袋除塵器的改造措施

孫海全

袋除塵器的改造措施

孫海全

Modification Measures of Bag Filter

對金隅贊皇2號水泥窯頭袋除塵器進行了升級改造，改變了原除塵器濾袋壽命短、破損率高、漏風嚴重的現狀。在結構改造方案中，利用我公司專有的袋除塵器CFD軟件模擬優化內部分風狀況，徹底解決了原有除塵器存在的問題，實現了低阻力、低排放、可靠耐用等目標。

袋改袋；計算流體力學（CFD）；流場均勻；節能減排

1 改造原因

河北贊皇4 000t/d水泥窯頭原為氣箱型布袋除塵器，濾袋的規格為?130mm×4 000mm，除塵器結構主要采用脈沖壓縮空氣分室進行濾袋清灰，清灰模式均為離線清灰。此種清灰模式下，濾袋的最大規格受到限制。由于濾袋過長，清灰不力，清灰不均勻，部分濾袋會出現粉塵負荷較大的狀況，從而產生各個袋室阻力不均衡的情況，而且很快導致濾袋破損。改造之前各個袋室均存在濾袋破損情況，半年破損率高達20%，另外，頂換袋結構造成系統漏風率較大、能耗損失嚴重。鑒于上述情況，金隅贊皇水泥有限公司決定對現有窯頭袋除塵器進行改造。2014年12月，中材裝備集團有限公司利用22d的停窯檢修時間對金隅贊皇水泥有限公司的除塵器進行了升級改造，徹底解決了上述問題。經過當地環保局的監測，測試結果（見表1）完全符合國家排放標準。

2 改造技術方案

表1 運行參數

經過現場實地勘察及相關數據研討，決定保留原有除塵器的基礎和立柱、灰斗及灰斗下方的輸灰系統。由于結構需要加高，灰斗以上殼體部分無法保留，所以全部拆除并安裝新的除塵器部件。進出氣口非標管道的設計也結合CFD軟件模擬進行了必要的優化，以保證改造后的袋除塵器具有良好使用效果，具體的外形方案和相關參數見表2和圖1。

表2 窯頭袋改袋設計參數

圖1 改造外形

2.1 除塵器本體的改造

經核算，原有袋除塵器的設計參數不能滿足生產要求，按合理的參數設計方案與原結構匹配較困難，無法最大限度地借用原殼體，因此，我們必須將此氣箱脈沖袋除塵器改成行噴吹袋除塵器，采用內換袋結構。為降低改造成本和縮短改造時間，我們利用原有土建基礎并保留原有立柱、灰斗、輸灰系統及底梁。在新的設計方案中，主要部件包含殼體、樓梯平臺、壓縮空氣系統、進出口非標管道和濾袋袋籠等，其中改造的重點是進出口的非標管道。若改造方案制定得當，將會延長濾袋的使用壽命。此方案必須按改造后的設備對土建基礎進行載荷校核，計算出新增加的載荷和拆除載荷的差值，并結合當地的風壓，計算設備本體和非標管道的風載數據，最終計算出的載荷才是設計的基準。結合原有的相關土建載荷、配筋規格及尺寸，經過校驗后新設計的除塵器載荷在基礎承受范圍內，此種方案可以實施。

2.2 進風口管道的改造

原除塵器進口管道的起點是側部空冷器的灰斗出口，管道樣式為彎頭和一段直管，在彎頭處還匯集了余熱鍋爐出風管道，這條管道與除塵器進口管道幾乎是直角，而余熱鍋爐與窯的同步率很高，只有當余熱系統檢修時才能開啟空冷器。實際上在余熱系統運行期間，廢氣大多是走此管道的，按設計風量核算，管道流速為30m/s，遠高于一般的設計值，且匯合后管道長度較短易造成湍流，增大系統阻力又嚴重影響收塵器內部的分風。我們運用計算流體力學（CFD）模擬后發現，進入各個袋室的風量及風速差異較大，是造成原除塵器濾袋破損率居高不下的主要原因。

