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袋式除尘器降低阻力的研究及电除尘器改造的思考
[ 编辑:huineng1988 | 时间:2015-08-26 14:35:06 | 浏览:354次 | 来源: | 作者: ]
随着环保标准的日益提高,国家对大气粉尘颗粒排放标准越来越严格,原有一些采用电除尘器的企业不得不面临对原除尘器的改造,近年来,袋式除尘器以其除尘效率高、粉尘排放浓度长期稳定达标而得到迅猛的发展。但是,袋式除尘器的设备阻力正常情况下在800~1200Pa左右,高时可达1500Pa以上,与电除尘器的200~300Pa运行阻力相比其后期的运行成本极高,高阻力(电耗)已成为现在袋式除尘器必须面对的难题。因此,如何降低袋式除尘器的阻力和电除尘器改袋除尘器已成为行业发展的方向。
一、袋式除尘器降低阻力的研究:
袋式除尘器阻力与除尘器结构、滤袋布置、粉尘层特性、清灰方法、过滤风速、粉尘浓度等因素有关。袋式除尘器的阻力(ΔP)一般由除尘器的结构阻力(ΔPg)、滤料阻力(ΔPo)和粉尘层阻力(ΔPC)三部分组成,即
ΔP=ΔPg+ΔPo+ΔPC   Pa                  (1)
式中ΔPg——除尘器结构阻力,Pa;
        ΔPo——滤料本身的阻力,Pa;
        ΔPC——粉尘层阻力,Pa。
除尘器结构阻力是指设备进、出口及内部流道内挡板等造成的流动阻力。通常ΔPg=200~500Pa。
滤料阻力:
ΔPo=ξ0μνF/60   Pa             (2)
式中μ——空气的粘度,Pa·s;
        νF——过滤风速,即单位时间每m2滤料表面积所通过的空气量,m3/min·m2;
        ξ0——滤料的阻力系数,m-1。
棉布ξ0=1.0×107m-1;呢料ξ0=3.6×107m-1;涤纶绒布ξ0=4.8×107m-1。
滤料上粉尘层阻力:

式中δc——滤料上粉尘层厚度,m;
        Gc——滤料上堆积的粉尘量,kg;
        F——滤料的表面积,m2;
        αm——粉尘层的平均比阻,m/kg。
αm是随粉尘粒径、真密度及粉尘层内部空隙率的减小而增加。这就是说,处理粉尘的粒径愈细小,ΔPC愈大。
粉尘器运行τ秒种后,滤料上堆积的粉尘量:

式中τ——滤料的连续过滤时间,s;
        y——除尘器进口处含尘浓度,kg/m3。
把公式(4)代入(3)则得

 除尘器处理的气体及粉尘确定以后,am、μ都是定值。从公式(5)可以看出,粉尘层的阻力取决于过滤风速、气体的含尘浓度和连续运行的时间。除尘器允许的ΔPc。确定以后,ΔPc这三个参数是相互制约的。处理含尘浓度低的气体时,清灰时间间隔(即滤袋连续的过滤时间)可以适当加长,处理含尘浓度高的气体时,清灰时间间隔应尽量缩短;进口含尘浓度低、清灰时间间隔短、清灰效果好的除尘器,可以选用较高的过滤风速;相反,则应选用较低的过滤风速。不同的清灰方法要选用不同的过滤风速就是这个原因。
为了使袋式除尘器保持高效运行,清灰不能过于彻底,要求在滤料表面保留一定的粉尘层(即初层),这时的阻力称为残留阻力。清灰后随滤料上粉尘的积聚,阻力也相应增大,当阻力达到允许值时又再次清灰。因此,在除尘器中积尘、清灰是不断循环进行的,除尘器阻力也是循环变化的。下图是在两个清灰周期中分室清灰袋式除尘器的阻力变化。图中的ΔPc是残留阻力,Δtc为清灰时间,t1为两次清灰的时间间隔。
                                     袋式除尘器阻力
一台袋式除尘器设备阻力的产生有很多方面的原因,就其主要方面有以下几点:
1.除尘器结构产生的阻力
