高效低阻脉冲袋式除尘器在烟尘处理中的应用研究

王 方

（山西省长治市生态环境局潞州分局，山西 长治 046000）

引言

工业烟尘是造成大气污染的主要污染物之一[1]。20 世纪80 年代，随着我国各类大型工业企业的建设，脉冲袋式除尘器被引进和消化，逐步在各行业应用[2-3]。由于缺乏对脉冲袋式除尘器核心技术的研究，致使适用的脉冲袋式除尘器普遍存在清灰不均匀且效率低、内部流场混乱、关键部件性能不过关等难题，造成除尘器运行阻力高、能耗大、滤袋磨损严重，除尘器运行效果差[4]。针对以上情况，本文提出了高效低阻脉冲袋式除尘器的设计研究工作，基于1∶1 的脉冲喷吹试验台、除尘器流场模型和自动化控制与数据采集系统等脉冲袋式除尘器实验研发平台的基础上，开发了节能高效的高效低阻脉冲袋式除尘器。该除尘器可广泛应用于冶金、电力、矿山、机械、化工、建材、制药、食品等众多行业，在环境保护和资源回收中发挥重要作用。

1 高效低阻脉冲袋式除尘器的设计

1.1 总体设计思路

针对国内外大型脉冲袋式除尘器存在的技术缺陷，在全面调研国内外袋式除尘技术现有水平和发展趋势的基础上，通过实验室试验、数值模拟和工程应用，着重研究影响脉冲袋式除尘器除尘效率的两个关键因素，即脉冲喷吹清灰机理及装置和脉冲袋式除尘器内部气流分布规律，解决目前脉冲袋式除尘器普遍存在的清灰能力差、结构阻力高、滤袋寿命短等问题[5]；同时研发适于7 m～9 m 长滤袋的脉冲清灰装置，为高效脉冲袋式除尘器的设计提供技术依据和应用条件。

1.2 结构分析

在反吹风袋式除尘器的基础上，设计了高效低阻脉冲袋式除尘器，该设备的工作原理如图1 所示，主要由滤袋、喷吹系统、箱体、净气室、排灰系统、控制系统等单元组成。

图1 高效低阻脉冲袋式除尘器的工作原理示意图

1）开发了新型脉冲喷吹清灰装置及配套工艺，使单个脉冲阀在保证均匀清灰效果的基础上，清灰过滤面积提高了28.6%，实现了9 m 长滤袋脉冲除尘器。

2）解决了由于除尘器内部气流分布不均匀导致的除尘器结构阻力高、滤袋寿命短的技术难题，在高效脉冲清灰装置的协同作用下，使除尘器运行阻力降至1 100 Pa 以下，实现节能30%，滤袋寿命由2 年延长至7 年。

3）优化了除尘器结构体系，与传统形式相比除尘器结构重量降低了17%。

4）高效低阻脉冲长袋除尘器由反吹风袋式除尘器在线改造成，改造后的除尘器：滤袋长度可达9 m，过滤面积增加30%～100%，设备阻力由2 000 Pa 以上降至1 500 Pa 以下，可节省原风机有效功率30%或增加处理风量30%～100%，一般烟粉尘排放质量浓度小于10 mg/m3。

1.3 关键技术和创新点

1）设计出性能优良的脉冲喷吹清灰装置及其配套工艺，使脉冲喷吹清灰理论及关键技术取得了重大突破。

2）探索了袋式除尘器内部流场各影响因素的数学模型。

3）实现了模型受力和结构实际受力的完全一致，突破了传统的计算假定带来的计算误差和保守性。在设计中利用了壁板的蒙皮效应，使除尘器结构体系得到了优化，除尘器结构重量与传统形式相比降低了17%。

4）建立了多项数学模型，丰富了脉冲除尘技术的理论内涵。

5）将反吹风袋式除尘器在线改造成脉冲袋式除尘器，解决了企业扩容时除尘能力不足、效率低下的难题。

1.4 技术水平特点分析

高效低阻脉冲袋式除尘器技术水平及指标如下：采用自主设计的脉冲喷吹清灰技术后，使得单个脉冲阀的喷吹面积提高28.6%；滤袋长度达到7 m～9 m；大型脉冲袋式除尘器气流均布技术和设计较为先进；设备阻力从1 500 Pa 降至1 100 Pa 以下；烟尘排放质量浓度达到10 mg/m3以下（优于国家《工业炉窑大气污染物排放标准》（GB 9078—1996）中的一级排放标准限值（10 mg/m3）；整机静态漏风率为0.5%～2%，严于国内外先进水平；将反吹风袋式除尘器在线改造成脉冲袋式除尘器，可实现节能30%以上或提高处理烟气量30%～100%，作业率从80%提高到95%以上。

2 工业性试验

山西长治某水泥厂位于潞城区西郊，孰料产能62 万t/a，主要设备为Φ3.96 m×42.67 m 回转窑和Φ4.4 m×9 m 水泥磨。该水泥厂在原材料制备和水泥粉磨过程中常需要排出常温含尘气体，而原料烘干过程排出的气体，窑尾，窑头排出的含尘气体属于高温含尘气体。在水泥产品生产过程将产生大量的烟尘，必须经过处理才能进行排放，烟尘处理工艺流程如图2 所示。

图2 烟尘处理工艺流程示意图

水泥生产中，回转窑中高温生产作业产生的高温烟气首先进入管式空气冷却器，在此处进行降温处理，温度约为225 ℃～235 ℃，降温后的烟气在主风机的作用下进入到高效低阻脉冲袋式除尘器进行除尘作业，该高效低阻脉冲袋式除尘器滤布采用耐高温玻纤材料制成，滤速设定为1 m/s，洁净气体直接排放至空气中，当袋式除尘器阻力达到1 150 Pa 时，微差压控制器启动并开启脉动电磁阀，启动吹风机进行喷吹，阻留在滤袋外侧的尘粒在脉冲气流作用下落入灰仓，最终实现了烟尘分离。

经测试，经高效低阻脉冲袋式除尘器对高温烟尘进行处理后，对比以往应用的普通反吹风袋式除尘器，烟尘排放质量浓度已从65 mg/m3降低至9 mg/m3，除尘应用效果较为理想。

3 结语

针对工业烟尘中应用的传统脉冲袋式除尘器存在的问题，提供了一种高效低阻脉冲袋式除尘器，并在山西长治某水泥厂的烟尘处理中进行了工业性试验，烟尘排放质量浓度降低至9 mg/m3，达到排放标准。当前山西长治某水泥厂已建设多套不同规模的高效低阻脉冲袋式除尘系统，工程自投运以来一直运行稳定，主要技术指标达到国际领先水平。同时，高效低阻脉冲袋式除尘器具有节能、节约用地和费用、节约运行维护费用、减少粉尘排放、回收粉尘潜在价值、减少排污费等优势，可以在各工业烟尘处理中进行广泛应用。