高溫除塵用金屬濾袋的設計要點

文 _ 謝敏 福建龍凈環(huán)保股份有限公司

國家發(fā)展改革委、環(huán)保部、國家能源局聯(lián)合下發(fā)的《煤電節(jié)能減排升級改造行動計劃(2014－2020)》要求，燃煤電廠的大氣污染物排放滿足超低排放。袋式除塵器具有過濾精度高、排放穩(wěn)定、適用范圍廣等優(yōu)點，特別是電袋復合除塵器，更是綜合了電除塵與袋除塵的優(yōu)點，適用范圍更廣。但是，當前普遍使用的化纖濾袋是由PPS、PTFE纖維紡織制成，可承受環(huán)境溫度低于200℃，這限制了電袋復合除塵器、布袋除塵器在高溫煙氣工況的適用范圍。因此，目前很多廠家都在研制耐高溫濾袋，如金屬濾袋、陶瓷濾袋等。本文是結(jié)合金屬濾袋中試過程中出現(xiàn)的問題，在解決問題過程中取得的經(jīng)驗，對金屬濾袋設計要點的小結(jié)。

金屬濾袋也稱為金屬纖維氈濾袋，是由純金屬纖維經(jīng)過無紡鋪制后燒結(jié)而成，具有耐高溫、耐腐蝕、方便回收等優(yōu)點。其過濾方式與現(xiàn)有化纖濾袋類似，如圖1所示。含塵氣體由外表面向內(nèi)通過金屬濾袋，粉塵被攔截在濾袋的外表面，隨著粉塵厚度增加，濾袋內(nèi)外壓差越來越大，再采用脈沖的方式清灰，在濾袋口吹入壓縮空氣使得粉塵剝離并落入灰斗，集中排出。

圖1 金屬濾袋表層過濾示意圖

1 金屬濾袋結(jié)構(gòu)特點分析

在工程運用中金屬濾袋與化纖濾袋的主要區(qū)別有：

（1）濾袋不同于普通的長化纖濾袋，長化纖濾袋可以折疊，所以它與袋籠的連接安裝可以直接在現(xiàn)場進行，其對接是依靠每段袋籠的擴張成型，實現(xiàn)與袋籠連接。但是金屬濾袋是不可以折疊的，因此每一段濾袋都需要先在廠里整體焊接成型，再運往現(xiàn)場安裝,為方便運輸、安裝需采用分節(jié)設計。

（2）濾袋可以采用龍骨一體化設計，化纖濾袋需要在內(nèi)部安裝獨立袋籠作為骨架。

（3）金屬濾袋無法像化纖濾袋那樣采用彈性卡箍通過張緊力與花板實現(xiàn)密封，金屬濾袋袋口多是采用法蘭式密封結(jié)構(gòu)。

（4）金屬纖維燒結(jié)氈是剛性濾材，化纖是柔性濾材，因此金屬濾袋清灰機制與化纖濾袋不同。

2 金屬濾袋結(jié)構(gòu)設計

金屬濾袋與化纖濾袋在工程運用中具有不同點，因此，金屬濾袋結(jié)構(gòu)設計時需要注意以下幾方面問題。

2.1 分節(jié)連接結(jié)構(gòu)設計

工程運用中為了降低設備占地面積、提高設備經(jīng)濟性，一般采用長濾袋設計方式，通常濾袋長度均在8m以上，化纖濾袋采用折疊的方式裝入包裝箱；而金屬濾袋由于自身結(jié)構(gòu)特點，無法折疊。因此，在金屬濾袋的結(jié)構(gòu)設計中，將其分為頭段、中段、尾部，采用3段分開發(fā)貨，在安裝現(xiàn)場再將上述3段金屬濾袋組件進行拼裝，此步驟的重點是：①保證連接位置不泄露；②分節(jié)連接結(jié)構(gòu)能方便現(xiàn)場安裝。

目前采用的有法蘭連接式和旋扣式對接結(jié)構(gòu)。法蘭連接式是在分節(jié)處采用法蘭盤設計，加上密封墊，周圈分布若干個螺栓，通過鎖緊螺栓，來達到密封。該設計具有連接可靠的優(yōu)點，但存在不足是安裝時需要鎖緊大量的螺栓，現(xiàn)場工作量偏大，若采用在法蘭背面開螺栓固定槽并配上棘輪扳手可大大提高安裝速度。

旋扣式對接結(jié)構(gòu)是采用旋轉(zhuǎn)斜槽卡扣讓上節(jié)凸端壓緊密封墊，再用插銷固定防止上下節(jié)相互轉(zhuǎn)動，起到防松緊固效果（圖2）。該結(jié)構(gòu)在設計與法蘭連接式最大的不同在于壓緊密封墊的預緊力是由安裝工人雙手帶動濾袋旋轉(zhuǎn)來提供，法蘭連接式則是靠鎖緊法蘭周邊螺栓來提供預緊力。該結(jié)構(gòu)雖然省去了鎖緊螺栓的工作，達到加快安裝速度，減少現(xiàn)場工作量的目的，但人工旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的預緊力能否使密封墊達到設定的壓緊形變，需要進一步測試。

