脉冲除尘器

步进式脉冲袋式除尘器工作原理和优缺点

摘要:

论述了目前国内应用最多的几种脉冲袋式除尘器的优点和不足,介绍了步进式长袋低脉冲袋式除尘器、步进式回转脉冲袋式除尘器的工作原理、关键技术的解决办法及关键零部件、元器件的设计选型。

关键词:脉冲袋式除尘器;脉冲阀;步进电机;走行机构;回转机构

兰州工业除尘器设备特点

1 脉冲袋式除尘器概述

脉冲袋式除尘器是20世纪50年代美国人莱茵豪尔(Reinhauer)发明的,是一种外滤式、利用脉冲阀、喷吹管周期性向滤袋内喷入压缩空气达到清灰目的的袋式除尘器,属于高效除尘器。其净化效率达99%以上,粉尘排放浓度低于50mg/Nm3,压力损失在1200~1500Pa,过滤速度为0.8~1.5m/min,采用针刺毡滤料,使用寿命较长,运行稳定可靠,广泛应用于工业炉窑烟气净化和粉尘回收。

脉冲袋式除尘器应用最多的是:气箱式脉冲袋式除尘器、长袋低压脉冲袋式除尘器和低压回转脉冲袋式除尘器。

1.1 气箱式脉冲袋式除尘器

气箱式脉冲袋式除尘器又称箱式脉冲除尘器,1台除尘器分为若干个滤袋室,每个滤袋室设1~2个脉冲阀,不设喷吹管,采用箱式脉冲喷吹。气箱式脉冲袋式除尘器的优点是:喷吹装置简单、换袋方便、投资低;缺点是:每个室的滤袋数量受限,最多只有128条,滤袋的长度较短,一般为2.45m,最长不超过3m,占地面积大,只适用于处理风量不大或室内安装的中小型除尘器。

1.2 长袋低压脉冲袋式除尘器

长袋低压脉冲袋式除尘器又称管式脉冲袋式除尘器,行脉冲清灰除尘器。早期的脉冲袋式除尘器的滤袋长度为2~4m,当淹没式脉冲阀出现以后,由于脉冲阀喷吹气量加大,引射空气量增加,滤袋长度增加到6~8m。不仅减少了占地面积,减少了钢耗,降低了成本,还促进了脉冲袋式除尘器的大型化,成为目前技术最先进、应用最多的除尘设备。但长袋低压脉冲袋式除尘器采用的是行脉冲清灰,喷吹系统由每个室设1个分气包,每行滤袋的上方设1根喷吹管及与滤袋对应的喷嘴。每根喷吹管设一个脉冲阀。因此1台大型长袋低压脉冲袋式除尘器有数百个脉冲阀和数百根喷吹管,这不仅增大了设备的投资,且设备运行中故障率高,并给制造、安装、维修工作带来了很大困难。

1.3 低压回转脉冲袋式除尘器

低压回转脉冲袋式除尘器,又称连续机械回转脉冲除尘器。我国电力行业部门从德国Lurgi公司引进的武汉滤筒除尘器厂家批发价格兰州工业除尘器设备特点低压回转脉冲除尘器具有国际先进水平,用于国内大型电站锅炉烟气除尘。该除尘器采用扁圆形滤袋,并按同心圆方式布置安装在圆筒形滤袋室内,每个筒体内可安装1156条滤袋,滤袋长度8m。每台除尘器的过滤面积达3700m2,并设有1套连续回转脉冲清灰装置,清灰装置由气包、脉冲阀、垂直导风管和互为120°的3根水平喷吹管组成,由电机驱动。每根喷吹管上均设有一定数量的喷嘴与一定圆周上排列的滤袋相对应,脉冲阀直径为150~350mm,气源由罗茨风机提供,压力为0.08MPa。

