一種應用于袋式除塵器的旋轉頂棚結構

王建建

摘 要：通過與傳統固定頂棚進行比較，提出一種應用在新型離線回轉脈沖清灰袋式除塵器上的旋轉頂棚方案。該方案實現了頂棚由剛到柔的轉變，既能對凈氣倉進行封閉，又能簡化噴吹機構，具有廣闊的應用前景。

關鍵詞：固定頂棚;旋轉頂棚;袋式除塵器

中圖分類號：X701.2 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）29-0042-04

A Rotary Ceiling Structure Applied in a Bag Dust Collector

WANG Jianjian

（Wuxi Dongfang Environmental Engineering Design&Research Institute Co.， Ltd.， Wuxi Jiangsu 214000）

Abstract： Through comparison with the conventional fixed ceiling， to propose a rotating ceiling applied in the new offline rotary pulse-dust bag dust collector， which realizes the ceiling transformation from rigid to soft， which can not only close the net gas warehouse， and simplify the blowing mechanism， which has a broad application prospect.

Keywords： fixed ceiling;rotary ceiling;bag dust collector

在常規負壓除塵系統采用的袋式除塵器中，常規分室脈沖清灰袋式除塵器自20世紀70年代引入國內，從早期的機械振動袋式除塵、反吹風大布袋除塵，到現在主流的脈沖噴吹袋式除塵，占領了近90%的市場[1]。主流的脈沖噴吹袋式除塵，為了解決清灰功能差的問題，沖破了傳統反吹清灰的禁錮，創新了脈沖噴吹技術。然而脈沖清灰除塵器問世時，它的脈沖噴吹裝置就是靜止不動的，形體為長方體臥式。受性能和形體的影響，其頂棚的設計都是固定不動的，有利于在受負壓的同時，對除塵器凈氣倉進的設備進行檢修。

隨著對袋式除塵器工藝和結構的進一步優化，除塵器在清灰工藝、內部結構及形體上均發生了改變。一種新型離線回轉脈沖清灰袋式除塵器問世[2]，其外形酷似袋式除塵器初期使用的回轉反吹扁布袋除塵器[3]，為圓柱形。但是原來回轉反吹扁布袋除塵器采用反吹風機進行清灰，反吹風機通常放置在頂棚上，其頂棚也是固定不動的，僅僅是將凈氣倉進行封閉。本文論述的這種新型離線回轉脈沖清灰袋式除塵器僅有一個大的凈氣倉，清灰采用壓縮空氣或壓縮氮氣，清灰時需要將每個噴吹管口對應每個花板孔口，且整個凈氣倉需要保持5～6 kPa的負壓，如果仍采用固定頂棚，噴吹管、氣流分配器、離線閥等設備就變得很復雜，另外除塵器檢修也存在很大的問題。為了解決以上問題，需要對除塵器頂棚進行改造。

針對上述問題，筆者提出一種應用在新型離線回轉脈沖清灰袋式除塵器上的旋轉頂棚方案，該方案使頂棚實現了由剛到柔的轉變，解決了頂棚受力問題的同時，對凈氣倉進行封閉，簡化噴吹機構，具有廣闊的應用前景。

1 旋轉頂棚結構及工作原理

1.1 旋轉頂棚結構

旋轉頂棚結構如圖1所示。頂棚呈圓形，主要由頂棚大梁、頂部蓋板、中心回轉機構、中心受力結構件、氣流分配器、脈沖閥及噴吹管、傳動齒輪、受力滾輪、滾輪走道、密封結構等部件構成。

整個頂棚圍繞中心回轉機構旋轉，中心回轉機構內設受力軸承，回轉機構下部連接中心受力結構件，外圈設若干個受力滾輪和一圈滾輪走道。頂棚自重及所受的5～6 kPa的負壓由中心回轉機構的若干個軸承和頂棚大梁外圈的若干個受力滾輪共同承擔，可近似將整個頂棚的受力看成均勻受壓，則中心回轉機構和外圈頂棚梁上的托輪組受力各占一半，軸承和受力滾輪受力，進而通過中心受力桿件和滾輪走道傳遞至離線回轉脈沖袋式除塵器主體結構。

頂棚大梁之間采用螺栓連接。由于頂棚面積很大，頂棚個別部位不可避免地存在負壓受力不均的現象，螺栓連接能夠很好地解決這個問題，實現了整個頂棚從剛性到柔性的轉變。凈氣倉和大氣的密封由頂部蓋板及位于特殊位置的密封條完成，驅動裝置設置在除塵器頂棚外圈，傳動機構采用一臺或若干臺減速機，通過傳動齒輪帶動整個頂棚旋轉，氣流分配器、脈沖閥及噴吹管均固定在頂棚上，噴吹管布置在凈氣倉內部。頂棚旋轉時，氣流分配器、脈沖閥及噴吹管跟隨頂棚一起旋轉。

