郭松青，周 婧

（浙江国能洁达环保工程有限公司，杭州 310016）

1 引言

PM2.5的概念、30mg/Nm3的新粉尘排放标准，已深入人心，静电除尘器因其除尘效率受粉尘性质的影响很大，无法适应新标准。袋式除尘器无需做特殊处理，一般粉尘的排放浓度均低于30mg/Nm3，已成为控制微细烟尘的利器，并具有一定的脱硫效果，净化性能不受烟尘比电阻影响，维护管理也较简单，尤其随着国产滤料及配件的全面突破，已广泛应用于烟气净化系统。

在国内的除尘行业及广大用户中，普遍存在一种误解，即除尘设备仅仅是一种辅助设备，安装除尘器的主要目的也只是为了达到环保排放要求，以减少企业的排污费用负担，因此从设计、制造、安装及维护管理上，都未将袋式除尘器作为一个系统来考虑，因而不可避免地会出现各种失效问题。袋式除尘器的结构形式多种多样，本文在保持长袋低压脉冲袋式除尘器原有优势的基础上，结合多年工程经验，对除尘器进行了总体优化设计，以期实现更低的颗粒物排放浓度，系统长期可靠、稳定的运行。

2 袋式除尘器的失效问题

除尘器能否长期安全、连续运行是判断除尘器好坏的最重要的因素。对袋式除尘设备而言，最怕出现的问题是阻力的非正常不断攀升和滤袋的破损。一旦出现这些问题，都会使系统设备陷入恶性循环。

（1）除尘器阻力增加，设备的负压加大，在线清灰的效果就减弱，附着在滤袋表面的粉尘层就会不断加厚。为减小阻力势必要提高清灰频率与清灰压力，频繁地清灰与较高的压力会加速滤袋的破损。与此同时，为克服除尘器阻力的增加，势必导致引风机压头的升高，即意味着引风机流量减小，直接影响了整个系统的稳定运行。

（2）滤袋的破损直接会导致排放超标，其结果是灾难性的。滤袋破损后，花板就会积灰，清灰时，高速的压缩空气携带粉尘喷向滤袋的内表面，如同喷砂一样，加速了其它滤袋的破损，并且迅速波及周围的滤袋。

袋式除尘器的应用是一个系统工程，涉及方方面面的问题，所涉及的每一个问题都要认真对待，本文着力从袋式除尘器的设计、制造、安装及维护管理几个方面，进行一揽子的总体优化，滤料与脉冲阀的选型受专业限制，不在本次优化范围。

3 总体优化的关键点

3.1 合理的过滤风速

过滤风速的选取，对保证除尘效果，确定除尘器规格及占地面积，乃至系统的总投资，具有关键性的作用。

国内袋式除尘器的使用工况条件十分复杂，烟气参数多变，不同地区、不同工况、不同机组没有统一的标准。如何选择合理的过滤风速，实际上是一项较复杂的工作，与粉尘性质、含尘气体的初始浓度、滤料种类、清灰方式等都有着密切的关系。因此，设计时必须正确把握具体项目的具体设计条件，有针对性地确定过滤风速、制定设计方案和对特殊工况的应对措施。设计条件主要由业主或设计院提供，可以参考同类业绩的相关资料，但是更应重视现场的调研与实际勘测。

以电站燃煤锅炉的袋式除尘器为例，讲究高效、低阻、长寿命，以确保机组安全、可靠、稳定运行，湿法脱硫系统前的袋式除尘器过滤风速一般选用0.9m/min左右为宜；半干法脱硫系统后的高浓度袋式除尘器过滤风速一般选用0.75～0.8m/min。

3.2 科学优化内部流场

长袋低压脉冲袋式除尘器通常设计成两种结构形式，即Ⅰ直通式与Ⅱ具有在线、离线两种状态清灰功能和在线检修功能的结构型式。两种结构形式具有不同的特点及适用工况，其中以Ⅱ型结构形式居多。图1为直通式的长袋低压脉冲袋式除尘器，其气流分布板可较好地防止气流冲刷，均布气流，在一些不允许设置旁路的情况下，可实现停机检修，具有很高的性价比。图2为1台Ⅱ型结构的长袋低压脉冲袋式除尘器，设计成多仓式结构，可实现在线检修。