脉冲喷吹清灰具有气箱式脉冲清灰的优点,1台除尘器仅需要1个脉冲阀,利用3根喷吹管进行脉冲喷吹清灰,解决了长袋低压脉冲袋式除尘器喷吹多、脉冲阀多的难题。同时1台除尘器就是1个独立的筒体,当需要处理大风量时,可以采用多台除尘器并联,属于典型的模块化设计,有利于工厂化生产,增减十分方便。但该除尘器采用扁圆形滤袋,按同心圆布置,采用连续回转脉冲喷吹清灰,位于内圆和外圆的滤袋清灰频率相差数倍,造成滤袋寿命不等。同时,喷吹管上的喷嘴难以对准滤袋中心,清灰的有效性不如长袋低压脉冲袋式除尘器。采用扁圆形滤袋和扁圆形袋笼给制造安装维修也会带来困难。

2 步进式脉冲袋式除尘器的结构和工作原理

步进式脉冲袋式除尘器是在总结了目前国内外脉冲袋式除尘器的基础上,采用先进技术、具有国内先进水平的脉冲袋式除尘器。步进式脉冲袋式除尘器包括步进式长袋低压脉冲除尘器和步进式回转脉冲除尘器。其结构示意见图1。

图1

图1 步进式脉冲袋式除尘器结构示意图

1.维修走道;2.步进电机;3.行走机构;4.脉冲阀;5.净气室;6.气包;7.喷吹管;8.喷嘴;9.花板;10.滤袋;11.拉簧;12.定位架;13.灰斗;14.风动斜槽;15.中箱体;16.进风管;17.底平台

2.1 步进式长袋低压脉冲袋式除尘器结构和工作原理

步进式长袋低压脉冲袋式除尘器与现有的长袋低压脉冲除尘器的结构基本相同,所不同的是,净气室为通室,不设分室隔板,同时兼作净气通道。脉冲喷吹装置安装在净气室横向两侧的导轨上,脉冲喷吹装置由1个气包、2个脉冲阀、2根喷管和齿轮齿条支座组成。2根喷吹管安装在气包内,喷嘴伸出气包外。走行机构由步进电机、支座、齿轮、齿条组成。气包安装在走行机构的支座上。其工作原理是:由脉冲控制仪向步进电机输入一定数量的脉冲,使步进电机转过一定角度,通过步进电机输出轴上的齿轮和固定在净气室导轨上的齿条,将步进电机的角位移转换成直线位移。当直线位移等于滤袋间距,喷吹管上的喷嘴对准滤袋中心时,步进电机停止转动,此时打开脉冲阀对准滤袋进行脉冲喷吹清灰。一行清灰结束后,步进式走行机构转入到下行进行脉冲清灰,直至全部滤袋清灰结束,脉冲喷吹装置快速返回到起始位置,按照清灰程序进行下一轮的清灰。

采用步进式长袋低压脉冲袋式除尘器的优点是:1台除尘器只设1个气包、2个脉冲阀、2根喷吹管和1套步进式走行机构。与现有的长袋低压脉冲袋式除尘器比较,气包、喷吹管、脉冲阀数量减少了90%以上,投资节省20%,制造、安装、维修的工作量减少,施工难度降低,可靠性提高,故障率降低。完全可以应用于正压、负压除尘系统和在线清灰、离线清灰除尘系统。

2.2 步进式回转脉冲袋式除尘器结构及工作原理

步进式回转脉冲袋式除尘器和现有低压回转脉冲袋式除尘器一样为圆筒形结构,但滤袋、花板、脉冲喷吹机构有很大改进。滤袋采用圆形滤袋,滤袋内设防瘪环,下端用弹簧拉紧并固定在格栅上。花板孔全部布置在5°等圆周角线上的特殊设计。回转机构采用步进式电机驱动,安装在气包的顶部,气包安装在净气室,回转机构伸出净气室顶盖,喷吹主管穿过气包底部,3根喷吹支管按0°,115°、230°布置,每根喷吹管上的喷嘴对应不同圆周上的滤袋。其工作原理是:脉冲控制仪对步进电机输入一定数量的脉冲,步进电机按花板上2条滤袋的圆周角转过一定角度,使3根喷吹管上的喷嘴对准不同滤袋的中心,停止转动,打开脉冲阀,对准滤袋中心进行定点喷吹装置。步进式回转机构转360°,每条滤袋只喷吹1次。步进式回转脉冲袋式除尘器结构示意见图2。

