步進(jìn)式脈沖袋式除塵器淺析

許善文，韓克余，張朝友，袁志勇

（遵義市貴科科技有限公司，貴州 遵義 563005）

步進(jìn)式脈沖袋式除塵器淺析

許善文，韓克余，張朝友，袁志勇

（遵義市貴科科技有限公司，貴州 遵義 563005）

論述了目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最多的幾種脈沖袋式除塵器的優(yōu)點(diǎn)和不足，介紹了步進(jìn)式長(zhǎng)袋低脈沖袋式除塵器、步進(jìn)式回轉(zhuǎn)脈沖袋式除塵器的工作原理、關(guān)鍵技術(shù)的解決辦法及關(guān)鍵零部件、元器件的設(shè)計(jì)選型。

脈沖袋式除塵器；脈沖閥；步進(jìn)電機(jī)；走行機(jī)構(gòu)；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

1 脈沖袋式除塵器概述

脈沖袋式除塵器是20世紀(jì)50年代美國(guó)人萊茵豪爾（Reinhauer）發(fā)明的，是一種外濾式、利用脈沖閥、噴吹管周期性向?yàn)V袋內(nèi)噴入壓縮空氣達(dá)到清灰目的的袋式除塵器，屬于高效除塵器。其凈化效率達(dá)99%以上，粉塵排放濃度低于50mg/Nm3，壓力損失在1200~1500Pa，過(guò)濾速度為0.8~1.5m/min，采用針刺氈濾料，使用壽命較長(zhǎng)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，廣泛應(yīng)用于工業(yè)爐窯煙氣凈化和粉塵回收。

脈沖袋式除塵器應(yīng)用最多的是：氣箱式脈沖袋式除塵器、長(zhǎng)袋低壓脈沖袋式除塵器和低壓回轉(zhuǎn)脈沖袋式除塵器。

1.1 氣箱式脈沖袋式除塵器

氣箱式脈沖袋式除塵器又稱箱式脈沖除塵器，1臺(tái)除塵器分為若干個(gè)濾袋室，每個(gè)濾袋室設(shè)1~2個(gè)脈沖閥，不設(shè)噴吹管，采用箱式脈沖噴吹。氣箱式脈沖袋式除塵器的優(yōu)點(diǎn)是：噴吹裝置簡(jiǎn)單、換袋方便、投資低；缺點(diǎn)是：每個(gè)室的濾袋數(shù)量受限，最多只有128條，濾袋的長(zhǎng)度較短，一般為2.45m，最長(zhǎng)不超過(guò)3m，占地面積大，只適用于處理風(fēng)量不大或室內(nèi)安裝的中小型除塵器。

1.2 長(zhǎng)袋低壓脈沖袋式除塵器

長(zhǎng)袋低壓脈沖袋式除塵器又稱管式脈沖袋式除塵器，行脈沖清灰除塵器。早期的脈沖袋式除塵器的濾袋長(zhǎng)度為2~4m，當(dāng)淹沒(méi)式脈沖閥出現(xiàn)以后，由于脈沖閥噴吹氣量加大，引射空氣量增加，濾袋長(zhǎng)度增加到6~8m。不僅減少了占地面積，減少了鋼耗，降低了成本，還促進(jìn)了脈沖袋式除塵器的大型化，成為目前技術(shù)最先進(jìn)、應(yīng)用最多的除塵設(shè)備。但長(zhǎng)袋低壓脈沖袋式除塵器采用的是行脈沖清灰，噴吹系統(tǒng)由每個(gè)室設(shè)1個(gè)分氣包，每行濾袋的上方設(shè)1根噴吹管及與濾袋對(duì)應(yīng)的噴嘴。每根噴吹管設(shè)一個(gè)脈沖閥。因此1臺(tái)大型長(zhǎng)袋低壓脈沖袋式除塵器有數(shù)百個(gè)脈沖閥和數(shù)百根噴吹管，這不僅增大了設(shè)備的投資，且設(shè)備運(yùn)行中故障率高，并給制造、安裝、維修工作帶來(lái)了很大困難。

