矿渣微粉专用高压行喷袋式除尘器的设计与应用
一、前言
矿渣单独粉磨已被不少水泥厂和粉磨站采用，矿渣粉磨系统废气中含有一定的水气，且矿渣微粉的粘性大、粉尘剥离性差，对它进行净化处理也比一般废气难度更大。该除尘器采用高压离线行喷脉冲清灰方式，确保每条滤袋清灰彻底，设备阻力低，且离线清灰方式使得系统阻力稳定，在一定程度上缓解了矿渣粉磨系统高阻力的矛盾，实现了收尘器高效、低阻、安全运行，在相当长的时间内能满足不断提高的环保新标准的要求。
二、矿渣微粉系统粉尘的特点
矿渣微粉要达到的一定的比表面积，其潜在活性才能有所发挥，国内矿渣微粉生产线制备目前一般采用球磨、立式磨和卧辊磨，矿渣粉磨系统的废气中含有的粉尘具有以下特点：
1、粒度细，矿渣微粉的比表面积要求达到400m2/kg以上，产品>45μm的筛余一般<2%，3～30μm的含量为65%～70%，<5μm的含量一般≥20%；
2、矿渣粉尘比重轻，密度为2.80～2.90Kg/m3；
3、粉尘的粘性大、剥离性不好等特点；
4、含尘气体具有一定的温度，一般为60～110℃；
5、含尘气体具有一定的湿度，湿含量为5～8%，露点一般为40～55℃。
三、矿渣微粉专用高压行喷袋式除尘器的开发设计
1、工作原理
（1）、过滤：在系统主风机的作用下,含尘气体从除尘器的进风口进入,在挡流板作用下,便转向流入灰斗。同时，由于流速减慢，加上惯性及粉尘的自重作用，较粗颗粒粉尘直接落入灰斗，起到了预收尘的作用。有利于提高滤袋的使用寿命。其它较轻细粉尘随气流向上并吸附在滤袋的外表面上，经滤袋过滤后干净的气体进入上箱体净气室并汇集由出风管排出。灰斗中的粉尘定时或连续由排灰装置卸出。
（2）、清灰及自动控制
随着过滤工况的不断进行，滤袋外表面上的粉尘越积越多，设备的运行阻力逐渐增加，为了保证系统的正常运行，除尘器阻力的上限通常维持在1200～1600Pa范围内，当超过此限定范围，由清灰控制器定时或定阻地发出指令，也可用手动来进行三状态清灰。
本除尘器采用循环分室离线脉冲清灰方式，其清灰过程是清灰控制器发出信号，首先令一个袋室的提升阀关闭以切断该室的过滤气流，然后打开脉冲阀，在极短的时间（0.1～0.2秒）向箱内喷入0.4～0.6MPa的压缩空气。压缩空气在箱内高速膨胀，使滤袋产生高频振动变形，再加上逆气流的作用，使滤袋外表面所附的尘饼变形脱落。在粉尘充分沉降后，提升阀打开，此室再次进入过滤状态，而且避免了喷吹清灰后产生的粉尘二次扬尘。经一定的时间间隔后再对下一室离线清灰，如此逐室循环清灰。
2、除尘器清灰方式的研究
目前脉冲袋收尘器清灰方式分行喷脉冲喷吹清灰和气箱脉冲清灰两种方式。这两种清灰方式特点如下：
行喷脉冲喷吹清灰方式：清灰动能大，能逐排均匀地对收尘器内部滤袋每条实现彻底清灰，运行阻力小、滤袋可以较长（可超过6m）且长径比大，体积小、占地面积少、重量轻。
气箱脉冲清灰方式：清灰动能较大，由于采用一至二只脉冲阀给一个袋室清灰，要保证清灰干净，袋室不能太大,滤袋也不能太长。大型气箱脉冲收尘器滤袋数量多,占地面积大。采用离线清灰方式，但设备内负压较大时，不易实现不停机在线检修、换袋。
通常按气源压力将脉冲喷吹清灰分为高压脉冲喷吹清灰和低压脉冲喷吹清灰，本项目选气源压力范围为0.4～0.6Mpa，即高压脉喷清灰﹐其依据如下：
①高压清灰更彻底，所需清灰次数少，节约高压气源，带入外部压缩空气少，减轻收尘器尾排风机负荷，因而能耗低，运行费用少。
②水泥厂常用收尘器所用压缩空气气源压力范围为0.4～0.6Mpa，便于统一管理等。
③高压清灰用最少的压缩空气诱导较多的经过滤后的干净热气清灰，有利于设备抗结露。
3、过滤风速的确定