图2

图2 步进式回转脉冲袋式除尘器结构示意图

采用步进式回转脉冲袋式除尘器的优点是:滤袋为圆形,制造、安装方便;步进式回转机构转过360°,每条滤袋只喷吹1次,保证了滤袋等的寿命;实现了定点对准滤袋中心脉冲清灰,清灰效果好。气包安装在净气室,提高了喷吹管在转动过程中的稳定性;提高了喷吹气源温度,有利于防止滤袋结露;采用多台除尘器并联组成大型脉冲袋式除尘器,可随时根据烟气量的增减调整除尘器的台数,并有利于模块化设计和工厂化生产。

3 关键技术

工业炉窑除尘系统应随工业炉窑连续运行,排出的烟气多为含有SO2等腐蚀性气体的高温含尘烟气,经过除尘器除尘的净化气仍含有腐蚀性气体,净气温度也在80℃以上。因此,将脉冲喷吹系统、步进式回转机构安装在净气室,其脉冲阀、步进电机、供气管必须满足耐高温、耐腐蚀、高可靠性的要求,这也是步进式脉冲袋式除尘器的关键技术。

3.1 气包喷吹管的设计

气包作为脉冲喷吹系统的储气设备,需承受0.8MPa的气压。一般直径为Φ325~350mm,长度4~7m,采用Q235A结构钢制造,壁厚为8mm,重量达300~550kg,而我国大功率步进电机的最大转矩只有80Nm,这就要求要尽量减轻气包喷吹管的重量。设计时采用强度高、耐高温、耐腐蚀、膨胀系数和花板材料相近似的2Cr13、Cr17Ni2的不锈钢制造,由于2Cr13、Cr17Ni2不锈钢的抗拉强度分别是235A的2.64~4.4倍,则气包的壁厚可减少到2~3mm,重量降到170~200kg,这就为采用步进电机驱动创造了条件。同时由于不锈钢不锈蚀,有利于保证压缩空气的洁净度,保证脉冲阀的正常工作。不锈钢的膨胀系数和普通钢相近,不会因材料的受热膨胀而导致喷嘴与滤袋孔中心的不同心。

3.2 步进式走行机构、回转机构驱动电机的选型

步进式走行机构和回转机构的位置控制是靠步进电机或交直流伺服电机来驱动和控制的。这两种都是特种电机,都能精确地控制速度。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或直线位移的开环控制。在非超负荷的情况下,电机转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲的个数,而不受负载变化的影响。当步进电机收到一个脉冲信号后就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度,一步一步运行,并通过控制脉冲数就可控制角位移量,从而达到精确定位的目的,同时通过控制脉冲频率控制步进电机转动速度和加速度,达到高速移动的目的。近年来,由于混合式大功率步进电机的驱动性能不断提高,静力矩可达到80Nm,实现了高频率高速驱动。随着计算机技术的发展,除功率放大器外,其驱动控制全部都由软件来实现。步进电机应选用耐高温的步进电机,国内已有厂家生产。也可在步进电机的外壳涂刷隔热涂料以满足要求。

步进式脉冲袋式除尘器的步进式走行机构和回转机构属运动部件,但具有较稳定的负载,在移动过程中电机的转速很低,不易出现失步和过冲现象。采用混合式大功率步进电机驱动步进式走行机构,回转机构具有结构简单、成本低廉、容易控制、步距角准确、无积累误差、运行可靠、维修方便等特点,已在我国大型数控机床中广泛应用,完全可以满足步进式脉冲袋式除尘器的要求。

