高壓氣箱脈沖收塵器在礦渣粉磨線上的應(yīng)用

李 毅，馮 斌，郭曉東

鞍鋼集團(tuán)眾元產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司 遼寧鞍山 114001

對(duì) 于工業(yè)廢渣，國(guó)務(wù)院要求各部門加以綜合利用，變廢為寶，提倡“誰(shuí)排放誰(shuí)利用，誰(shuí)投資誰(shuí)收益”。對(duì)于建材行業(yè)，提出利用工業(yè)礦渣生產(chǎn)水泥。近 20 年來(lái)，我國(guó)水泥行業(yè)取得了長(zhǎng)足發(fā)展，水泥行業(yè)年消納工業(yè)廢渣已超過(guò) 2 億 t，占工業(yè)廢渣總利用量的一半以上。隨著高層建筑業(yè)的發(fā)展，高性能混凝土取代普通混凝土是大勢(shì)所趨。摻有礦渣粉的混凝土具有與鋼筋粘結(jié)力強(qiáng)、后期強(qiáng)度高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于建筑工程中，愈來(lái)愈受到建筑行業(yè)、交通行業(yè)的青睞。因此，建設(shè)礦渣粉磨廠，將礦渣粉磨成礦渣粉是必要的，也是鋼鐵工業(yè)和水泥行業(yè)尋找礦渣新用途的方向，符合國(guó)家調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、環(huán)境綜合治理、節(jié)能、清潔生產(chǎn)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)等方面的產(chǎn)業(yè)政策。但是，礦渣粉磨生產(chǎn)中產(chǎn)生大量的粉塵，其特點(diǎn)是細(xì)度小、質(zhì)量分?jǐn)?shù)高、含濕量高，造成各種袋式收塵器出現(xiàn)阻力高、糊袋、清灰阻力大等問(wèn)題。所以根據(jù)微粉生產(chǎn)線實(shí)際情況，設(shè)計(jì)合適的袋式收塵器顯得尤為重要。

1 狀況分析

試驗(yàn)研究表明，礦渣粉只有達(dá)到一定細(xì)度時(shí)才能充分水化。大于 60 μm 的顆粒屬于惰性粒子，對(duì)強(qiáng)度無(wú)積極作用，對(duì)強(qiáng)度起主導(dǎo)作用的是 30 μm 以下的粒子，小于 10 μm 的粒子含量多時(shí)對(duì)早期強(qiáng)度更有利。所以目前礦渣微粉生產(chǎn)線的產(chǎn)品表面積一般為 420～450 m2/kg，收塵器入口最佳溫度為 95～130 ℃，密度為 2.80～2.98 g/cm3[1]。礦渣微粉磨線近 20 年來(lái)發(fā)展迅猛，全國(guó)已有 200 多條生產(chǎn)線，已將超過(guò) 2 億 t礦渣轉(zhuǎn)化為建材優(yōu)質(zhì)成品礦渣粉。各大設(shè)計(jì)研究單位在研究礦渣微粉更高效回收的同時(shí)，考濾怎么樣降低其系統(tǒng)的低阻力、設(shè)備怎樣選型及結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，其中最重要的是礦渣粉收集的設(shè)備選型和設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[2]。袋式收塵器在生產(chǎn)中經(jīng)常發(fā)生運(yùn)行阻力偏高的狀況，直接導(dǎo)致集塵效率大幅下降、布袋使用壽命縮短、維修時(shí)間增加、產(chǎn)線運(yùn)轉(zhuǎn)率和產(chǎn)能降低。一般情況下，袋式收塵器的運(yùn)行阻力超過(guò) 1 200 Pa 時(shí)，就可以認(rèn)為運(yùn)行阻力較高了；當(dāng)收塵器的運(yùn)行阻力超過(guò)2 000 Pa 時(shí)，將會(huì)對(duì)生產(chǎn)線整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)發(fā)生重大影響。同樣的礦渣粉磨生產(chǎn)線，如果收塵器類型選擇和其內(nèi)部系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的差異，其設(shè)備自身產(chǎn)生的阻力會(huì)不盡相同，其會(huì)直接制約生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力和產(chǎn)品細(xì)度。

2 優(yōu)化目標(biāo)

高壓氣箱脈沖收塵器技術(shù)與低壓行噴收塵器技術(shù)都是八十年代引進(jìn)的美國(guó)技術(shù)[3]。高壓氣箱脈沖收塵器布袋一般不超過(guò) 3 m，以 2.5 m 長(zhǎng)度最佳，現(xiàn)場(chǎng)占用空間面積小，在礦渣粉磨線的應(yīng)用中體現(xiàn)出了很強(qiáng)的適應(yīng)性。