过滤风速是指单位时间内单位面积滤布上通过的气体量。过滤风速是袋收尘器的一个重要技术参数，过滤风速的大小直接影响袋收尘器的设备投资，运行费用，使用效果等。袋收尘器过滤风速取决于滤袋材质、处理含尘气体性质（粉尘颗粒大小、温度、湿度、易燃易爆性、粉尘粘结特性等）和排放要求等。过滤风速过大，阻力高，排放浓度高，滤袋寿命段。过滤风速过小，除尘器体积大，设备投资高。
袋收尘器过滤风速计算公式为：V=k×Q/60F
式中 V－－-风速 m/min
k－－-风量波动系数
F－－-面积 m2
Q－－-风量 m3/h
矿渣微粉专用高压行喷袋式除尘器选用拒水防油涤纶针刺毡滤料，根据使用场合，当用于普通的磨机通风（含尘浓度小于100g/ m3），推荐风速为1.5～1.8 m/min；当除尘器用于高效选粉机后续成品收集时（含尘浓度大于500g/ m3），推荐风速为1.0～1.2 m/min。
４、喷吹压力的确定和喷吹管的研究
为使高压空气能有控制地进入每条滤袋清灰，我们采取以高压空气包为主干，通过若干个支气管到各排滤袋的布置方式。每个喷吹管上安装一只脉冲阀控制进入喷吹管的高压空气，每只脉冲阀控制一排滤袋的清灰。
当滤袋的长度及每排滤袋的数量确定后，喷嘴的孔径是一个非常重要的参数。通过试验，也证实喷吹孔直径的大小是影响喷吹力大小的关键，以 6～8mm左右为宜，圆型孔优于其它形状的孔，且随着喷吹孔距脉冲阀的远近大小不等。脉冲阀的大小决定着每根喷吹管开孔的个数，要使一根喷吹管较多的滤袋，必须采用较大的脉冲阀。根据确定的收尘器处理风量，通过技术经济比较后，我们采用G11/2"脉冲阀，每阀喷吹8条滤袋。脉冲阀动作时产生的声波还可以使滤袋产生微振动，起到辅助清灰作用。
5. 除尘器箱体结构的研究
除尘器的机械结构是否合理，不仅直接影响收尘效果，而且对收尘器整体运行阻力有较大影响，但部分设计者及一些用户对这一点认识不够。袋收尘器阻力（进出口压差）由本体、滤袋及吸附在滤袋上的粉尘等三部分组成。收尘器本体阻力主要由进出风口、风道、各袋室进出风口、袋口等气体通过的部位摩擦阻力和局部阻力之和。阻力的大小与气体的流速大小的平方成正比。因此设计中，应尽可能的扩大体通过的各部位的面积，最大限度的降低气流速度，减小设备本体阻力损失。依据这个原则，在富乐公司气箱脉冲袋式除尘器技术基础上，我们对除尘器结构尺寸进行改进设计。
（1） 箱体结构设计
收尘器的箱体一般为矩形结构，它与一般袋式收尘器的不同之处，主要是固定滤袋的多孔板在箱体的上半部，且收尘处于负压运行状态，在滤袋内装设防止滤袋被负压吸瘪袋笼。
收尘器箱体承受压力 F = S×P
式中 F—压力KN
S—面积ｍ2
P—单位面积承受压力Pa
根据设备承受压力大小，确定箱体钢板厚度及加强筋的布置形式和密度。设备承受的负压根据使用工艺确定，一般小于7500Pa，为了安装及更换滤袋方便，滤袋的形状设计成单筒圆形。要把滤袋安装在箱体内，首先要在箱体内设置一块多孔花板，即根据滤袋直径的大小在一块钢板上开数个大小相同的孔。孔中心距也很讲究，过小，造成收尘器内部气体嵌速度过高，易造成设备阻力大，不可避免滤袋之间的相互摩擦；过大，使设备体积增大，造成浪费。多孔花板的结构是确定收尘设备尺寸的关键。另外，多孔花板既要承受系统负压，又要承受滤袋及袋笼的重量，稍有变形可能影响袋口处的密封效果，我们设计时对多孔花板已做了加强处理。
（2）进出风口设计
进出风口及风道风速降低，设计中应以降低风速为首选，进出风口及风道风速不超过10 m/s为佳。同时进风道应考虑防积灰结构设计。即可降低阻力又能更好的均风，有的设计者在风道中设计挡流板（或叫均流板）以达到均风目的，笔者认为这样会增加阻力损耗。
（3）进出风道底部设计