不同结构的除尘器产生的阻力不同,就低压行喷脉冲袋式除尘器而言,目前有灰斗进风的下进风方式和垂直于滤袋的水平进风方式,这两种方式产生的阻力不同,下进风方式避免了分风不均及气流与滤袋的垂直冲撞,显然产生的阻力要小。
相同结构的除尘器如果进出风口尺寸、箱体尺寸、阀口尺寸不同,气流通过时的速度不同,产生的阻力也就不同;袋与袋之间的间距不同,气流上升速度就不同,产生的阻力也不同;除尘器的过滤面积不同,过滤风速就不同,产生的运行阻力也就不同。总之,气流速度越低,产生的阻力就越小。
2.清洁滤袋产生的阻力
袋式除尘器是利用多孔的袋状过滤元件从含尘气体中捕集粉尘的一种除尘设备,含尘气体需要从滤袋的一个个微孔中通过,不同的孔隙其气体通过微孔的速度不同,新滤袋产生的阻力一般在50Pa~200Pa之间。
3.滤袋上堆积的粉尘层产生的阻力
含尘气体通过滤料时,粉尘被阻留在滤料的表面,相互之间搭接形成粉尘层,粉尘层是除尘器产生阻力的重要构成,不同的粉尘层产生的阻力可达 500Pa~2500Pa不等。因此,清灰效果的好坏对除尘器的运行阻力有重要的影响。
降低袋式除尘器阻力的措施
针对以上袋式除尘器产生阻力的3个方面,我们在设计除尘器时需要采取相应的措施,尽量将这几方面产生的作用降至最低。笔者根据多年从事袋式除尘器设计方面的经验,认为降低袋式除尘器运行阻力的措施有很多,其主要方面有以下几个:
1.合理确定过滤风速
袋式除尘器的阻力在很大程度上取决于过滤风速,除尘器结构、清洁滤袋、粉尘层的阻力都随过滤风速的提高而增加。一台行喷脉冲袋式除尘器不管用什么样的滤料,其净过滤风速都不应超过1m/min,对微细粉尘层,由于粉尘粒子相互搭接细密,过滤风速需要更低,否则除尘器的运行阻力会大大增加。但往往不少除尘设备厂家在选型时为了产品能在市场竞争中更有竞争力而恶意提高过滤风速,从而达到降低设备成本的目的,这种除尘器的设备阻力一定会高于正常值。
2.合理控制气流上升速度
气流上升速度是指烟气在滤袋空间内的流动速度,气流上升速度是衡量除尘器结构性能优劣的重要参数,对低压行喷脉冲袋式除尘器的性能影响较大。在相同处理风量的条件下,气流上升速度取得大,说明在有效的袋室空间内滤袋与滤袋之间的间距更小,滤袋布置更紧凑,除尘器的外形尺寸更小,但气流上升速度过大,除尘器的运行阻力也会相应增大。通常情况下,气流上升速度控制在1m/s左右更能发挥除尘器的使用性能。
3.合理控制局部气流速度
低压行喷袋式除尘器的局部气流速度包括进出风口风速、进风支阀风速、提升阀口风速、净气室风速、花板孔风速等,这些风速对除尘器的阻力都会产生一定的影响。在除尘器设计过程中,我们需要尽量加大进出风口、进风支阀口和提升阀口的尺寸,以降低气流的通过速度,从而降低除尘器的运行阻力。净气室的风速需要通过抬高净气室的高度来实现,但抬高净气室的高度就意味着设备成本的增加,所以风速的选取要有一个合理的范围,正常情况下净气室的风速控制在 3m/s~5m/s。花板孔的风速与滤袋长径比成正比,相同直径的滤袋长度越长,花板孔风速就越高。滤袋的长径比必须小于60,否则不仅增加除尘器的运行阻力,还会影响滤袋的清灰效果。滤袋越长,产生的阻力也会随之增大。
4.均匀分布气体流量
袋式除尘器在设计时即使理论过滤风速和其他风速取得都很合理,但如果气流均布措施不到位,每个袋室的实际处理风量就会有高有低;即便在一个袋室内,如果气流均布措施不到位,每条滤袋的实际过滤风速也会不同。所以,在除尘器的进风口处需要有气体导流板和均风板,需要调节进风支阀的开度以平衡各个袋室的风量,在灰斗内需要设置均风板来分布单个袋室的风量。
5.科学提高清灰效果