1.2 旋轉頂棚工作原理

在風機負壓作用下，含塵煙氣進入除塵器的過濾室，細小顆粒粉塵被截留在濾袋外表面，清潔氣體則通過花板進入凈氣室，均勻地向中心聚攏，進入中心出風管后經風機排氣筒排入大氣。除塵器經過一段時間的運行后，濾袋外表面的積灰增多，除塵器的運行阻力上升。當阻力上升至設定的上限值時，電氣程序控制系統自動發出清灰信號，減速機帶動傳動齒輪開始動作，旋轉頂棚帶動中心回轉機構、氣流分配器、脈沖閥及噴吹管旋轉，同步運行的離線裝置使該處的濾袋處于不過濾狀態，以求達到良好的清灰效果。在噴吹口對準花板濾袋的中心時，對應的脈沖閥開啟，噴吹氣源（0.20～0.30 MPa壓縮空氣或氮氣）進入脈沖氣流分配器，經由脈沖閥流經噴吹管、噴口，并誘導一定量的空氣后噴入處于離線狀態的濾袋內，濾袋急速膨脹，由自然的縮癟狀態突變為鼓脹狀態[4]，濾袋表面的粉塵被抖落下來，落入下部的灰斗，從而實現整個噴吹清灰過程。

旋轉頂棚旋轉時，頂棚外圈受力滾輪同樣跟著旋轉，滾輪可以自轉，由于柔性頂棚結構，即使受力滾輪沒有全部均勻受力，也能滿足受力要求。

2 大型工程應用及驗證

旋轉頂棚是離線回轉脈沖清灰袋式除塵器特定的頂棚，結構穩固和性能是第一位[5]。由于無經驗可循，研發團隊經過理論計算，在工廠進行小試和中試后，在大型工程上進行應用和分析驗證，如圖2所示。

2.1 剛性、柔性頂棚受力試驗

針對頂棚結構設計有2種頂棚設計方案：一種是傳動固定式頂棚——剛性連接;另一種則是螺栓連接——柔性連接。剛性連接即傳統固定式頂棚，是指頂棚大梁焊接成一個固定框架，頂部蓋板設置為活動蓋板。正常運行時，頂部蓋板封住頂棚大梁，隔絕凈氣倉與大氣，防止除塵器漏風;更換布袋時，直接將對應的活動蓋板打開，就可以檢修布袋。柔性連接是要求整個頂棚為可活動連接（螺栓連接），可自由調節受力。考慮到頂棚受力形式，由于頂棚面積較大，實際上各位置所受負壓不盡相同，最終采用了柔性連接方案，并對柔性頂棚做了如下性能分析。

頂棚大梁均為活動連接，大梁與大梁之間則由頂部蓋板及固定板焊接密封，這種方式為半柔半剛，運用在江蘇某不銹鋼有限公司電爐除塵項目（除塵器外圈直徑為15.2 m）中。試驗結果如表1所示。

負壓為-5 kPa時，頂棚受力情況為頂棚自重20 t、負壓91 t，共計111 t;單個滾輪理論受力16 t。有負壓狀態時，受力滾輪34×16=544 t，單滾輪受力遠大于理論計算的頂棚受力111 t，因此頂棚結構受力完全符合要求。

頂棚大梁均為活動連接，大梁與大梁之間的密封由頂部蓋板及位于特殊位置的密封條完成。這種方式為全柔性設計，運用在山東某高爐出鐵場除塵項目（除塵器外圈直徑為17.2 m）中。試驗結果如表2所示。

負壓為-5 kPa時，頂棚受力情況為頂棚自重30 t、負壓116 t，共計146 t;單個滾輪理論受力為16 t。有負壓狀態時，受力滾輪46×16=736 t，單滾輪受力遠大于理論計算的頂棚受力146 t，頂棚結構受力同樣完全符合要求。

但是通過兩個項目的數據可以看出，柔性連接的滾輪受力情況明顯要優于剛性連接的頂棚。因此，旋轉頂棚采用全柔性頂棚方案。

2.2 旋轉部分和固定部分的連接漏風試驗

旋轉部分和固定部分連接處采用柔性耐磨密封條密封，作用是隔絕凈氣倉和大氣，防止除塵器漏風。密封面為頂棚梁下部外側，如圖3所示。此種結構應用于江蘇某不銹鋼有限公司電爐除塵。

研發團隊對漏風率進行了測試，測試具體內容如下。測試工具：皮托管、U型壓力計。測試前提：①閥門全開，滿速運行，回轉機構開啟;②觀察爐前效果。測試位置：除塵器進風口、除塵器出風口。測試內容：運行風量、除塵器前后靜壓、煙氣溫度。設計參數如表3所示。測試數據如表4所示。