法蘭連接式經(jīng)中試平臺使用檢驗，結(jié)果表明該連接方式可靠，無泄露現(xiàn)象。

圖2 旋扣式對接結(jié)構(gòu)簡圖

2.2 龍骨可采用一體式集成設計

金屬纖維氈濾袋因為本身采用金屬結(jié)構(gòu)具有良好的焊接性，設計時可將龍骨直接采用一體式集成，無需另外設計袋籠，該設計有利于減少運輸發(fā)貨體積，提高現(xiàn)場安裝效率。

2.3 袋口密封改進設計

金屬纖維氈濾袋由金屬纖維制成，柔韌性不足，因此無法像化纖濾袋那樣采用彈性卡箍通過張緊力與花板實現(xiàn)密封，金屬濾袋多是采用法蘭式密封結(jié)構(gòu)。

中試過程中發(fā)現(xiàn)采用法蘭式密封結(jié)構(gòu)的金屬濾袋袋口與花板連接處容易發(fā)生密封不嚴，導致泄露。

進一步分析導致密封不嚴的原因可能有：①花板或濾袋端部法蘭配合面平面度不夠，存在變形；②花板和金屬濾袋端部法蘭配合面粗超度與選用的墊片匹配不達標；③兩個配合面存在焊渣等雜質(zhì)，影響密封。

針對上述問題的處理方法如下：

（1）提高花板設計剛度，轉(zhuǎn)變花板設計思路

化纖濾袋是通過在袋口設置彈性卡箍，靠張緊力使化纖和花板孔內(nèi)表面緊密配合來實現(xiàn)密封，該結(jié)構(gòu)嚴格控制的是花板孔內(nèi)表面的加工圓度、粗超度，安裝時花板平面存在稍微輕量的變形仍然能密封，金屬濾袋是靠花板上表面和金屬濾袋法蘭背面緊密配合壓緊密封墊片來實現(xiàn)密封，對于花板我們應該嚴格保證的是上表面的平面度，而對于花板孔內(nèi)表面的圓度和粗糙度要求并不高，舊形式的花板在安裝中很容易變形，因此采用金屬濾袋需要改進花板結(jié)構(gòu)設計，可采用增加花板厚度、布置加強筋等辦法提高花板剛度。

（2）設計合適的表面粗糙度，與密封墊相匹配

正因為金屬濾袋是靠花板上表面和金屬濾袋法蘭背面緊密配合壓緊密封墊片來實現(xiàn)密封，設計花板上表面和金屬濾袋法蘭配合面的表面粗糙度是否與所選用的密封墊相匹配，就直接決定了密封是否可靠無泄漏。不同的密封墊對法蘭配合面粗糙度可見表1。

表1 不同密封墊法蘭密封面的表面粗糙度

（3）安裝時重點清潔密封面，不能存在顆粒雜質(zhì)

工程安裝現(xiàn)場難免會有焊渣、砂石等各種顆粒雜質(zhì)，設計圖紙上應標注特別提醒安裝時需要對密封面重點清潔，避免因為顆粒雜質(zhì)影響了密封效果。

2.4 設置合適的脈沖清灰制度

壓力峰值和最大反向加速度是衡量清灰性能好壞的重要指標，脈沖噴吹瞬間由于噴吹裝置噴出的清灰氣流使濾壁產(chǎn)生的最大壓力值稱為壓力峰值；脈沖噴吹時由于噴吹氣流使濾袋膨脹，由于濾袋張力作用而產(chǎn)生最大反向加速度。壓力峰值和越大最大反向加速度越大，清灰效果越好。

在脈沖清灰時，由于金屬纖維燒結(jié)氈是剛性濾材，濾材本身不會有較大變形，所以除塵器使用一段時間后金屬濾袋阻力逐漸增高，現(xiàn)場可通過逐漸提高氣包壓力的方法使除塵器的阻力保持在設計值之內(nèi)，此時應注意氣包壓力不是越大越好，因為清灰強度太大不僅增大壓縮空氣耗氣量，又會降低濾袋使用壽命，所以設計合適的脈沖清灰制度對金屬濾袋的正確運用具有重要作用。

3 小結(jié)

金屬濾袋具有比化纖濾袋更廣闊的適用工況范圍，例如燃煤電廠高溫無塵脫硝、垃圾焚燒、電爐煉鋼等高溫煙氣除塵行業(yè)領(lǐng)域，目前有技術(shù)人員在研發(fā)折疊式、可伸縮式等不同結(jié)構(gòu)金屬濾袋，總結(jié)金屬濾袋使用經(jīng)驗，對我國大氣環(huán)保工作具有積極意義。

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