（1) 入口質(zhì)量分?jǐn)?shù)高 可直接處理入口質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá) 350 g/Nm3含塵氣體，既可作為凈化氣體的除塵設(shè)備，已成為高效選粉機(jī)和立式磨等配套成品回收最佳的設(shè)備。

（2) 收塵效率高 凈化后排放體含塵質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤10 mg/Nm3，收塵效率 ≥99.9%。

（3) 運(yùn)轉(zhuǎn)率高 可分室換袋，不停機(jī)維修，簡(jiǎn)單方便，隨主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)率達(dá) 100%。

（4) 使用壽命長(zhǎng) 采用進(jìn)口或國(guó)產(chǎn)高品質(zhì)脈沖閥，高效、穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)，配備優(yōu)質(zhì)針刺氈濾料，濾袋平均壽命達(dá)到 2 a 以上。

如果想要達(dá)到上述使用效果，應(yīng)該對(duì)每條粉磨線的地域、空間位置、不同風(fēng)量、溫度、濕度、粉塵性質(zhì)及其他參數(shù)進(jìn)行研究，局部采取相應(yīng)針對(duì)性設(shè)計(jì)，才能達(dá)到理想實(shí)用效果[4]。國(guó)內(nèi)很多收塵器廠家在多數(shù)情況下直接按統(tǒng)一圖紙制作，沒(méi)有做針對(duì)性的設(shè)計(jì)研究，所以在生產(chǎn)線運(yùn)行后逐步暴露出其使用效果不理想，達(dá)不到預(yù)期產(chǎn)能。

3 高壓氣箱脈沖收塵器

高壓氣箱脈沖收塵器如圖 1 所示，氣箱脈沖噴吹利用高速噴吹進(jìn)氣箱內(nèi)一定體積的氣體，使氣箱有限空間內(nèi)瞬間產(chǎn)生 5～7 kg/cm2高壓，高壓氣流從布袋口處沖向袋底部。當(dāng)脈沖氣流經(jīng)過(guò)脈沖閥噴嘴射出時(shí)，瞬間高壓誘導(dǎo)作用吸引箱體內(nèi)有效范圍內(nèi)的空氣沖入濾袋，誘導(dǎo)引入的空氣量高于脈沖閥所噴出量的 5～8 倍，產(chǎn)生的壓力沖入濾袋時(shí)加速度極快，很快傳遞到濾袋底部迫本濾袋和含粉塵的袋表面，在拉伸、膨脹、收縮的剪切作用下，粉塵脫離袋表面，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)力清灰[5]。

圖1 高壓氣箱脈沖收塵器Fig.1 High-pressure air box pulse dust catcher

高壓氣箱收塵器每個(gè)室都設(shè)計(jì)有噴吹口。一般噴吹口布置在遠(yuǎn)端的兩側(cè)形成對(duì)噴，使得兩面噴吹氣箱空間內(nèi)全部實(shí)現(xiàn)正壓，避免單面噴吹時(shí)脈沖閥側(cè)局部產(chǎn)生負(fù)壓。設(shè)計(jì)時(shí)脈沖閥兩側(cè)數(shù)量不同，工作面一側(cè)少于另一側(cè) 1 個(gè)或 2 個(gè)脈沖閥。開(kāi)口位置避免與對(duì)面噴口正對(duì)，噴射時(shí)脈沖閥噴口應(yīng)與對(duì)面錯(cuò)開(kāi)一定角度，避免氣流噴射對(duì)碰造成氣壓損失影響清灰。當(dāng)濾袋的長(zhǎng)度及數(shù)量確定后，再計(jì)算噴嘴孔徑，設(shè)計(jì)時(shí)沿氣流走向在收塵器進(jìn)風(fēng)口側(cè)臨近的 2 個(gè)室風(fēng)量較大，濾袋集粉塵較多，所以其脈沖閥孔徑應(yīng)大于其他室，開(kāi)孔數(shù)量由脈沖閥規(guī)格和每個(gè)室布袋數(shù)量決定[6]。

3.1 脈沖閥的優(yōu)化設(shè)計(jì)