1.3 低壓回轉(zhuǎn)脈沖袋式除塵器

低壓回轉(zhuǎn)脈沖袋式除塵器，又稱連續(xù)機(jī)械回轉(zhuǎn)脈沖除塵器。我國(guó)電力行業(yè)部門從德國(guó)Lurgi公司引進(jìn)的低壓回轉(zhuǎn)脈沖除塵器具有國(guó)際先進(jìn)水平，用于國(guó)內(nèi)大型電站鍋爐煙氣除塵。該除塵器采用扁圓形濾袋，并按同心圓方式布置安裝在圓筒形濾袋室內(nèi)，每個(gè)筒體內(nèi)可安裝1156條濾袋，濾袋長(zhǎng)度8m。每臺(tái)除塵器的過(guò)濾面積達(dá)3700m2，并設(shè)有1套連續(xù)回轉(zhuǎn)脈沖清灰裝置，清灰裝置由氣包、脈沖閥、垂直導(dǎo)風(fēng)管和互為120°的3根水平噴吹管組成，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)。每根噴吹管上均設(shè)有一定數(shù)量的噴嘴與一定圓周上排列的濾袋相對(duì)應(yīng)，脈沖閥直徑為150~350mm，氣源由羅茨風(fēng)機(jī)提供，壓力為0.08MPa。

脈沖噴吹清灰具有氣箱式脈沖清灰的優(yōu)點(diǎn)，1臺(tái)除塵器僅需要1個(gè)脈沖閥，利用3根噴吹管進(jìn)行脈沖噴吹清灰，解決了長(zhǎng)袋低壓脈沖袋式除塵器噴吹多、脈沖閥多的難題。同時(shí)1臺(tái)除塵器就是1個(gè)獨(dú)立的筒體，當(dāng)需要處理大風(fēng)量時(shí)，可以采用多臺(tái)除塵器并聯(lián)，屬于典型的模塊化設(shè)計(jì)，有利于工廠化生產(chǎn)，增減十分方便。但該除塵器采用扁圓形濾袋，按同心圓布置，采用連續(xù)回轉(zhuǎn)脈沖噴吹清灰，位于內(nèi)圓和外圓的濾袋清灰頻率相差數(shù)倍，造成濾袋壽命不等。同時(shí)，噴吹管上的噴嘴難以對(duì)準(zhǔn)濾袋中心，清灰的有效性不如長(zhǎng)袋低壓脈沖袋式除塵器。采用扁圓形濾袋和扁圓形袋籠給制造安裝維修也會(huì)帶來(lái)困難。

2 步進(jìn)式脈沖袋式除塵器的結(jié)構(gòu)和工作原理

步進(jìn)式脈沖袋式除塵器是在總結(jié)了目前國(guó)內(nèi)外脈沖袋式除塵器的基礎(chǔ)上，采用先進(jìn)技術(shù)、具有國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平的脈沖袋式除塵器。步進(jìn)式脈沖袋式除塵器包括步進(jìn)式長(zhǎng)袋低壓脈沖除塵器和步進(jìn)式回轉(zhuǎn)脈沖除塵器。其結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖1。

圖1 步進(jìn)式脈沖袋式除塵器結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 步進(jìn)式長(zhǎng)袋低壓脈沖袋式除塵器結(jié)構(gòu)和工作原理

步進(jìn)式長(zhǎng)袋低壓脈沖袋式除塵器與現(xiàn)有的長(zhǎng)袋低壓脈沖除塵器的結(jié)構(gòu)基本相同，所不同的是，凈氣室為通室，不設(shè)分室隔板，同時(shí)兼作凈氣通道。脈沖噴吹裝置安裝在凈氣室橫向兩側(cè)的導(dǎo)軌上，脈沖噴吹裝置由1個(gè)氣包、2個(gè)脈沖閥、2根噴管和齒輪齒條支座組成。2根噴吹管安裝在氣包內(nèi)，噴嘴伸出氣包外。走行機(jī)構(gòu)由步進(jìn)電機(jī)、支座、齒輪、齒條組成。氣包安裝在走行機(jī)構(gòu)的支座上。其工作原理是：由脈沖控制儀向步進(jìn)電機(jī)輸入一定數(shù)量的脈沖，使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一定角度，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)輸出軸上的齒輪和固定在凈氣室導(dǎo)軌上的齒條，將步進(jìn)電機(jī)的角位移轉(zhuǎn)換成直線位移。當(dāng)直線位移等于濾袋間距，噴吹管上的噴嘴對(duì)準(zhǔn)濾袋中心時(shí)，步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)打開(kāi)脈沖閥對(duì)準(zhǔn)濾袋進(jìn)行脈沖噴吹清灰。一行清灰結(jié)束后，步進(jìn)式走行機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)入到下行進(jìn)行脈沖清灰，直至全部濾袋清灰結(jié)束，脈沖噴吹裝置快速返回到起始位置，按照清灰程序進(jìn)行下一輪的清灰。

