陈隆枢

(中钢集团天澄环保科技股份有限公司)

摘   要：本方叙述了袋式除尘器失效的两个表现，以及本体缺陷导致袋式除尘器失效的主要因素。同时提出克服袋式除尘器本体缺陷的建议。

关键词：除尘器 本体 缺陷 失效

1. 前言

袋式除尘器失效主要表现在以下两方面：

1) 滤袋严重破损，导致排放超标；

2) 设备阻力过高，导致除尘器不能正常运行，或完全不能运行。例如：常规条件下运行的脉冲喷吹类设备阻力超过2000Pa。

设备本体影响除尘器失效的因素如下：进风方式；气流分布；本体结构；清灰装置；参数确定；制作和安装质量；操作和维护的规范程度。

2. 进风方式的缺陷

2.1. 灰斗进风(之一)

一些袋式除尘器被设计成下进风方式，即从灰斗进风。这种进风方式可节省占地面积和钢耗，但容易引发设备阻力过高、滤袋受含尘气流冲刷等问题。

图1为一台长袋低压脉冲袋式除尘器，设计成多仓室结构，含尘气流从灰斗进入。投入运行之初便发现设备阻力高达1700Pa，并很快升至2000Pa以上。

图1 袋式除尘器灰斗进风

试验证明，当其他条件相同时，上进风和下进风的除尘器阻力相差30%。在下进风情况下，含尘气体从滤袋下方向上流动，而按一定间隔被清离滤袋的粉尘则向下沉降，二者方向相反，致使部分粉尘(特别颗粒细小的粉尘)未及落入灰斗便返回滤袋，从而削弱清灰效果，导致设备阻力升高。

该除尘器出现的另一问题是，运行时间不长(1~2个月，甚至几天至十几天)即出现滤袋破损。破损滤袋多位于远离进风口一侧，或靠近进风口处。滤袋破损部位多在滤袋下部(对于外滤式滤袋，位于袋底，如图2所示；对于内滤式滤袋，位于袋口)，或者靠近进风口的部位。滤袋破口部位周边的滤料，其迎尘面的纤维多被磨去，露出基布，而背面的纤维则相对完好。这种破袋的原因在于气流分布不当，部分滤袋直接受到含尘气流的冲刷。

该除尘器的气流分布装置如图3所示，在灰斗与中箱体交界处设格栅板，并适当增加中箱体的高度，以使滤袋下部与格栅板保持一定距离，希望通过格栅板的作用使含尘气流均布。

图2　含尘气流冲刷破损的滤袋

图3　含尘气流冲刷滤袋

1-灰斗  2-进风管  3-导流板  4-滤袋

实际上，这种设计不能达到气流均布的目的。气流不均匀，实质是气流各部位的速度(亦即动压)不均匀，局部气流速度过高。气流均布的目的，应是消除局部过高的流速，使气流各部位速度趋于均匀。为此，气流分布板应当处于气流的正面，置于气流之中，使过高的动压得以消耗。但图3所示的气流分布板置于含尘气流的侧面，几乎完全不能消耗气流过高的动压，于是，从灰斗进入的含尘气流凭借惯性集中流向灰斗远端的板壁，并顺着壁面向上流动，携带粉尘以较高的速度对该处滤袋形成冲刷，导致靠近远端壁面第一和第二排的滤袋破损。

为避免上述情况，建议在条件许可时，尽量不采用灰斗进风。若不能避免灰斗进风，图4所示的气流分布装置是一种可供选择的方案，即在灰斗中设垂直的气流分布板，置于含尘气流之中，使之正面迎向含尘气流，以削弱过高的气流动压。同时，垂直的气流分布板长短不一，布置成阶梯状，使含尘气流均匀分散并向上流动。实践证明，这种装置有效地避免了含尘气流对滤袋的冲刷。

图4　一种可供选择的气流分布装置

2.2. 灰斗进风(二)

图5(a)所示进风方式，含尘气流从灰斗的一侧垂直向下进入，设计者希望灰斗的容积和断面积可以使含尘气流充分扩散。但气流有保持自己原有速度和方向的特性，进入灰斗后含尘气流沿着灰斗壁面流向底部，并沿着远端的壁面向上流动，其速度没有足够的衰减，导致远端第一、二列滤袋底部受冲刷而破损。

为了解决上述问题，设计者在远端第一、二列滤袋下方设斜板，试图削弱气流过高的动压，如图5(b)所示。其结果，远端第一、二列滤袋得以保护，但第三列滤袋出现破损，说明气流均布的目的并未达到。

(a)                                                                                  (b)

图5　另一种灰斗进风方式

避免含尘气流冲刷滤袋的方法是，将进风口设于除尘器侧面，但尽量避免灰斗进风，宜使含尘气流从中箱体侧面进入，内部加挡风板形成缓冲区，并使导流板与箱板之间具有足够的宽度，从而使含尘气流向两侧分散，并以较低的速度沿缓冲区流动。