（1) 噴射時(shí)脈沖閥噴口角度應(yīng) ≥ 0°，避免氣流吹向?yàn)V袋，造成濾袋口損壞，影響濾袋的清灰效果。

（2) 脈沖閥的數(shù)量和尺寸由每個(gè)室的濾袋數(shù)量及過(guò)濾面積計(jì)算確定。

（3) 高壓氣箱收塵器的脈沖閥應(yīng)選擇直角式，不能選擇淹沒(méi)式。淹沒(méi)式脈沖閥噴吹出的僅為其閥體腔內(nèi)儲(chǔ)存的氣體，噴射氣量少，氣箱內(nèi)產(chǎn)生的氣壓較小(低于 5～7 kg/cm2)。直角脈沖閥因閥體內(nèi)部設(shè)計(jì)有進(jìn)氣口，開(kāi)口時(shí)間較長(zhǎng)，能滿足較大氣體通過(guò)閥體出口噴射到收塵器氣箱內(nèi)，瞬間使氣箱封閉空間內(nèi)產(chǎn)生 5～7 kg/cm2的壓力，從而誘導(dǎo)周圍的空氣量產(chǎn)生較強(qiáng)氣流，達(dá)到較好的清灰強(qiáng)度。

(4) 直角脈沖閥尺寸的選擇，為避免布置數(shù)量過(guò)多增加開(kāi)孔數(shù)量，同時(shí)也為了避免在同一氣箱內(nèi)氣流太多而發(fā)生紊亂對(duì)碰損失氣壓，所以建議較大收塵器脈沖閥出口選擇 50.8～63.5 mm，提高每個(gè)氣室噴吹面積，降低收塵器整體體積。

（5) 為及時(shí)補(bǔ)充高壓氣，要在收塵器頂部距離脈沖閥較近的位置，多布置幾個(gè)≤ 1 m3高壓氣包，以及時(shí)提供脈沖閥噴吹氣。

3.2 布袋的優(yōu)化設(shè)計(jì)

高壓氣箱脈沖收塵器每個(gè)氣室數(shù)量 (以布袋口徑φ130 mm 為例) 不應(yīng)超過(guò) 128 條。因脈沖閥口徑有限吹進(jìn)的高速高壓氣流一定，一般每個(gè)直角脈沖閥一次噴吹氣體量為 0.4～0.5 m3，噴吹面積為 34～42 m2，每個(gè)直角脈沖閥能夠噴吹濾袋 32 個(gè)。布袋數(shù)量與脈沖閥規(guī)格及數(shù)量不匹配會(huì)嚴(yán)重影響收塵器清灰效果[7]。布袋高度一般不應(yīng)超過(guò) 2.5 m，當(dāng)受空間限制不得不加長(zhǎng)時(shí)也不能超過(guò) 3 m。如果布袋長(zhǎng)度設(shè)計(jì)不合理，因高壓氣箱脈沖收塵器清灰原理與行噴收塵器的噴嘴原理不同，袋口初始?xì)饬魉俣鹊停瑖娚溲爻潭?，清灰力度不能到達(dá)濾袋底部，吸附在袋表層粉塵不能及時(shí)脫離，造成局部積灰，導(dǎo)致收塵設(shè)備阻力增高，濾袋負(fù)荷不均，減少了濾袋壽命，影響清灰效果。

濾袋合理的間距布置可有效降低布袋底部箱體上升氣流速度，使濾袋獲得最佳過(guò)濾風(fēng)速。礦渣粉磨生產(chǎn)線由于粉塵顆粒小、質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，又有一定黏性，所以布袋式收塵器濾袋的過(guò)濾風(fēng)速設(shè)計(jì)為 0.7～1.0 m/min，可有效避免收塵器由于濾袋表面過(guò)多粉塵附著而導(dǎo)致運(yùn)行阻力升高[8]。

3.3 氣箱室的優(yōu)化設(shè)計(jì)

由于高壓氣箱脈沖收塵器每個(gè)室的濾袋布置一般為 128 條，噴吹周期較短，需要大量高壓空氣，還需要大量外引氣流量，要達(dá)到較好的清灰效果，合適的氣箱室高度才能保證系統(tǒng)內(nèi)能夠提供大量外引空氣。氣箱室高度應(yīng)根據(jù)濾袋數(shù)量、濾袋長(zhǎng)短，通過(guò)計(jì)算來(lái)確定。過(guò)低則不能提供噴吹外補(bǔ)氣流的效果，過(guò)高則設(shè)備體積增大、投資增加，同時(shí)消耗氣箱內(nèi)靜壓力。氣箱室濾袋孔板的設(shè)計(jì)也尤為重要，孔板的開(kāi)孔距不能過(guò)大，否則會(huì)增加設(shè)備體積從而增大投資，如果設(shè)備追求過(guò)小的體積使其濾袋布置過(guò)密，會(huì)增大風(fēng)阻?？椎耐膺吘壘嘞潴w側(cè)板應(yīng)不少于 80 mm，從而防止濾袋下部與側(cè)箱板摩擦破損。孔板厚度不能過(guò)薄，否則會(huì)影響孔板剛度，在濾袋的重力和瞬時(shí)噴吹力的影響下導(dǎo)致孔板位移使濾袋底部產(chǎn)生接觸摩擦濾袋破損。氣箱的頂部板也要保證一定的剛度，否則噴吹時(shí)會(huì)因頂板位移損耗氣箱室內(nèi)的凈氣壓。