步进电机选型应遵守以下原则:

1)步进电机的步距角应满足传动系统脉冲当量的要求;

2)步进电机的静力矩应满足走行、回转机构的空载快速启动力矩的要求;

3)步进电机步距角应与机械系统相匹配,脉冲当量可通过步进电机的细分驱动提高精度,由于传动比值一般不会等于1,因此必须有一个减速装置来过渡;

4)步进电机能满足净气室净气温度的要求,一般需要通过特殊订货来实现。

3.3 脉冲阀的选型

脉冲阀是脉冲袋式除尘器的关键设备。目前国产的脉冲阀有膜片式脉冲阀和活塞式脉冲阀。膜片式脉冲阀的膜片有橡胶膜片和硬塑料膜片,有常温(-40℃~90℃)膜片和耐高温(-40℃~230℃)膜片,工作压力0.8MPa,工作寿命不低于5万h。目前在国内应用较多,价格也低。

活塞式脉冲阀是法国ALSTOM公司在总结了以往膜片式脉冲阀的故障原因后设计开发的。目前在国内企业已有批量生产的产品,其出口直径为105mm、135mm。

活塞式脉冲阀与膜片式脉冲阀比较,具有以下特点:

1)打开迅速,因此冲击压力损失非常小;

2)打开顺序易于控制,可根据工艺要求选择最佳的空气量;

3)压缩空气损耗低,与膜片式脉冲阀相比可减少压缩空气耗量;

4)结构紧凑,外形尺寸比膜片阀小很多;

5)采用出口直径105mm、135mm大口径活塞式脉冲,可增大滤袋直径、增加滤袋长度或增加喷吹滤袋数量;

6)使用寿命可达10万h。

根据活塞式脉冲阀的特点,步进式脉冲袋式除尘器应选用活塞式脉冲阀为宜。活塞式脉冲阀没有橡胶膜片,能耐高温,但应配高温电磁阀。

3.4 脉冲喷吹系统水平移动装置的设计

实现水平移动的装置要有滚动摩擦直线导轨,齿轮、齿条传动和扰性传动。本设计方案采用齿轮、齿条传动,齿轮固定在步进电机输出轴上,齿条固定在箱体两侧的导轨上,1台步进式走行机构上安装有2个主动齿轮、2个从动齿轮,可实现无侧隙平稳移动,齿轮、齿条采用不锈钢材料制造。

3.5 供气管路设计要求

供气管路随脉冲喷吹系统移动。因此,要求供气管路应选用耐高温的硅胶软管,在管外用不锈钢软管作护套。

3.6 净气室高度设计

目前国内脉冲袋式除尘器净气室高度设计都较低,在净气室顶上设有检修人孔盖,如果制造安装不当易造成漏气和漏水。为方便脉冲喷吹装置的检修,利用净气室作净气排气通道,要想减少漏气、杜绝漏水,增加净气室高度、取消活动顶盖是必要的。如果将净气室高度增加到2米,滤袋袋笼由3~4节组成,就可在室内换袋。净气空间增大,净气流速降低,有利于提高脉冲清灰效果。

3.7 采用柔性滤袋

由于采用喷吹管径为135mm的活塞式脉冲阀,喷吹气量大大提高,滤袋的直径和长度可增加,当滤袋直径增大到180mm时,有实验证明:采用防瘪环代替滤袋袋笼,下端弹簧拉紧是完全可行的。不仅制造、运输、安装、维修方便,还彻底消除了滤袋之间碰撞造成的损坏。

4 结语

针对目前传统袋式除尘的缺点提出的改进技术方案,对袋式除尘技术有促进作用。随着我国科学技术的发展,新技术、新工艺、新材料、新型元器件的开发和应用,袋式除尘技术必将提高到一个崭新的水平。

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