袋除尘器的改造措施

2017-06-01孙海全

水泥技术 2017年2期

孙海全

袋除尘器的改造措施

孙海全

Modification Measures of Bag Filter

对金隅赞皇2号水泥窑头袋除尘器进行了升级改造，改变了原除尘器滤袋寿命短、破损率高、漏风严重的现状。在结构改造方案中，利用我公司专有的袋除尘器CFD软件模拟优化内部分风状况，彻底解决了原有除尘器存在的问题，实现了低阻力、低排放、可靠耐用等目标。

袋改袋；计算流体力学（CFD）；流场均匀；节能减排

1 改造原因

河北赞皇4 000t/d水泥窑头原为气箱型布袋除尘器，滤袋的规格为ϕ130mm×4 000mm，除尘器结构主要采用脉冲压缩空气分室进行滤袋清灰，清灰模式均为离线清灰。此种清灰模式下，滤袋的最大规格受到限制。由于滤袋过长，清灰不力，清灰不均匀，部分滤袋会出现粉尘负荷较大的状况，从而产生各个袋室阻力不均衡的情况，而且很快导致滤袋破损。改造之前各个袋室均存在滤袋破损情况，半年破损率高达20%，另外，顶换袋结构造成系统漏风率较大、能耗损失严重。鉴于上述情况，金隅赞皇水泥有限公司决定对现有窑头袋除尘器进行改造。2014年12月，中材装备集团有限公司利用22d的停窑检修时间对金隅赞皇水泥有限公司的除尘器进行了升级改造，彻底解决了上述问题。经过当地环保局的监测，测试结果（见表1）完全符合国家排放标准。

2 改造技术方案

表1 运行参数

经过现场实地勘察及相关数据研讨，决定保留原有除尘器的基础和立柱、灰斗及灰斗下方的输灰系统。由于结构需要加高，灰斗以上壳体部分无法保留，所以全部拆除并安装新的除尘器部件。进出气口非标管道的设计也结合CFD软件模拟进行了必要的优化，以保证改造后的袋除尘器具有良好使用效果，具体的外形方案和相关参数见表2和图1。

表2 窑头袋改袋设计参数

图1 改造外形

2.1 除尘器本体的改造

经核算，原有袋除尘器的设计参数不能满足生产要求，按合理的参数设计方案与原结构匹配较困难，无法最大限度地借用原壳体，因此，我们必须将此气箱脉冲袋除尘器改成行喷吹袋除尘器，采用内换袋结构。为降低改造成本和缩短改造时间，我们利用原有土建基础并保留原有立柱、灰斗、输灰系统及底梁。在新的设计方案中，主要部件包含壳体、楼梯平台、压缩空气系统、进出口非标管道和滤袋袋笼等，其中改造的重点是进出口的非标管道。若改造方案制定得当，将会延长滤袋的使用寿命。此方案必须按改造后的设备对土建基础进行载荷校核，计算出新增加的载荷和拆除载荷的差值，并结合当地的风压，计算设备本体和非标管道的风载数据，最终计算出的载荷才是设计的基准。结合原有的相关土建载荷、配筋规格及尺寸，经过校验后新设计的除尘器载荷在基础承受范围内，此种方案可以实施。

2.2 进风口管道的改造

原除尘器进口管道的起点是侧部空冷器的灰斗出口，管道样式为弯头和一段直管，在弯头处还汇集了余热锅炉出风管道，这条管道与除尘器进口管道几乎是直角，而余热锅炉与窑的同步率很高，只有当余热系统检修时才能开启空冷器。实际上在余热系统运行期间，废气大多是走此管道的，按设计风量核算，管道流速为30m/s，远高于一般的设计值，且汇合后管道长度较短易造成湍流，增大系统阻力又严重影响收尘器内部的分风。我们运用计算流体力学（CFD）模拟后发现，进入各个袋室的风量及风速差异较大，是造成原除尘器滤袋破损率居高不下的主要原因。

为避免此种情况的出现，我们在空冷器出口设计了一个汇风箱替代原有管道，这不仅起到了降低入口风速的作用，有效地保护了滤袋，而且还可作为一个预沉降室，降低进入除尘器的粉尘浓度，同时调整余热管道的角度，使高速气流不会直接进入除尘器而是进入此汇风箱，在这个大的沉降室释放流速且改变气流方向，使其以水平方式进入除尘器。结合CFD的进一步模拟，我们选择了最佳的优化方式。实施此方案的前提是必须校验土建基础是否可承受。经过相关核算，尽管新增的载荷比原管道的载荷稍大，但校核后原土建基础也完全可以承受。

2.3 气流分析

（1）结构分析

根据改造方案，运用SolidWorks软件三维设计，结合CFD软件模拟改造后的管道及袋室内的流场情况，从多个节点来论述改造后流场是否均匀，并进行简单对比。一般来讲，袋除尘器的滤袋使用寿命和诸多因素有关，但袋室内气体流场是否均匀、流速值是否过大是影响其使用寿命的直接因素。余热进口管道可分为两种模式连接新沉降室，一种是设计初始结构，另一种是改进结构（见图2、图3）。在风量一定的情况下，初始结构入口管道流速非常大，气流对侧壁冲刷严重且很难改变气流方向，因窑头粉尘磨损性较强，为防止气流冲刷侧壁，需对气流分布进行必要的调整。在改进结构中，余热进口管道中设计了多组导流片，以调整进风角度及分风情况。经过多次优化导流片间距，最终有效改善了袋室内气流分布，从而提高了袋收尘器运行的效果。

图2 初始结构

图3 改进结构

图4 初始结构流线图

图5 改进结构流线图

（2）流线图

从图4、5两个流线图中可以看出，图4进入方形沉降室中的气流存在冲刷箱壁的现象且气流速度非常大；图5中大多气流偏移得到了有效改善，明显不再冲刷沉降室侧壁且速度降低幅度较大。由此可见，袋室内的分风是否均匀也受进口风速和方向的影响。

（3）灰斗进风截面速度云图

新改造方案中，除尘器进出口气流是以水平方式进出，而内部则采用灰斗进风的方式进出，进入袋底的各个灰斗截面气流流速的大小也是判断气流分布是否均匀的一个重要依据。通过图6、7两个速度云图的对比可以看出，图6中截面气流高速区主要集中于右侧（红色区域），该处气流速度最大，约为12m/s；而图7中相应位置则气流速度明显降低，最大速度≯8.6m/s，同时不存在气流偏移的现象，即左右两侧灰斗入口截面气流速度分布较为对称。综上所述，改进结构中流场分布情况符合改造期望，对滤袋起到保护作用。

（4）袋底气流速度

各个袋室内的袋底风速大小是否均匀，亦是判断袋室内气流是否均匀的一个重要依据。从相应结构的速度云图（图8、9）可以看出，初始结构中右侧各个袋室的袋底气流速度较大，最大速度约为5.6m/s，受进口气流偏向的影响；而改进结构中袋底气流的最大速度基本控制在3.5m/s以内，且气流分布较为均匀。显而易见，改进结构对袋室气体流速的影响是很大的，袋底气流流速越小越不易引起滤袋的晃动，从而有效降低滤袋破损率。