2.3. 导流板面积不足

图6所示情况为除尘器入口设有导流板，但面积不足，含尘气流因方向偏斜而未受到阻挡，气流越过导流板边缘直接冲向滤袋，致使滤袋受冲刷而破损。

为避免这种现象，建议设计的导流板面积足够大，最好与箱体的宽度大致相当。

图6　导流板面积不足

1-进风管道　2-挡风板　3-滤袋

2.4. 内滤式滤袋袋袋口风速过高

采取内滤方式的袋式除尘器多从灰斗进风，当气流分布效果不好，或入口风速过高时，部分滤袋的袋口风速将会过高(例如超过2~3m/min)，致使袋口附近受含尘气流冲刷而磨损(见图7)。

图7　内滤式滤袋袋口受冲刷而破损

2.5. 进、排风管路过于复杂

图8所示的进风管路由总管、变径管、支管、阀门、直管、弯管组成，在与灰斗的连接处还有断面突然扩大。含尘气流从一个构件进入另一构件时，其方向或速度将发生变化，或二者同时变化。而每一次速度和方向的变化，都将消耗气流的能量。复杂的管路意味着气流能量的多次消耗，除尘器阻力因此而增加。

图8　复杂的进风管路

1-进风总管　2-变径管　3-阀门　4-直管　5-弯管　6-灰斗

如果说图8中大部分构件还有一定作用，那么直管(件号4)的存在则毫无意义，除了白白增加阻力之外，没有任何作用。可能设计者照搬原有图纸所致。

在这类设计中，排风管路也有大致相同的构成，同样是导致除尘器阻力显著升高的重要因素。

2.6. 进、排风管道的气流速度过高 

在许多按照总管─支管─阀门─弯管进风的除尘器中，有的将管道内的风速设计为16~18m/s，带来的后果是除尘器的结构阻力过高，有的甚至达到设备阻力的50%以上。

做出这种设计是担心较低的风速会使粉尘在进风总管和支管内沉降，实际上这种担心没有必要。除尘器的进风总管下部一般都有斜面，支管通常垂直安装，即使水平安装其长度也很短。而在流动着的含尘气体中，与气体充分混合的粉尘具有类似流体的流动性，只要有少许坡度即可流向低处，不会在管道内沉积。因此，完全可以将总管和支管内的风速适当降低，这对减少结构阻力具有显著的作用。经计算，将风速从18m/s降至14m/s，阻力可降低40%；而将风速从16m/s降至14m/s，阻力可降低24%。

建议：除尘器进、出风总管的风速≤14m/s；支管的风速≤8~10m/s；停风阀的风速≤12m/s。

3. 喷吹装置的缺陷

3.1. 气包结构不尽合理

一些淹没式脉冲阀的阀座被设计成高低错落形式，部分脉冲阀的膜片远离气包的边缘。喷吹时，气流先经狭窄的环形通道流向膜片，再掉转方向180°从输出口流出(见图9)。在此过程中，不但气流能量损失很大，而且气流释放的过程延长，从而降低了气流对滤袋的冲量，削弱了清灰效果。

图9　不尽合理的脉冲阀结构

图10　较为合理的脉冲阀结构

为避免喷吹时气流能量的无谓损失，以及由此影响清灰效果，脉冲阀膜片宜尽量贴近气包，如图10所示。如果平面尺寸紧张，脉冲阀布置存在困难，可以如图11所示的那样，将脉冲阀在平面上错开布置。

图11　脉冲阀错开布置

3.2. 脉冲阀出口弯管曲率半径过小

许多脉冲阀出口弯管采用钢制无缝弯头(见图12)，虽然省事，但其曲率半径过小，DN80无缝弯头的曲率半径只有120mm。有些除尘器采用此种弯头后，出现喷吹管背部穿孔的现象(见图13和图14)。

图12　脉冲阀出口弯管曲率半径过小

图13　喷吹管背面出现穿孔(一)

图14　喷吹管背面出现穿孔(二)

对于曲率半径过小的弯管，如果喷吹装置或供气管路内存在杂物，喷吹时气流携带杂物会从弯管内壁反弹，对喷吹管背面构成冲刷（见图15），导致该处出现穿孔。除此之外，曲率半径过小的弯管自身也容易磨损，并对喷吹气流造成较高阻力，影响清灰效果。

图15　杂物从弯管反弹冲刷喷吹管背面

1-脉冲阀  2-稳压气包  3-弯管4-杂物  5-喷吹管

避免上述情况的有效途径是，加大脉冲阀出口弯管曲率半径。对于DN80的脉冲阀，其弯管曲率半径宜取R＝350~400mm。此外，袋式除尘器供气系统安装结束后，在接通喷吹装置之前，应先以压缩气体对供气系统进行吹扫，将其中的杂物清除干净。喷吹装置的气包制作完成后应认真清除内部的杂物，组装完毕出厂前，应将气包所有的孔、口全部堵塞，防止运输过程中进入杂物。