為避免此種情況的出現，我們在空冷器出口設計了一個匯風箱替代原有管道，這不僅起到了降低入口風速的作用，有效地保護了濾袋，而且還可作為一個預沉降室，降低進入除塵器的粉塵濃度，同時調整余熱管道的角度，使高速氣流不會直接進入除塵器而是進入此匯風箱，在這個大的沉降室釋放流速且改變氣流方向，使其以水平方式進入除塵器。結合CFD的進一步模擬，我們選擇了最佳的優化方式。實施此方案的前提是必須校驗土建基礎是否可承受。經過相關核算，盡管新增的載荷比原管道的載荷稍大，但校核后原土建基礎也完全可以承受。

2.3 氣流分析

（1）結構分析

根據改造方案，運用SolidWorks軟件三維設計，結合CFD軟件模擬改造后的管道及袋室內的流場情況，從多個節點來論述改造后流場是否均勻，并進行簡單對比。一般來講，袋除塵器的濾袋使用壽命和諸多因素有關，但袋室內氣體流場是否均勻、流速值是否過大是影響其使用壽命的直接因素。余熱進口管道可分為兩種模式連接新沉降室，一種是設計初始結構，另一種是改進結構（見圖2、圖3）。在風量一定的情況下，初始結構入口管道流速非常大，氣流對側壁沖刷嚴重且很難改變氣流方向，因窯頭粉塵磨損性較強，為防止氣流沖刷側壁，需對氣流分布進行必要的調整。在改進結構中，余熱進口管道中設計了多組導流片，以調整進風角度及分風情況。經過多次優化導流片間距，最終有效改善了袋室內氣流分布，從而提高了袋收塵器運行的效果。

圖2 初始結構

圖3 改進結構

圖4 初始結構流線圖

圖5 改進結構流線圖

（2）流線圖

從圖4、5兩個流線圖中可以看出，圖4進入方形沉降室中的氣流存在沖刷箱壁的現象且氣流速度非常大；圖5中大多氣流偏移得到了有效改善，明顯不再沖刷沉降室側壁且速度降低幅度較大。由此可見，袋室內的分風是否均勻也受進口風速和方向的影響。

（3）灰斗進風截面速度云圖

新改造方案中，除塵器進出口氣流是以水平方式進出，而內部則采用灰斗進風的方式進出，進入袋底的各個灰斗截面氣流流速的大小也是判斷氣流分布是否均勻的一個重要依據。通過圖6、7兩個速度云圖的對比可以看出，圖6中截面氣流高速區主要集中于右側（紅色區域），該處氣流速度最大，約為12m/s；而圖7中相應位置則氣流速度明顯降低，最大速度≯8.6m/s，同時不存在氣流偏移的現象，即左右兩側灰斗入口截面氣流速度分布較為對稱。綜上所述，改進結構中流場分布情況符合改造期望，對濾袋起到保護作用。

（4）袋底氣流速度

各個袋室內的袋底風速大小是否均勻，亦是判斷袋室內氣流是否均勻的一個重要依據。從相應結構的速度云圖（圖8、9）可以看出，初始結構中右側各個袋室的袋底氣流速度較大，最大速度約為5.6m/s，受進口氣流偏向的影響；而改進結構中袋底氣流的最大速度基本控制在3.5m/s以內，且氣流分布較為均勻。顯而易見，改進結構對袋室氣體流速的影響是很大的，袋底氣流流速越小越不易引起濾袋的晃動，從而有效降低濾袋破損率。

圖6 初始結構速度云圖

圖7 改進結構速度云圖

圖8 初始結構速度云圖

圖9 改進結構速度云圖

3 結語

CFD軟件模擬可以從一定角度定量反映改造后各個袋室內部的流場規律、流量分配等，為改造方案的設計提供可靠的依據。袋室內均勻的流場和較低的風速是保證改造后袋除塵器良好運行的有效保障，對降低濾袋破損率、運行阻力和能耗起到較好的改善效果。

[1]朱亮.基于CFD的除塵器電改袋工程設計優化研究[M].南昌：南昌大學，2012.

[2]李萌萌，幸福堂，陳增鋒.基于CFD對袋式除塵器流場的分析[J].工業安全與環保，2011，37（1）:19-20.?

TQ172.688.3

A

1001-6171（2017）02-0076-04

中材裝備集團有限公司，天津300400；

2016-07-19；編輯：趙星環