測試結論如下：①風量遠超設計風量，爐前效果良好;②除塵器清灰正常，除塵器阻力較低;③漏風率稍微偏高，但不影響爐前效果，在可接受范圍內。

3 旋轉頂棚工程應用的優勢

3.1 設備大大簡化、后期維護量大大降低

脈沖噴吹機構包括脈沖閥、氣流分配器、噴吹管、離線閥等。常規一臺分室離線脈沖清灰除塵器有數十套乃至數百套脈沖噴吹機構，設備星羅棋布、管線交錯，最終必然造成故障率高、維護工作量大。離線回轉脈沖清灰袋式除塵器采用旋轉頂棚方案，將氣流分配器放置在頂棚上，壓縮空氣或氮氣通過中心回轉機構接入氣流分配器。氣流分配器下部連接噴吹管，噴吹管和離線罩放置在凈氣倉內部，三者并一起放在頂棚大梁上，跟隨頂棚大梁一起旋轉。

當除塵器運行時，旋轉頂棚帶動噴吹機構運動至待噴吹位置，噴吹機構動作，對濾袋進行噴吹清灰。完成該部分濾袋的清灰后，旋轉頂棚帶動噴吹機構移動至下一待清灰點，繼續上述噴吹步驟，直至整個除塵過程結束。

這樣以一套動態的回轉噴吹機構取代了常規分室脈沖清灰袋式除塵器數十套甚至數百套固定的噴吹機構，大大簡化了除塵器的噴吹設備。同時，由于脈沖閥、氣流分配器等數量的減少，研發團隊多采用進口設備。這樣一來，設備數量減少，故障率小，后期運行維護量大大降低。

以同為10 000 m過濾面積的離線回轉脈沖除塵器（以下簡稱“回轉除塵器”）與常規分室離線脈沖清灰除塵器（以下簡稱“常規除塵器”）為例，可以得到數據如表5所示。

本除塵器已應用在江蘇某不銹鋼有限公司電爐除塵項目中。經測試，除塵器阻力為489 Pa，說明噴吹效果很好，完全能滿足生產需要。通過表5可知，由于采用了旋轉頂棚，回轉除塵器較常規除塵器維護點減少了95%，項目至今已運行了8年，得到用戶的一致認可。

3.2 更換布袋更方便、快捷

對除塵器來說，布袋的更換是后期運行維護中最頻繁的項目。常規除塵器更換布袋時，步驟為：①打開第一個頂部蓋板;②拆噴吹管;③拆布袋;④更換新布袋;⑤重新定位并安裝噴吹管;⑥關閉第一個頂部蓋板;⑦打開第二個倉蓋，重復①-⑥操作。換袋的過程中，需要拆裝噴吹管，重新安裝時定位噴吹管要求高。

考慮到離線回轉除塵器需要更換布袋，研發團隊經過理論計算及實踐，在頂棚上增加換袋機構。換袋機構固定在頂棚上，分為上固定倉和下活動倉，除塵器運行時，整個換袋倉跟隨頂棚一起旋轉。換袋機構下活動倉通過簡易的減速機控制上下行程。當布袋需要更換時，頂棚停止旋轉，下活動倉可下降直至貼合花板上表面，對換袋區域的布袋實施密封隔離，打開倉蓋，對此區域的濾袋框架進行更換。待此區域的濾袋框架更換完畢后，稍微提起下活動倉，手動操作頂棚再次旋轉，依次按照上述流程對花板固定區域進行密封，從而逐一實現換袋。由于頂棚是旋轉的，更換布袋僅需要手動操作旋轉頂棚即可，不需要重新定位噴吹管，大大減少了更換布袋的時間和人力。經過實踐對比，更換100條布袋，回轉除塵器較常規除塵器節省了50%的時間和人工。

4 結語

旋轉頂棚實現了頂棚由剛性到柔性的轉變，在保證結構安全的前提下，既能對凈氣倉進行封閉，又簡化了噴吹機構等相關設備。噴吹機構跟隨旋轉頂棚一起旋轉，實現由一套或若干套動態的噴吹機構完成對所有布袋的清灰工作。大量實際工程應用表明，旋轉噴吹定位準確，噴吹效果較好，除塵器阻力低，除塵系統能耗降低;同時，由于設備得到簡化，大大減少了除塵器的后續運營管理成本，具有廣闊的應用前景。

參考文獻：

[1]梅瑛，李瑞琴.大型分室清灰脈沖袋式除塵器的設計與應用[J].機械管理開發，2005（6）：52-55.

[2]談慶，胡嘉寶.離線回轉脈沖清灰袋式除塵器的創新點[J].中國鋼鐵業，2011（9）：27-28.

[3]高肖智，徐興建.袋式除塵器在電爐除塵中的應用[J].鋼鐵，1997（7）：69-71.

[4]張一幟，陳海焱，鄭娟，等.濾袋的脈沖噴吹清灰試驗研究[J].安全與環境學報，2010（3）：30-34.

[5]魏徵.離線回轉脈沖袋式除塵器在高爐礦槽除塵系統中的應用[J].中國科技縱橫，2015（23）：34.