采用步進(jìn)式長(zhǎng)袋低壓脈沖袋式除塵器的優(yōu)點(diǎn)是：1臺(tái)除塵器只設(shè)1個(gè)氣包、2個(gè)脈沖閥、2根噴吹管和1套步進(jìn)式走行機(jī)構(gòu)。與現(xiàn)有的長(zhǎng)袋低壓脈沖袋式除塵器比較，氣包、噴吹管、脈沖閥數(shù)量減少了90%以上，投資節(jié)省20%，制造、安裝、維修的工作量減少，施工難度降低，可靠性提高，故障率降低。完全可以應(yīng)用于正壓、負(fù)壓除塵系統(tǒng)和在線清灰、離線清灰除塵系統(tǒng)。

2.2 步進(jìn)式回轉(zhuǎn)脈沖袋式除塵器結(jié)構(gòu)及工作原理

步進(jìn)式回轉(zhuǎn)脈沖袋式除塵器和現(xiàn)有低壓回轉(zhuǎn)脈沖袋式除塵器一樣為圓筒形結(jié)構(gòu)，但濾袋、花板、脈沖噴吹機(jī)構(gòu)有很大改進(jìn)。濾袋采用圓形濾袋，濾袋內(nèi)設(shè)防癟環(huán)，下端用彈簧拉緊并固定在格柵上。花板孔全部布置在5°等圓周角線上的特殊設(shè)計(jì)。回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用步進(jìn)式電機(jī)驅(qū)動(dòng)，安裝在氣包的頂部，氣包安裝在凈氣室，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)伸出凈氣室頂蓋，噴吹主管穿過(guò)氣包底部，3根噴吹支管按0°，115°、230°布置，每根噴吹管上的噴嘴對(duì)應(yīng)不同圓周上的濾袋。其工作原理是：脈沖控制儀對(duì)步進(jìn)電機(jī)輸入一定數(shù)量的脈沖，步進(jìn)電機(jī)按花板上2條濾袋的圓周角轉(zhuǎn)過(guò)一定角度，使3根噴吹管上的噴嘴對(duì)準(zhǔn)不同濾袋的中心，停止轉(zhuǎn)動(dòng)，打開(kāi)脈沖閥，對(duì)準(zhǔn)濾袋中心進(jìn)行定點(diǎn)噴吹裝置。步進(jìn)式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)360°，每條濾袋只噴吹1次。步進(jìn)式回轉(zhuǎn)脈沖袋式除塵器結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖2。

圖2 步進(jìn)式回轉(zhuǎn)脈沖袋式除塵器結(jié)構(gòu)示意圖

采用步進(jìn)式回轉(zhuǎn)脈沖袋式除塵器的優(yōu)點(diǎn)是：濾袋為圓形，制造、安裝方便；步進(jìn)式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)過(guò)360°，每條濾袋只噴吹1次，保證了濾袋等的壽命；實(shí)現(xiàn)了定點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)濾袋中心脈沖清灰，清灰效果好。氣包安裝在凈氣室，提高了噴吹管在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的穩(wěn)定性；提高了噴吹氣源溫度，有利于防止濾袋結(jié)露；采用多臺(tái)除塵器并聯(lián)組成大型脈沖袋式除塵器，可隨時(shí)根據(jù)煙氣量的增減調(diào)整除塵器的臺(tái)數(shù)，并有利于模塊化設(shè)計(jì)和工廠化生產(chǎn)。

3 關(guān)鍵技術(shù)

工業(yè)爐窯除塵系統(tǒng)應(yīng)隨工業(yè)爐窯連續(xù)運(yùn)行，排出的煙氣多為含有SO2等腐蝕性氣體的高溫含塵煙氣，經(jīng)過(guò)除塵器除塵的凈化氣仍含有腐蝕性氣體，凈氣溫度也在80℃以上。因此，將脈沖噴吹系統(tǒng)、步進(jìn)式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝在凈氣室，其脈沖閥、步進(jìn)電機(jī)、供氣管必須滿足耐高溫、耐腐蝕、高可靠性的要求，這也是步進(jìn)式脈沖袋式除塵器的關(guān)鍵技術(shù)。

3.1 氣包噴吹管的設(shè)計(jì)