滤袋表面粉尘层对除尘器的运行阻力有很大影响,因而清灰效果尤其重要。影响低压行喷袋式除尘器清灰效果的因素有很多,如喷吹压力、清灰周期、滤袋长度、滤袋与滤袋的间距等。没有足够的喷吹压力和能量,就不能彻底清除滤袋表面的粉尘层。但喷吹压力也不宜过大,否则滤袋的使用寿命就会大大缩短。喷吹压力需要控制在一个合理的范围,需要根据粉尘的黏稠性程度灵活调整,喷吹压力应控制在0.2MPa~0.4MPa之间。从降低除尘器运行阻力角度讲,滤袋表面始终处于清洁状态时的阻力最小,这就需要频繁对滤袋进行喷吹清灰,但这样是以牺牲滤袋的使用寿命为代价的。所以在实际操作过程中,我们需要根据烟气中粉尘的浓度大小、粉尘的黏稠性灵活调整清灰周期。
6.预除尘
除尘器阻力的上升速度与烟气中的粉尘浓度大小有关,如果通过相应的措施将烟气中的粉尘先收集部分,然后再通过滤袋过滤净化,这样就能减轻除尘器的过滤负荷,阻力上升速度也会大大降低。预除尘的措施有很多,比如:在除尘器前端加一个旋风除尘器或在除尘器的进口内部增加旋风装置,通过旋风离心效应聚集粉尘达到预除尘的目的;下进风方式的袋式除尘器由于烟气从灰斗内通过,由于气流空间的突然扩大,粗颗粒和部分细粉尘会沉降下来,因此,下进风方式是公认的袋式除尘器中最科学的进风方式。
7.覆膜布袋的使用
覆膜滤料是在滤料表面复合一层聚四氟乙烯(PTFE)薄膜而行成的一种新型滤料。这层薄膜相当于起到了“一次粉尘层”的作用,物料交换是在膜表面进行的,使用之初就能进行有效的过滤。薄膜特有的立体网状结构,使粉尘无法穿过,无孔隙堵塞之虞。这种过滤方式称为“表面过滤”。覆膜滤料不仅可实现近于零排放,同时由于薄膜不粘性、摩擦系数小,故粉饼会自动脱落,确保了设备阻力长期稳定,因此充分发挥了袋式除尘器优越性,是理想的过滤材料。
二、电改袋在水泥行业中的应用
由于过去很多企业考虑投资及运行成本,均采用了电除尘器,而电除尘器对于新的环保标准20mg/m3是很难达标的,因此电除尘器改袋式除尘器已成为一个主流发展趋势,一般改造方案为保留了原电除尘器的基础和一部分部件,如:灰斗、壳体、输灰设备、进出口封头及均风装置等;拆除内部阴阳极系统、阴阳极振打装置、内顶、外顶、B轴及C轴顶梁等;新增顶梁、壳体内部管撑、进出风道、上箱体、喷吹系统、气路系统、提升阀等;另在进口管路上增加冷风阀以调节烟气温度,新增布袋除尘器控制系统。改造除尘器的进出风管、除尘器和引风机。
电改袋的存在如下可能性:


电改袋除尘器的设计:
(1)分室数的确定。按照原电除尘器的外形尺寸要求,重新设计分布。
(2)过滤面积的确定。根据业内使用经验和滤料的性能,窑头脉冲除尘器净过滤风速通常为0.8~1.0m/min;窑尾脉冲除尘器净过滤风速通常为0.85~1.0m/min。
(3)喷吹系统。采用了脉冲单喷形式,即在除尘器外侧各布置一列3"淹没式脉冲阀。脉冲宽度:0.15s,喷吹间隔5s。采用隔行喷吹技术,尽可能降低粉尘的再吸附。脉冲阀采用淹没式脉冲阀。
(4)上箱体的设计。为了便于缩短安装工期,本方案中将上箱体在工厂内制作成模块,便于现场整体吊装,这样大大缩短了现场安装的工作量。上箱体顶部有坡度以利排水。
(5)提升阀的设计。为达到离线清灰、在线检修的目的,在上箱体净气室设有提升阀。当滤袋需要过滤时,由PLC控制,提升阀关闭,以阻断烟气,实现离线清灰。
(6)出风道的设计。出风道可采用内置式或外置式,在原电除尘器的电场内部设置进出风道及隔板,对电除尘器的进出风道进行部分封闭改造。改造中原除尘器进出风喇叭口保持不变,整体的改造工作量小。
(7)其它参数的确定。根据滤袋长度,袋笼采用一节或两节对接形式,便于运输、安装和检修;清灰方式:离线清灰;清灰控制方式:定时或定阻清灰,PLC控制。
改造技术性能要点:
  1.低排放、高效率。改造后的除尘工艺和设备能满足国家新颁布的排放标准,排放浓度控制在30mg/ m³(甚至20 mg/ m³)以下,彻底解决烟尘排放问题。
  2.安全、可靠。改造后的除尘系统、设备、自动控制能在主机系统运行可能出现的各种情况下长期可靠、安全运行。
