机械冲击振打扁袋和脉冲圆袋除尘器性能对比
摘 要:对脉冲对反吹圆袋除尘器和机械冲击振打扁袋除尘器进行了数字计算和分析对比，显示前者落后，后者先进，并对空气净化除尘及可预计的节能降耗目标进行了粗估。
关键词:脉冲反吹圆袋除尘器,机械冲击振打扁袋除尘器,性能对比
1 前言
目前国内广泛使用的圆袋除尘器及各式反吹方法, 在理论和结构上均呈现老旧,在制造和使用上造成钢材和能源的很大浪费。主要问题是：占地面积大，采用反吹清灰会把已回收到过滤面上的积灰重新吹扬起来，再行沉降落至灰斗实现收尘，很明显沉降下来的灰尘只有少数，大部分会随反吹风流扬起，因而还要经过重复过滤处理。同时，危害性大的微尘更不易沉降，在尘端形成恶性循环大大降低了除尘器的使用效果；反吹清灰所施加的风力必须先经过滤料再作用于附灰层，受到了滤袋的阻拦，反吹的压力损失很大，均匀度也极差，导致清灰的能源效率低下。后改变为压缩空气，加大了压力进行脉冲反吹、清灰的强度大有提高、但反吹风的缺点仍然存在，消耗大量能源产生的风力用于有效清灰的少，吹力过大吹起二次扬尘多，还会加速损坏滤袋，只能采用价高较耐折而不耐温的有机合成滤料和脉冲反吹清灰，钢材和能源消耗更加巨大，清灰过程还带来对除尘危害很大的“致冷效应”，如北方鞍山地区水气降温冷凝和泥糊袋问题，常使得完好的滤袋在短期使用后就被强迫报废。
本文将机械振打扁袋除尘器与脉冲反吹圆袋除尘器（由于均可采用高效新型滤料控制低排放浓度）进行节能、降耗对比，说明有降耗节能巨大的空间。
2 两种袋式除尘器的结构差异
扁形滤袋和圆形滤袋的水平断面见下图。
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图中（a＋b）为扁袋口的宽度、L为扁袋长度；d为圆袋直径，e为两袋间距。
图中大方框内为安装一个袋的内部和外部所占的面积，扁袋为（a＋b）L，圆袋为（c＋d)(c＋d）；画密集小方块处为一个滤袋内部所占的面积，其余为袋外净空。
按一般滤袋设计（以mm计算）：
a = 3 0 、b = 2 0 、L = 2 0 0 0 、c = 5 0 、d = 2 0 0 。
（1）过滤面积比=过滤面积（m2）/所占单位空间（m3）。代入上列数字计算可得：
扁袋：40.3m2/m3；圆袋：10.048m2/m3；扁袋和圆袋相比为3.85，接近4倍。
（2）扁袋和圆袋在除尘器内的布列方式不同，扁袋安排了气流专用通道，而圆袋没有。
图中大方框内为一个高度同为1m滤袋的占地：
扁袋：（a＋b）L=0.105m2，因一个扁袋的过滤面积为 3.7m2，故1m2占地能放置扁袋的过滤面积为35.24m2。
圆袋：（c＋d）(c＋d）=0.063m2，因一个圆袋的过滤面积为0.628m2，故1m2占地能放置圆袋的过滤面积为 9.97m2。
在相同占地面积上，扁袋面积为圆袋的3.5倍。
扁袋安装在除尘器的中部，占水平断面比例为 2100/3500 =60%；尘端气流空间占800/3500=23%；净端气流空间占600/3500=17%。
扁袋除尘器内部的滤袋排列有序，气流保持稳定，因而阻力小，检修方便；圆袋内部滤袋呈满天星布列，无专用气流通道，气流的稳定性差，阻力大，检修不便。
扁袋除尘器拉紧的外滤式滤袋，没有褶皱，附灰均匀，有专用气流通道，气流流动通畅，20条左右滤袋组成完整的滤袋模块，装在除尘器各室的中部，各室多层叠放，各层清灰的振打锤头提升机构设在除尘器外面顶部，滤袋外部和打锤工作区为尘端空间，是烟气自灰斗经自然沉降后上升到主流的流动通道，积灰漏斗在下面。袋口外面为净端空间，袋口在尘、净端间隔垂直的密封法兰上，先放一圈软垫在除尘器的密封法兰上，然后推入模块滤袋组（或名单体箱），再用螺栓压紧就位，确保严密不漏。高温除尘各室的进口支管上，先装进口阀门，再和净端下部的灰斗连接，使出口气流扩散较快，又避免了气流冲刷上部滤袋，上部出口支管上设三通清灰阀后，再和排风总管相联，尘、净端的气流通道即为停车或运行时分室停风的检修空间。
