窑头袋收尘器的设计与应用

　　我国水泥工业通过“十五”、“十一五”期间的飞速发展，结构调整成效显著，新型干法水泥取得了突飞猛进的发展。新型干法工艺已经成为我国水泥工业的主体，落后生产工艺和设备逐步被淘汰，水泥生产中粉尘和废气污染明显降低。随着产业政策的调整，水泥生产日趋大型化，袋收尘器的使用越来越多，这也为水泥工业实现趋零排放提供了良好的条件。

　　工艺设计
　　袋收尘器的设计分为内滤式和外滤式两种。采用内滤式袋收尘器进行过滤时，含尘气体经收尘器下花板进入滤袋内侧，滤袋鼓胀，清灰方式采用分室离线反吹风缩袋清灰，原理较复杂，受烧成工艺操作的影响大。采用外滤式袋收尘器进行过滤时，含尘气体经收尘器进风口进入过滤室的滤袋外侧进行过滤，滤袋外侧受此气流影响产生吸缩，因此必须要用骨架袋笼支撑。清灰方式采用脉冲清灰。

　　中国建材集团合肥水泥研究设计院设计的大型袋收尘器综合了分室反吹和脉冲清灰两类除尘器的优点，采用离线分室脉冲清灰，防止了粉尘的二次吸附；采用低压大口径淹没式脉冲阀，降低了喷吹气源压力和设备运行能耗，延长了滤袋、脉冲阀的使用寿命，综合技术性能大大提高。

　　在设计和制造袋收尘器时，对导流管的设计及制造提出了严格的技术要求，确定喷嘴口至滤袋口的理想距离，是保证清灰效果的重要措施。不同直径的导流管，其喷吹口与滤袋口的距离也不相同。导流管的直径对清灰效果有一定影响，如直径太小，压缩空气无法顺利地从导流管喷出，产生“憋气”，引起喷吹管的激烈震动，久而久之，使连接管产生松动，导致导流管倾斜。喷射角的大小也很重要，当喷射角在2°~14°之间时，滤袋口受集中震动载荷大，滤袋损失严重；当喷射角大于15°时，整个滤袋很少或者没有脉冲清灰气源，清灰效果大大低于正常工况，使收尘器阻力居高不下。

　　因此，理论和实践都证明导流管与主管必须垂直布置，且导流管喷吹口与滤袋口的距离应为185mm为宜。

　　工作原理
　　CDMC型长袋脉冲袋式除尘器的净化方式为外滤式下进气结构，正常工作时,含尘气体由进风总管经进风支管、进风阀进入各灰斗，随着面积增大，粉尘突然失去动能，部分大尘粒落入灰斗，其余大部分细小尘粒随气流上升进入各袋室，经滤袋过滤后,尘粒被滞留在滤袋的外侧，净化后的气体穿过滤袋由滤袋内部经花板孔进入上箱体、净气箱，再经排风阀板孔进入排风管排入大气，从而达到收尘的目的。

　　由于过滤的不断进行，收尘器阻力也随之上升，需要对其进行清灰，清灰靠脉冲压缩空气来完成，清除下来的粉尘落入灰斗经卸灰阀、拉链机带往指定位置。清灰时，控制器发出清灰命令，首先，将指定室提升阀板关闭，切断过滤气流；然后，清灰控制器向脉冲电磁阀发出信号，随着脉冲阀把用作清灰的压缩气流逐排送入袋内，滤袋迅速鼓胀，并产生强烈抖动，导致滤袋外侧的粉尘抖落，实现清灰。清灰完毕后，提升阀打开，恢复过滤状态。由于设备分为若干个箱体，上述过程逐箱进行，一个箱体在清灰时，其余箱体仍在正常工作，保证了设备的连续正常运转，即离线清灰方式运行。

　　合肥水泥院设计的收尘器采用定时清灰控制，也可采用定阻清灰模式，离线清灰与在线清灰可互相切换，控制参数连续可调。

　　结构设计
　　考虑到设备处理风量大，设备制作安装、运输及刚性变形等原因，将收尘器箱体设计成上、中、下3个部分。上箱体由洁净室、花板、U型喷管、气包等组成，便于现场整体安装；中箱体和下箱体则设计成板式结构，有利于节省运输空间,降低成本。箱体整体不易变形，箱体现场组装制成密闭形式。为了防止热胀冷缩而产生的焊缝撕裂和整体变形等现象，在箱体连接处采用V型补板。

　　灰斗整体设计成船型，既有利于各箱室风量分布均匀，又能有效降低灰斗高度。箱体和灰斗之间密闭连接，进风管和灰斗连接。

　　气流分布
　　随着袋收尘器结构的大型化，袋收尘器气流分布的合理性应该放在设计的重要位置来考虑。除尘器运行阻力是工况中多种情况造成的，如粉尘特性、粉尘浓度、气布比（过滤风速）、烟气温度、湿度、酸碱性、滤料特性、清灰压力、清灰周期等。

　　要做到各个室风量分配均匀，应从总进风和各支路进风，气流流动顺畅、平缓。进风风道沿长度方向的截面积是变化的，各支管出口面积不变，使其出风口的速度相同，保持风道全长静压不变。最大限度减少流动阻力；尽量使各个箱室的烟气过滤负荷均匀，使清灰灰斗的灰量趋于平衡；控制上升烟气的平均速度小于1m/s，使粉尘的沉降速度大于此速度，有利于粉尘沉降；花板及箱体的设计制作均应充分考虑气流分布的不均匀性导致的滤袋摆动和碰撞，保证滤袋的使用寿命。