3.3. 喷吹管或喷嘴偏斜 

喷吹管或喷嘴偏斜是脉冲袋式除尘器常见的问题，其后果是清灰气流不是沿着滤袋中心喷吹，而是吹向滤袋一侧(见图16)，滤袋在短时间(往往数日)内便破损(图17)。图18所示为喷嘴偏移预定位置，滤袋严重破损，花板表面已被粉尘污染。图19所示为喷吹管整体偏斜，以致一排滤袋大部分破损。

避免喷嘴或喷吹管偏斜应从提高制造质量和拼装质量入手。喷吹管上喷孔(嘴)的成型，喷吹装置与上箱体的拼装，一定要借助专用机具、工具和模具，并由有经验的人员操作。在条件许可时，尽量将喷吹装置和上箱体在厂内拼装，经检验合格后整体出厂，并在现场整体吊装，避免散件运到现场拼装。

图16　喷吹气流偏斜直接吹向滤袋侧面　　　　

1－分气箱；2－电磁阀；3－脉冲阀；

 图17　清灰气流吹破的滤袋

图18　喷嘴严重偏斜且滤袋破损

图19　整根喷吹管偏离使一排滤袋破损

4. 喷吹制度的缺陷

一台大型脉冲袋式除尘器，曾将电脉冲宽度定为500ms，认为这样可以产生足够大的喷吹气量，从而获得良好的清灰效果。

该除尘器投运后，发现压缩空气耗量大大超过设计预期，空气压缩机一用一备完全行不通，虽将备用空气压缩机也投入运行，但供气量仍然不足。随后，将电脉冲宽度缩短为200ms(受控制系统的限制而不能再缩短)，两台空气压缩机才勉强满足喷吹的需要。

图20所示为脉冲喷吹气流的压力波形。当同时满足以下两个条件时，才能获得良好的清灰效果：压力峰值高；压力上升速度快（亦即压力从零上升至峰值的时间短）。大量实验和工程实践证明，对脉冲喷吹清灰而言，重要的是压缩气体快速释放，从而对滤袋形成强烈冲击，伴随压力峰值形成的这一冲击实现之后，本次清灰过程即告结束。此后，若脉冲阀继续开启，对于清灰已经没有任何作用。所以，脉冲喷吹最理想的压力波形是一个方波，如图20中abcd所示。而波形中斜线复盖的部分则对清灰不起作用，只是无谓消耗压缩气体。实际工程中不可能获得方波，只能尽量改善脉冲阀的开关性能，以获得短促而强力的气脉冲。笔者认为，脉冲阀的电信号以不超过100ms为宜。

图20　脉冲喷吹气流压力波形

5. 运行管理的缺陷

5.1. 漏袋不及时更换

运行管理缺陷中，影响较大的是对失效(破或漏)的滤袋未能及时发现和更换，使问题发展得较为严重。

1)更多滤袋受冲刷而破损

对于内滤式滤袋，当一个滤袋出现破损时，含尘气体将以较高的速度从漏洞流出，使相邻滤袋受冲刷而出现破损。若破损滤袋仍不能及时发现和更换，更多的滤袋将被波及。

外滤式滤袋如果出现破损，或者滤袋安装不合格，粉尘将进入原本干净的上箱体，当清灰时，清灰气流将携带粉尘以高速进入滤袋，更多的滤袋因含尘气流的冲刷而将破损。同时，粉尘的进入将使滤袋出现“灌肠”。

2)相关部件受损

脉冲袋式除尘器的滤袋破损后，粉尘进入上箱体和喷吹管。当喷吹时，高速气流携带粉尘对喷吹管内外形成冲刷，导致喷吹管腹部及导管等部位被磨损(见图21、图22)。

图21　喷吹管腹部磨损

图22　喷吹管腹部和导管磨损

5.2. 脉冲阀故障不及时排除

1)导致除尘器阻力上升

当较多脉冲阀出现故障时，数量众多的滤袋得不到清灰，除尘器阻力将因此而上升。另一种情况是，控制系统为保持阻力稳定而自动加快清灰频率，滤袋寿命因清灰频繁而将缩短。

2)滤袋受损

曾有一台用于煤粉磨收尘的袋式除尘器，有50%的脉冲阀由于信号中断而不工作。设备阻力虽增高，整个系统尚能正常运行，操作人员便未及时排除。数月之后，聚集在滤袋表面的煤粉温度升高，半数滤袋全部被碳化。

6. 供气系统障碍

有些脉冲袋式除尘器供气系统管路过小，例如：一台中等规模的除尘器供气主管直径小于 DN50mm，甚至只有DN40mm。清灰时，压缩气体补给不足，除第一个脉冲阀外，后续的脉冲阀喷吹时气包压力都不足，有的在50%额定压力下进行喷吹，以致清灰效果很差，设备阻力居高不下。   

大量工程实践证明，供气主管宜选用直径较大的管道，一般不应小于DN65mm。大型袋式除尘设备最好采用DN80mm管道。增大管道直径而增加的造价微不足道，而清灰效果却得到保障。

摘自“全国袋式除尘技术研讨会”论文集 2011 苏州 （P1）