氣包作為脈沖噴吹系統(tǒng)的儲(chǔ)氣設(shè)備，需承受0.8MPa的氣壓。一般直徑為Φ325～350mm，長(zhǎng)度4～7m，采用Q235A結(jié)構(gòu)鋼制造，壁厚為8mm，重量達(dá)300～550kg，而我國(guó)大功率步進(jìn)電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩只有80Nm，這就要求要盡量減輕氣包噴吹管的重量。設(shè)計(jì)時(shí)采用強(qiáng)度高、耐高溫、耐腐蝕、膨脹系數(shù)和花板材料相近似的2Cr13、Cr17Ni2的不銹鋼制造，由于2Cr13、Cr17Ni2不銹鋼的抗拉強(qiáng)度分別是235A的2.64～4.4倍，則氣包的壁厚可減少到2～3mm，重量降到170～200kg，這就為采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)創(chuàng)造了條件。同時(shí)由于不銹鋼不銹蝕，有利于保證壓縮空氣的潔凈度，保證脈沖閥的正常工作。不銹鋼的膨脹系數(shù)和普通鋼相近，不會(huì)因材料的受熱膨脹而導(dǎo)致噴嘴與濾袋孔中心的不同心。

3.2 步進(jìn)式走行機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型

步進(jìn)式走行機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的位置控制是靠步進(jìn)電機(jī)或交直流伺服電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)和控制的。這兩種都是特種電機(jī)，都能精確地控制速度。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蛑本€位移的開(kāi)環(huán)控制。在非超負(fù)荷的情況下，電機(jī)轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖的個(gè)數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)收到一個(gè)脈沖信號(hào)后就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，一步一步運(yùn)行，并通過(guò)控制脈沖數(shù)就可控制角位移量，從而達(dá)到精確定位的目的，同時(shí)通過(guò)控制脈沖頻率控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度和加速度，達(dá)到高速移動(dòng)的目的。近年來(lái)，由于混合式大功率步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)性能不斷提高，靜力矩可達(dá)到80Nm，實(shí)現(xiàn)了高頻率高速驅(qū)動(dòng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，除功率放大器外，其驅(qū)動(dòng)控制全部都由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。步進(jìn)電機(jī)應(yīng)選用耐高溫的步進(jìn)電機(jī)，國(guó)內(nèi)已有廠家生產(chǎn)。也可在步進(jìn)電機(jī)的外殼涂刷隔熱涂料以滿足要求。

步進(jìn)式脈沖袋式除塵器的步進(jìn)式走行機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)屬運(yùn)動(dòng)部件，但具有較穩(wěn)定的負(fù)載，在移動(dòng)過(guò)程中電機(jī)的轉(zhuǎn)速很低，不易出現(xiàn)失步和過(guò)沖現(xiàn)象。采用混合式大功率步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)式走行機(jī)構(gòu)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、容易控制、步距角準(zhǔn)確、無(wú)積累誤差、運(yùn)行可靠、維修方便等特點(diǎn)，已在我國(guó)大型數(shù)控機(jī)床中廣泛應(yīng)用，完全可以滿足步進(jìn)式脈沖袋式除塵器的要求。

步進(jìn)電機(jī)選型應(yīng)遵守以下原則：1）步進(jìn)電機(jī)的步距角應(yīng)滿足傳動(dòng)系統(tǒng)脈沖當(dāng)量的要求；2）步進(jìn)電機(jī)的靜力矩應(yīng)滿足走行、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的空載快速啟動(dòng)力矩的要求；3）步進(jìn)電機(jī)步距角應(yīng)與機(jī)械系統(tǒng)相匹配，脈沖當(dāng)量可通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)提高精度，由于傳動(dòng)比值一般不會(huì)等于1，因此必須有一個(gè)減速裝置來(lái)過(guò)渡；4）步進(jìn)電機(jī)能滿足凈氣室凈氣溫度的要求，一般需要通過(guò)特殊訂貨來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.3 脈沖閥的選型

脈沖閥是脈沖袋式除塵器的關(guān)鍵設(shè)備。目前國(guó)產(chǎn)的脈沖閥有膜片式脈沖閥和活塞式脈沖閥。膜片式脈沖閥的膜片有橡膠膜片和硬塑料膜片，有常溫（-40℃～90℃）膜片和耐高溫（-40℃～230℃）膜片，工作壓力0.8MPa，工作壽命不低于5萬(wàn)h。目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多，價(jià)格也低。

活塞式脈沖閥是法國(guó)ALSTOM公司在總結(jié)了以往膜片式脈沖閥的故障原因后設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的。目前在國(guó)內(nèi)企業(yè)已有批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，其出口直徑為105mm、135mm。

