棚大梁焊接成一个固定框架，顶部盖板设置为活动盖板。正常运行时，顶部盖板封住顶棚大梁，隔绝净气仓与大气，防止除尘器漏风;更换布袋时，直接将对应的活动盖板打开，就可以检修布袋。柔性连接是要求整个顶棚为可活动连接（螺栓连接），可自由调节受力。考虑到顶棚受力形式，由于顶棚面积较大，实际上各位置所受负压不尽相同，最终采用了柔性连接方案，并对柔性顶棚做了如下性能分析。

顶棚大梁均为活动连接，大梁与大梁之间则由顶部盖板及固定板焊接密封，这种方式为半柔半刚，运用在江苏某不锈钢有限公司电炉除尘项目（除尘器外圈直径为15.2 m）中。试验结果如表1所示。

负压为-5 kPa时，顶棚受力情况为顶棚自重20 t、负压91 t，共计111 t;单个滚轮理论受力16 t。有负压状态时，受力滚轮34×16=544 t，单滚轮受力远大于理论计算的顶棚受力111 t，因此顶棚结构受力完全符合要求。

顶棚大梁均为活动连接，大梁与大梁之间的密封由顶部盖板及位于特殊位置的密封条完成。这种方式为全柔性设计，运用在山东某高炉出铁场除尘项目（除尘器外圈直径为17.2 m）中。试验结果如表2所示。

负压为-5 kPa时，顶棚受力情况为顶棚自重30 t、负压116 t，共计146 t;单个滚轮理论受力为16 t。有负压状态时，受力滚轮46×16=736 t，单滚轮受力远大于理论计算的顶棚受力146 t，顶棚结构受力同样完全符合要求。

但是通过两个项目的数据可以看出，柔性连接的滚轮受力情况明显要优于刚性连接的顶棚。因此，旋转顶棚采用全柔性顶棚方案。

2.2 旋转部分和固定部分的连接漏风试验

旋转部分和固定部分连接处采用柔性耐磨密封条密封，作用是隔绝净气仓和大气，防止除尘器漏风。密封面为顶棚梁下部外侧，如图3所示。此种结构应用于江苏某不锈钢有限公司电炉除尘。

研发团队对漏风率进行了测试，测试具体内容如下。测试工具：皮托管、U型压力计。测试前提：①阀门全开，满速运行，回转机构开启;②观察炉前效果。测试位置：除尘器进风口、除尘器出风口。测试内容：运行风量、除尘器前后静压、烟气温度。设计参数如表3所示。测试数据如表4所示。

测试结论如下：①风量远超设计风量，炉前效果良好;②除尘器清灰正常，除尘器阻力较低;③漏风率稍微偏高，但不影响炉前效果，在可接受范围内。

3 旋转顶棚工程应用的优势

3.1 设备大大简化、后期维护量大大降低

脉冲喷吹机构包括脉冲阀、气流分配器、喷吹管、离线阀等。常规一台分室离线脉冲清灰除尘器有数十套乃至数百套脉冲喷吹机构，设备星罗棋布、管线交错，最终必然造成故障率高、维护工作量大。离线回转脉冲清灰袋式除尘器采用旋转顶棚方案，将气流分配器放置在顶棚上，压缩空气或氮气通过中心回转机构接入气流分配器。气流分配器下部连接喷吹管，喷吹管和离线罩放置在净气仓内部，三者并一起放在顶棚大梁上，跟随顶棚大梁一起旋转。

当除尘器运行时，旋转顶棚带动喷吹机构运动至待喷吹位置，喷吹机构动作，对滤袋进行喷吹清灰。完成该部分滤袋的清灰后，旋转顶棚带动喷吹机构移动至下一待清灰点，继续上述喷吹步骤，直至整个除尘过程结束。

这样以一套动态的回转喷吹机构取代了常规分室脉冲清灰袋式除尘器数十套甚至数百套固定的喷吹机构，大大简化了除尘器的喷吹设备。同时，由于脉冲阀、气流分配器等数量的减少，研发团队多采用进口设备。这样一来，设备数量减少，故障率小，后期运行维护量大大降低。

以同为10 000 m过滤面积的离线回转脉冲除尘器（以下简称“回转除尘器”）与常规分室离线脉冲清灰除尘器（以下简称“常规除尘器”）为例，可以得到数据如表5所示。

本除尘器已应用在江苏某不锈钢有限公司电炉除尘项目中。经测试，除尘器阻力为489 Pa，说明喷吹效果很好，完全能满足生产需要。通过表5可知，由于采用了旋转顶棚，回转除尘器较常规除尘器维护点减少了95%，项目至今已运行了8年，得到用户的一致认可。

3.2 更换布袋更方便、快捷

对除尘器来说，布袋的更换是后期运行维护中最频繁的项目。常规除尘器更换布袋时，步骤为：①打开第一个顶部盖板;②拆喷吹管;③拆布袋;④更换新布袋;⑤重新定位并安装喷吹管;⑥关闭第一个顶部盖板;⑦打开第二个仓盖，重复①-⑥操作。换袋的过程中，需要拆装喷吹管，重新安装时定位喷吹管要求高。

考虑到离线回转除尘器需要更换布袋，研发团队经过理论计算及实践，在顶棚上增加换袋机构。换袋机构固定在顶棚上，分为上固定仓和下活动仓，除尘器运行时，整个换袋仓跟随顶棚一起旋转。换袋机构下活动仓通过简易的减速机控制上下行程。当布袋需要更换时，顶棚停止旋转，下活动仓可下降直至贴合花板上表面，对换袋区域的布袋实施密封隔离，打开仓盖，对此区域的滤袋框架进行更换。待此区域的滤袋框架更换完毕后，稍微提起下活动仓，手动操作顶棚再次旋转，依次按照上述流程对花板固定区域进行密封，从而逐一实现换袋。由于顶棚是旋转的，更换布袋仅需要手动操作旋转顶棚即可，不需要重新定位喷吹管，大大减少了更换布袋的时间和人力。经过实践对比，更换100条布袋，回转除尘器较常规除尘器节省了50%的时间和人工。

4 结语

旋转顶棚实现了顶棚由刚性到柔性的转变，在保证结构安全的前提下，既能对净气仓进行封闭，又简化了喷吹机构等相关设备。喷吹机构跟随旋转顶棚一起旋转，实现由一套或若干套动态的喷吹机构完成对所有布袋的清灰工作。大量实际工程应用表明，旋转喷吹定位准确，喷吹效果较好，除尘器阻力低，除尘系统能耗降低;同时，由于设备得到简化，大大减少了除尘器的后续运营管理成本，具有广阔的应用前景。

参考文献：

[1]梅瑛，李瑞琴.大型分室清灰脉冲袋式除尘器的设计与应用[J].機械管理开发，2005（6）：52-55.

[2]谈庆，胡嘉宝.离线回转脉冲清灰袋式除尘器的创新点[J].中国钢铁业，2011（9）：27-28.

[3]高肖智，徐兴建.袋式除尘器在电炉除尘中的应用[J].钢铁，1997（7）：69-71.

[4]张一帜，陈海焱，郑娟，等.滤袋的脉冲喷吹清灰试验研究[J].安全与环境学报，2010（3）：30-34.

[5]魏徵.离线回转脉冲袋式除尘器在高炉矿槽除尘系统中的应用[J].中国科技纵横，2015（23）：34.