  3.长寿命。滤袋、脉冲阀、喷雾冷却装置等关键的部件和材料均可根据需要选用国外进口产品,确保袋式除尘器长寿命运行。
  4.对前道烟气处理要求低。对烟气的处理只需降温即可,除烟气温度和粉尘的粘度外,袋式除尘器的性能几乎不受烟气其它性能的影响。电除尘器原有的深度烟气调质设施仍可以利用。
  5.节省投资。改造本着经济、高效能、施工方便的原则,尽可能利用原有除尘设施。降低改造费用,减少改造工作量,缩短施工工期。除尘器本体基础不变,完全利用原除尘器本体的支架。
电改袋除尘器技改实施 
改造前组织各专业技术人员及安装施工人员仔细研究图纸,确定生产及安装施工方案,确定具体停窑时间,合理安排设备生产周期,所有设备运到现场组装好后准备停窑,在停窑前除尘器所有的货物(除滤袋框架)全部运抵现场,减少由于生产、物流等方面原因导致安装停滞;电气在机械安装过程中穿插进行,避免机械安装结束后才开始电气布线,给后期的电气调试争取了时间;除尘器的上箱体采用模块化的形式,即每个室整体的,到现场直接吊装焊接即可,产品质量也更好控制;脉冲阀及分气箱在工厂内试压合格后整体发货,减少了现场组装的工作量;为了确保施工质量和进度,工程指挥部安排24小时连续施工,分为三班,技术人员全过程跟踪,及时解决工程中出现的技术难题。
电改袋除尘器对于施工组织尤为重要:
施工组织与管理程序:成立项目经理部→提供施工组织设计方案→对施工人员进行安全施工教育和培训→与业主签订施工安全协议→办理施工队伍进厂手续→施工前的前期准备(三通一平,塔吊安装,脚手架,防护网,照明等)→按计划进度进行施工→单机调试及系统调试→为用户提供技术培训和操作培训→施工后的清场→项目竣工手续。
电改袋除尘器的施工方案
1、施工前的准备:施工前现场三通一平(水通、电通、道路通、平整场地);安排落实工作、办公设施;塔吊安置;人员、施工机具进场;在管道和除尘器周围搭建脚手架和安全防护网;划分施工区域,主要路口和施工作业区设置安全标识;安装夜间施工照明器材;储气罐及其他基础制作完成;安全教育、考核、图纸会审、技术交流;施工机具就位,完成施工水、电、气接口准备,调试完毕;部件预组装。
2、施工主流程:电除尘器内部构件和烟道等部分保温和钢结构拆除;梁柱重新定位、壳体加固;通风斜槽及隔板安装;出风口端板封闭与改造;前端保留电场的修复;上箱体、花板、净气室或旁路烟道安装;梯子平台安装;气路管道安装;滤袋及滤袋框架安装;主控室设备、DCS修改、安装就位;电缆、桥架、照明等敷设与接线;设备单机调试;预涂灰具备点火投运条件;168系统调试;保温与油漆外饰施工;施工完成后的清场。
3、安全管理制度及技术保证措施:安全管理方针;安全组织保证体系;安全管理制度;安全施工技术措施;施工用电安全技术措施;高空作业安全措施;吊装作业安全措施;安全施工奖罚措施。
电改袋项目需要完善的设计、施工方案、充足的项目施工经验、合理的组织规划才能圆满实施。
三、小结
袋式除尘器是利用过滤原理,将气体中的固体颗粒进行分离,主要用于收尘、气体净化和粉料回收。其特点是:过滤效率高,在试验室高达99.9999%,在实际工程应用中,可达99.999%以上。经过覆膜滤料过滤后,粉尘浓度可降到10mg/m3以下,甚至达到1mg/m3;同时袋式收尘器的分级效率高,对PM5、PM2.5甚至PM0.5等微细颗粒物也有很高的捕集效率。这是袋式收尘器技术原理所决定的,这个原理就是过滤式收尘器的机理,再小的颗粒物都会被捕集下来。是属于干式气体净化,没有水污染;可以处理高浓度(1000g/m3以上)含尘气体净化或用于物料回收。因而广泛用于钢铁、水泥、电力、有色金属冶炼、垃圾焚烧、铁合金、化工、医药等诸多行业。
 
联系方式及联系人:薛云楼 18877229519
何宏兵 13505105822
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