活塞式脈沖閥與膜片式脈沖閥比較，具有以下特點(diǎn)：1）打開(kāi)迅速，因此沖擊壓力損失非常?。?）打開(kāi)順序易于控制，可根據(jù)工藝要求選擇最佳的空氣量；3）壓縮空氣損耗低，與膜片式脈沖閥相比可減少壓縮空氣耗量；4）結(jié)構(gòu)緊湊，外形尺寸比膜片閥小很多；5）采用出口直徑105mm、135mm大口徑活塞式脈沖，可增大濾袋直徑、增加濾袋長(zhǎng)度或增加噴吹濾袋數(shù)量；6）使用壽命可達(dá)10萬(wàn)h。

根據(jù)活塞式脈沖閥的特點(diǎn)，步進(jìn)式脈沖袋式除塵器應(yīng)選用活塞式脈沖閥為宜?；钊矫}沖閥沒(méi)有橡膠膜片，能耐高溫，但應(yīng)配高溫電磁閥。

3.4 脈沖噴吹系統(tǒng)水平移動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)水平移動(dòng)的裝置要有滾動(dòng)摩擦直線導(dǎo)軌，齒輪、齒條傳動(dòng)和擾性傳動(dòng)。本設(shè)計(jì)方案采用齒輪、齒條傳動(dòng)，齒輪固定在步進(jìn)電機(jī)輸出軸上，齒條固定在箱體兩側(cè)的導(dǎo)軌上，1臺(tái)步進(jìn)式走行機(jī)構(gòu)上安裝有2個(gè)主動(dòng)齒輪、2個(gè)從動(dòng)齒輪，可實(shí)現(xiàn)無(wú)側(cè)隙平穩(wěn)移動(dòng)，齒輪、齒條采用不銹鋼材料制造。

3.5 供氣管路設(shè)計(jì)要求

供氣管路隨脈沖噴吹系統(tǒng)移動(dòng)。因此，要求供氣管路應(yīng)選用耐高溫的硅膠軟管，在管外用不銹鋼軟管作護(hù)套。

3.6 凈氣室高度設(shè)計(jì)

目前國(guó)內(nèi)脈沖袋式除塵器凈氣室高度設(shè)計(jì)都較低，在凈氣室頂上設(shè)有檢修人孔蓋，如果制造安裝不當(dāng)易造成漏氣和漏水。為方便脈沖噴吹裝置的檢修，利用凈氣室作凈氣排氣通道，要想減少漏氣、杜絕漏水，增加凈氣室高度、取消活動(dòng)頂蓋是必要的。如果將凈氣室高度增加到2米，濾袋袋籠由3~4節(jié)組成，就可在室內(nèi)換袋。凈氣空間增大，凈氣流速降低，有利于提高脈沖清灰效果。

3.7 采用柔性濾袋

由于采用噴吹管徑為135mm的活塞式脈沖閥，噴吹氣量大大提高，濾袋的直徑和長(zhǎng)度可增加，當(dāng)濾袋直徑增大到180mm時(shí)，有實(shí)驗(yàn)證明：采用防癟環(huán)代替濾袋袋籠，下端彈簧拉緊是完全可行的。不僅制造、運(yùn)輸、安裝、維修方便，還徹底消除了濾袋之間碰撞造成的損壞。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)目前傳統(tǒng)袋式除塵的缺點(diǎn)提出的改進(jìn)技術(shù)方案，對(duì)袋式除塵技術(shù)有促進(jìn)作用。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新技術(shù)、新工藝、新材料、新型元器件的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，袋式除塵技術(shù)必將提高到一個(gè)嶄新的水平。

[1] 孫熙.袋式除塵器與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[2] 張殿印，王純.脈沖袋式除塵器手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

[3] 陳隆樞，陶暉.袋式除塵器技術(shù)手冊(cè)[M].北京：北京機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

Analysis the Step Type Pulsed Bag Hose Precipitator

XU Shan-wen, HAN Ke-yu, ZHANG Chao-you, YUAN Zhi-yong

(Zunyi City Guike Technology Co., Ltd, Guizhou Zunyi 563005, China)

The paper discusses the strongpoints and dis-suf ficiency of the several pulsed bag hose precipitator used widely in the country, presents step long bag and low pulsed bag hose precipitator, the working principle of step type turning pulsed bag hose precipitator, the solving methods of key technology and spare parts as well as the designing model selection of parts of an apparatus.

pulsed bag hose precipitator; pulse valve; step motor; walking institution; turning institution

X701

A

1006-5377（2017）10-0049-04