圆袋除尘器为单个内滤式滤袋满天星似的布列，尘、净端不分，也就没有专用的气流通道。流速变化大，因而阻力高，滤袋松驰，存在磨坏积灰和堵塞的危险，还要增加反吹清灰的风量。
过滤面积相同时，扁袋除尘器占地小，消耗钢材少，所具有的相对过滤面积较大，因而可以选用较低过滤速度，既可降低阻力，又可提高过滤效率，为除尘器大型集约化创造条件。
过滤面积相同，圆袋除尘器占地耗钢材比扁袋多的原因是内部滤袋布列难以做到合理安排，有些地方派不上用场，浪费了占地和构筑的钢材。采用多种参考材料计算，圆袋除尘器耗钢材量为扁袋的2.1～2.4倍。
圆袋除尘器的尘、净端不分，也没有专用的气流通道，致使内部流速起伏变化大至10倍，快速流动的阻力大，产生的机械磨损也较大，会造成滤袋磨损；慢速处易积灰堵塞。
扁袋除尘器占地小，既节省了占地面积，又节省了钢材，内部的滤袋布列也合理，气流流动和分配均匀，因而比圆袋的阻力小得多，接近直通流动的电除尘器的阻力。造价也低，除尘效率高的玻纤和涤纶无纺针刺毡滤料配套使用于高温或常温环境非常适宜。
柔性滤袋改变为刚性后，将除尘器的优越性大幅度提高：机械振打清灰，清灰彻底均匀，设备简便，清灰效率极高；无论在常温或高温条件下使用，拉紧滤袋承受的应力均保持在弹性的范围内，滤袋位置固定，内部的流速变化不大，阻力小，消耗电力少，节能效果优于其它袋式除尘器的清灰方法。
众所周知，垫上柔软物质是减振的好办法，其可推迟延长时间，缓解巨大的作用力，将柔性体滤袋采用简便拉紧的办法，改造为近似刚体，振打的作用时间就可在停风的条件下缩短为0.1～0.2ms，产生的强大瞬时爆发力以超高频均匀传递到整个滤袋，表面附灰层因承受巨大的惯性力而与过滤表面分离后就自行沉降到灰斗，由此耗能很少就实现了彻底均匀清灰。
例如：除尘器配套的振打装置，打锤重7kg，实测从振打锤所获得的振打加速度为3700m/s2（1kg的重力加速度9.8m/s2），按牛顿第二定律，F=MA，振打力的峰值为7×3700=25,900N。振打产生的瞬时清灰力达25.9t，极其巨大。
这种极简易的组合清灰功效之高，可等同于电除尘器，而压缩空气喷吹作用时间为0.1～0.15s、爆炸时间为0.1～0.055s均遥不可及，脉冲反吹功效低、耗能高、损坏滤袋、设备复杂十分明显。
3 袋式除尘器的性能
常用的几种袋式除尘器的主要性能见表1。
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上述各式除尘器，均应满足下述要求：
（1）排放浓度限制在50mg/m3以下，预计今后更严，振打扁袋可将排放浓度限值调低到20mg/m3，已普遍选用最新的、除尘效率最高的毡类或复膜等滤料。
（2）正常运行阻力800～1500Pa，最多不超过2000Pa。
（3）除尘器的尘、净端隔开（即滤袋在花板上安装），是保持高除尘效率的关键 ，扁袋模块就位时有软垫，并用螺栓压紧稳定不动。
综上表所述，机械振打扁袋除尘器，彻底解决了脉冲反吹圆袋除尘器在高温除尘难以跨越的六大障碍：
（1）适应大型化要求，是机械振打扁袋除尘器提高技术经济指标最重要的性能之一。大型化最基本的要求是除尘器占地小，扁袋除尘器比圆袋除尘器占地面积小 4倍多，这就为调低滤速、选择附灰层较厚、清灰周期较长的理想除尘性能创造了条件。附灰层含有反应不完全的脱硫剂，比电除尘脱硫率提高10个百分点。
（2）解决了高温袋式除尘器清灰难题。由于炉窑排烟所含的烟尘微细，是在1000℃以上物质气化后冷凝成的微细而轻的粉尘，对过滤表面粘着力强，使附灰层的阻力增长较快。机械振打扁袋除尘器主要采用了耐高温、拉紧使用的玻纤滤料；采取了简便的少量低压反风辅助措施，分室停风清灰时就地吸入少量的低压反风，保证清灰该室处于反风状态（停风的负压一般为500Pa），滤袋表面的附灰层充气气化降低了与过滤面的粘结性，并使该室降温，相对湿度增加对清灰有利。机械振打清灰，爆发力强大，清灰均匀彻底。