3.4 卸灰閥的優(yōu)化設(shè)計(jì)

氣箱室收塵器的卸灰閥盡量設(shè)計(jì)為翻板式。設(shè)計(jì)時(shí)口徑一般大于 600 mm×600 mm，同時(shí)在翻板卸灰閥的正上方設(shè)置 1 塊 V 形鎖風(fēng)板，防止卸灰時(shí)底部外風(fēng)進(jìn)入，提高收塵器的清灰效果。

3.5 收塵器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

高壓氣箱脈沖收集器如圖 2 所示。箱體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對(duì)收塵器在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)的系統(tǒng)阻力影響非常大，包括收塵器進(jìn)出風(fēng)口管道截面設(shè)計(jì)、收塵器內(nèi)部均風(fēng)均壓設(shè)計(jì)、布袋室下方箱體截面積的計(jì)算。各部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理會(huì)造成設(shè)備運(yùn)行阻力升高，一般高壓氣箱脈沖收塵器阻力為 400～700 Pa，進(jìn)口風(fēng)速越高其設(shè)備運(yùn)行阻力越大。所以粉磨工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)收塵器進(jìn)口管道風(fēng)速一般控制在 10～12 m/s[8]，進(jìn)入每個(gè)布袋室的風(fēng)速應(yīng)控制在 10 m/s 之內(nèi)，這樣有利于箱體內(nèi)各點(diǎn)風(fēng)速均勻又能減少風(fēng)速過(guò)快而產(chǎn)生過(guò)高的阻損。

圖2 高壓氣箱脈沖收集器Fig.2 High-pressure air boxpulse collector

很多高壓氣箱脈沖收塵器的制造廠家沒(méi)有根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用實(shí)際條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，不重視進(jìn)出口風(fēng)管道截面積、設(shè)備內(nèi)均風(fēng)布置、氣流走向的位置風(fēng)速匹配，導(dǎo)致在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)生如下問(wèn)題：①收塵器進(jìn)口風(fēng)管道截面積過(guò)小，含塵氣體風(fēng)速過(guò)快，當(dāng)氣體進(jìn)入收塵器后不能降低到合理風(fēng)速，造成入口處風(fēng)向紊亂，產(chǎn)生風(fēng)阻；② 當(dāng)含塵氣體進(jìn)入布袋下方風(fēng)箱時(shí)，如果各布袋下方風(fēng)箱截面積不合理，使風(fēng)速進(jìn)一步增加，造成布袋磨損增大、設(shè)備阻力增大；③如果收塵器進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速太快，不能使氣體中粉塵在收塵器內(nèi)形成有效的初次降塵，在布袋下方風(fēng)箱內(nèi)也沒(méi)有完成 2 次風(fēng)降，就會(huì)使含塵氣體進(jìn)入灰斗時(shí)，布袋表面粉塵附集量增大，增大收塵器設(shè)備阻力，造成工藝系統(tǒng)生產(chǎn)所需循環(huán)風(fēng)量不足而影響產(chǎn)量。

4 結(jié)語(yǔ)

科學(xué)的工藝設(shè)計(jì)、合理的設(shè)備選型、外配件的參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)是高壓氣箱脈沖收塵器是否能夠良性運(yùn)轉(zhuǎn)的重要環(huán)節(jié)。生產(chǎn)運(yùn)行中正確、準(zhǔn)確、科學(xué)的管理與維護(hù)是高壓氣箱脈沖收塵器高效運(yùn)行的保證，其使用壽命長(zhǎng)、收塵效率高、運(yùn)轉(zhuǎn)率高、處理風(fēng)量大等優(yōu)點(diǎn)才能充分體現(xiàn)。同時(shí)高壓氣箱脈沖收塵器具有技術(shù)含量高、適應(yīng)性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高的優(yōu)點(diǎn)。所以在高壓氣箱脈沖收塵器選型、制造時(shí)能夠進(jìn)行針對(duì)性的優(yōu)化設(shè)計(jì)，其在礦渣粉磨生產(chǎn)線中將會(huì)得到更好的應(yīng)用。