　　3种进气方式中，直通式进气方式,通常在电除尘器改为袋除尘器中使用；侧进风方式，袋束迎风面有受到烟气冲刷而导致滤袋破损的可能，一般加一疏流格栅板，但这样会增加袋收尘器的设备阻力；侧下进风方式，且在进风口处设置调节进风阀门，根据风量及进风风速的计算设计选用。进风阀门设计有2种形式，第一种是手动蝶阀式；第二种是百叶窗式手动阀门（适用于超大风量）。

　　在气流分布的调节方式上，必须使各侧下出口均匀地布置在风道的长度方向上，使其静压相等；沿风道全长采用变截面方式，即风道的截面应向着气流末端的方向逐渐缩小，在设备设计时采用变截面等宽度斜隔板进风方式；各出口的流量系数μ相等。这个流量系数μ与孔口形态、气流出流角度α（可调）有关。

　　出口处气体流出的角度与管道内部气流的静压与动压的比值有关。显然，静压越大，动压越小，风管内气流速度越小)，则气流的气流出流角α越大，气流的方向越接近与风道的横截面垂直。在设计均匀送风风道时，要求α角尽量大些，使风道内静压大，动压小。因此，风口处加设调节阀，阀板角度可任意调整，全开为90°，是最大值；同时，可根据设置在收尘器上的压差显示装置、准确掌握各分室的运行阻力，了解各分室的风量是否平衡，以此来调节各分室的进风阀开度，从而使设备系统运行平稳。

　　袋收尘器的工作阻力与设备结构设计，如气体入口、斜隔板烟道、出口、阀门，以及滤布种类、粉尘性质和粉尘层特征、清灰方式、过滤风速、气体温度、湿度等许多因素有关；出风口调节采用汽缸提升阀控制开启、闭合。开度大小可手动调节出风口截面尺寸，控制风速使气流分配均衡。

　　滤料选择
　　选择滤料通常考虑3个方面。一是过滤效率高及使用寿命长。想要达到这一点，滤料需要在使用工况条件下有好的热稳定性、形体和化学稳定性及很好的防腐性能；二是这种滤料应具有多年的使用案例及低廉的价格；三是这种滤料具有广阔的市场份额，比较容易购买。

　　除此之外，选用的滤料不应超过滤料允许的使用温度；烟气温度不能低于露点，否则烟气中的水蒸气会液化成水滴，增加粉尘的湿度，粘贴于滤袋表面，难以从滤袋上剥离，使袋收尘器阻力迅速增高，甚至无法运行；酸、碱、氧化剂、有机溶剂等多种化学成分对滤料也有一定的影响，如果腐蚀性超过了滤料本身的抵抗力，那将会被破坏。另外，水解、油侵蚀、磨蚀性等也会对滤料产生一定的影响。合肥水泥院选用的是英国安德鲁公司生产的nomex滤料。

　　现场应用
　　青州中联6000t/d水泥熟料生产线窑头袋收尘器，自2007年1月初投运至今，效果理想。在入口温度150～180℃，出口温度120～150℃的条件下，正常连续运行，平稳可靠，收尘率≥99.9%。经山东省环保局济南环境监测站和青州市环保局环境监测站测定：除尘前浓度6553.8mg/Nm³，除尘后浓度8.8mg/Nm³。基本达到了工业废气的零排放，低于国家允许的排放标准，完全满足环保排放标准的要求。

　　另外，低压长袋双侧脉冲袋收尘器自2005年1月取得专利以后，经过不断摸索和改进，先后在不同地区、不同规模、不同工况的数家水泥厂投入或即将投入运行，在窑头系统的使用已经越来越广泛，并且可在窑尾系统使用。其中，沙特奈季兰和沙特北方水泥窑尾用的设备袋收尘器是目前世界水泥行业规模最大的，处理风量达160万Nm³/h，而山东中联青州6000t/d窑尾采用的袋收尘器是目前国内规模最大的，处理风量达120万Nm³/h。

　　这种袋收尘器具有独特的技术优势，很快在大型干法水泥厂窑头系统得到推广。当然，在不断的推广和使用中，还有部分问题需要注意和解决，如滤袋的性价比。只要滤袋价格有所下降，就能够大量国产化，低压长袋双侧脉冲袋收尘器的使用前景更加广阔。

　　青州中联6000t/d窑头冷却器及收尘器系统经过3年的使用，总结出如下3点体会：

　　一是随着我国水泥行业上大改小政策的进一步深化落实，大型水泥干法生产线成为发展的必然趋势。窑头袋收尘器将会得到广泛的推广和应用，随之配套的大型单机设备如多管冷却器也有着广阔的应用前景。二是低压长袋脉冲袋收尘器应用在6000t/d及以上干法水泥生产线，开辟了一条崭新的发展前景，其系列化的设计标志着袋收尘器发展的一个新格局。三是为了贯彻执行国家节能减排战略方针，研制出的大型窑头袋收尘器，为设计的具体量化和可实施性作出了应有的探索。