（3）拉紧使用玻纤发挥了玻纤的优点，避免了它的缺点。经过改革的机械振打扁袋除尘器，实现了高效率、长寿命使用玻纤滤料，使高温除尘的技术水准和经济效益显著提高。
（4）采用垂直花板，水平拉紧外滤式扁袋组成组合式模块，尘端一切落灰毫无阻碍地直达灰斗。反吹圆袋由于垂直安装在水平花板上，滤袋也比较松驰，必须安排人工经常清扫水平花板袋口或袋底上的，袋外或袋内皱褶夹缝内的积灰，而扁袋水平拉紧在垂直花板上，光滑无折曲，不存在阻碍和堆积灰尘之处，机械冲击振打爆发力大、清灰迅速，自然沉降和清灰的灰尘可直落灰斗。
（5）清灰能源高效用于清灰，滤袋表面毫无机械磨损，保证了滤袋的长使用寿命。使用玻纤针刺毡，耐温高价格低、使用寿命长。
（6）玻纤滤袋模块式组装出厂，保持了最佳的原始强度，使用寿命很长。
机械振打扁袋由柔性变成了刚性，因而具有了清灰设备简便、清灰能耗效率高的电除尘器的优点，对比脉冲反吹的耗能大幅减少。
从上述对比资料可见，脉冲袋式除尘器发展到现在的低压脉冲，能耗比高压脉冲减少到了约1/5，可以采用方便就地设置的罗茨鼓风机，脉冲配件更集中简化。
4 机械振打扁袋除尘器和脉冲反吹圆袋除尘器的比较
4.1 革新袋型和清灰方法，提高了经济性和适用性
机械振打扁袋除尘器和脉冲反吹圆袋除尘器对比见表2。
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4.2 综合分析
（1）实验结果表明，在常温和相同的生产条件下，如常规滤料、过滤速度、阻力范围和清灰彻底，振打扁袋除尘器比反吹圆袋除尘器的除尘效率高0.05%，出口浓度低20mg/m3。主要是由于振打扁袋时，滤袋上的原始附灰层能较好保持，而反吹圆袋时滤袋的附灰有直接穿透现象。
（2）滤袋为适应高效振打清灰，变柔性为绷紧如鼓面的刚性体，这是个巨大的变化，使清灰能耗降低，不到脉冲喷吹清灰能耗的1/40，在经济和技术上与脉冲反吹形成了鲜明的对比。
5 应用实例
以15～20t/h煤粉锅炉排烟除尘采用的机械振打玻纤扁袋除尘器为例。振打玻纤扁袋除尘器比脉冲反吹PPS 滤料圆袋除尘器有很大的降耗节能空间。由于两种除尘器均可采用高除尘效率的滤料，故减排的效果相同，降耗和节能的经济效益对比如下：
振打扁袋除尘器占地面积为17.43m2，过滤速度 0.821m/min，过滤面积1589m2；脉冲反吹圆袋除尘器占地面积53m2，过滤速度1.1m/min，过滤面积1185m2。对比结果显示：
（1）圆袋比扁袋占地面积多35.57m2，即多67%；
（2）圆袋比扁袋多消耗钢材10.5t；
（3）圆袋比扁袋清灰多消耗电力36.65kW（压缩空气10m3，约合1kW）；
（4）扁袋比圆袋多消耗滤料404m2 ，由于圆袋的 PPS滤料比扁袋的玻纤滤料贵2倍多，因此扁袋比圆袋节约滤料费用约60%，且圆袋滤料使用寿命最长为4年，扁袋使用的玻纤滤料寿命已超过6年；
（5）扁袋的过滤速度较慢，过滤面上的附灰层较厚，如用于脱硫排烟除尘，脱硫效率可比电除尘提高10 个百分点。
鞍钢首先在轧钢厂的空气冷却通风系统完全采用了机械振打涤纶扁袋除尘器，使用10年来节能降耗效益显著，且滤袋完好；氧气厂的进风过滤也将原先采用的较复杂的高压脉冲圆袋除尘器改造替换成低压，这样就减少了系统配件复杂、耗能过大等缺陷。
变革后的机械振打式玻纤（涤纶）扁袋除尘器，具备了拉紧扁袋类似电除尘器刚性结构和机械冲击振打清灰的条件，较好地解决了脉冲反吹圆袋高温除尘器视为难题的以上问题，除尘系统大为简化，基本没有易损件，指示仪表和自动电控设备也经久耐用，消除了湿泥糊袋问题，减少了维护检修工作量。
参考文献：
胡源，陈水著.炉窑排烟高温袋滤除尘技术—振打式玻纤（涤纶）扁袋除尘器 [M].北京：中国建材工业出版社，2008.
(本文作者来自鞍钢设计研究院)
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