含尘气体经风道进入灰斗，灰斗的溜角应大于60℃，这样不容易积灰。此设计扩大灰斗上口尺寸，消除积灰面，同时增大了风道与灰斗间的通风截面，使风道与灰斗间的气流速度降为1.58 m/s。
（4）净气室及提升阀设计
阀口气流速度对设备阻力有影响，一般为8～10m/s较为合理。经过运行数据比较，我们认为阀口气流速度应不大于6m/s。
（5）密封及锁风设计
设备的漏风主要来自顶部检修门和灰斗的卸灰装置。顶部检修门采用橡胶密封条，其镶嵌在门板与角钢的沟槽内，两垂直方向的密封条采用45℃对接，接缝设计成曲线。依据多年的使用经验，大灰量且锁风要求较高的场合不宜采用卸灰翻板式阀，为此我门设计了分格轮卸灰阀。该阀结构简单，卸灰量大，密封效果好。与卸灰翻板式阀相比，采用这种卸灰阀，可靠性更高。依据除尘器运行时进出口温差（8～10℃）计算，整机漏风率<4%，密封及锁风设计较为合理。
6. 控制系统的研制
矿渣微粉专用高压行喷袋式除尘器的控制系统是用于除尘器的喷吹清灰系统的自动控制以及系统参数检测。本控制系统采用现场和中控结合的控制方式，控制箱采用PLC控制系统，对除尘器配置的所有电气设备如电磁阀、脉冲阀及卸料装置进行程序逻辑控制。根据粉尘浓度随意调整清灰周期和脉喷时间，使收尘器保持在一定的阻力范围内运行，又尽可能地降低压缩空气消耗量，并且减少收尘器内部外界新鲜空气的带入量，降低了收尘器的结露的危险性。以保证除尘器的处理能力和收尘效率，实现除尘器的清灰和自动控制。控制面板箱设置转换开关，用于“现场自动-现场手动-远程控制”三种控制模式的切换，以及“正常-停止-检修”三种状态的选择。
7. 滤袋设计
根据确定的清灰方式和箱体结构，采用外滤式圆形滤袋。滤袋的长度决定收尘器箱体的高度，考虑到运输因素，将滤袋长度确定为4000mm，实验证明滤袋的长径比30时比较经济，因此我们将滤袋的规格确定为Ф130x4000mm，
四、实际应用
江苏某集团拥有大量的矿渣资源，决定分两期实施年产50万t矿渣粉生产项目，第1期建设2条年产10万t、比表面积>400m2/kg的矿渣粉生产线，该生产线投产后，系统年运转率为85%，年产量为10万t，并且可以根据需要，生产比表面积为450～1000m2/kg的各种类型矿渣粉。设备配置和工艺流程见表1和工艺流程图。采用球磨机闭路粉磨工艺生产矿渣微粉，选用矿渣专用K-350K型超细内循环选粉机，除尘器采用LKM64-6型矿渣微粉专用高压行喷袋式除尘器，处量风量为37000～44500 m3/h，入口浓度为554g/m3，收尘效率为99.99%，粉尘排放浓度为20.40 mg/Nm3，优于国家排放标准，投运后半年多即收回了投资，其经济效益十分显著。设备运行阻力仅为其他设备的1/2～1/3。根据实际运行状况，我们调整了清灰参数，降低了清灰频率，减少了压缩空气的消耗，大大提高了滤袋的寿命。
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表1 矿渣粉磨系统主要设备配置
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五、结论
矿渣微粉专用高压行喷袋式除尘器，它吸收了气箱脉冲和管式喷吹除尘器的清灰技术，不但具备气箱脉冲除尘器清灰能力强、除尘效率高、排放浓度低等特点，还具有占地面积小、单位面积处理风量大等优点，该除尘器采用了大量的新技术及高品质的零部件，其适应性、使用可靠性及自动化程度大大提高，可保证长期随主机设备运行，除尘器出口排放浓度低于国家规定的排放浓度，是矿渣粉磨粉尘治理的首选设备。
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