长袋低压脉冲袋式除尘器的进、出口接口形式最常用的是平进平出（见图3）。进、出口分布总管布置在两排袋式除尘器的中间，按同程式等静压原理设计，确保进分室的阻力平衡、流量均匀，在各进分室的支管上设置调节阀，可实现人工微调，一般从灰斗上部或中箱体底部接入。图4为灰斗进风的结构形式，图5为中箱体底部进风的结构形式。不管何种结构形式，都必须设置气流分布板。含尘气体进入滤袋区域前，通过与导流板之间的惯性撞击，大颗粒粉尘落入灰斗，起到预沉降作用。但两者之间还有所区别。中箱体底部进气，除了设置导流板之外，导流板与箱体封板之间形成一个缓冲预沉降区，一般控制流速不大于3m/s，这样可大大减少滤袋的过滤负荷。同时导流装置能有效解决含尘烟气对滤袋的直接冲刷。

图1 未安装净气室的Ⅰ型袋式除尘器

图2 常用的Ⅱ型袋式除尘器

图3 最常用的平进平出接口形式

图4 灰斗进风及导流板

图5 中箱体底部进风及导流板

如图3、图4、图5所示，含尘烟气从母管、锥斗、调节阀、进风管进入过滤袋区，各个部件的截面面积都有差异，含尘烟气进入不同的部件时，速度与方向都发生了显著的变化，而每一次速度与方向的变化，都将大量消耗含尘气流的能量。从图6、图7可以发现，锥斗与进风管之间的直管段阻力很大，在满足安装与检修空间的前提下，要尽量缩短此部分的长度。除尘器的阻力由固有阻力与运行阻力两部分组成的。固有阻力是由设备的各个烟气流通途径造成的，换句话说，阻力是不可避免的，但是，白白增加的阻力将直接压缩除尘器长期、稳定、安全运行的空间。如图8所示，进袋区前的变径管与直管部分，流速非常高，结构阻力与流速的三次方成正比，因此，合理优化烟气流通途径是显著降低除尘器固有阻力的唯一途径。

图6 进风管的压力分布图

图7 进风管的速度矢量分布图

图8 进风管的速度矢量云图

图8表明，采用下进气方式而不加均流装置，会在灰斗内形成涡流区，这将对清灰效果与滤袋寿命产生负面的影响，严重时可导致袋式除尘器失效。因此，科学优化内部流场，使气流均布于每个滤袋，合理设置气流分布板，使其不但具有均流作用，同时具有沉降作用，将压力损失和布袋的磨损减至最小。

3.3 合理优化喷吹系统

喷吹系统是袋式除尘器的心脏，其直接影响清灰的效果和滤袋的使用寿命。合理的喷吹系统必须能保证足够的压缩空气量。清灰压力会产生一种气锤效应，使滤袋与笼架之间产生振荡，抖动力使尘饼剥落。压缩气流量，包括二次引流气量，使滤袋瞬时膨胀，滤袋的表面积膨胀令尘饼向外分离，滤袋在短时间内膨胀后迅速回收，使尘饼剥落（如图9所示）。

图9 喷吹系统示意图

3.3.1 正确选择喷吹耗气量

对于脉冲袋式除尘器而言，根据工程经验，喷吹耗气量按下列公式计算：

Q = （K·q·n）/ T

其中：

Q —— 喷吹耗气量；

K —— 附加系数，主要考虑漏气，并考虑空压机的运转应有一定时间的间歇等因素，建议取K = 1.4；

q —— 单个脉冲阀的喷吹气量，m3/个；

n —— 除尘器拥有的脉冲阀的总数，个；

T —— 除尘器的清灰周期。

喷吹耗气量的大小反映了除尘器的日常能耗，本着经济、安全、稳定、长期运行的原则，喷吹耗气量的选择绝不能照搬公式，因为就脉冲喷吹清灰而言，首要的是产生气锤效应，实现对滤袋的强烈冲击。如果产生不了这个气锤效应，脉冲阀即便一直开启着，也无法实现有效清灰。因此，并非提供的压缩空气量越多，就能保证实现有效的清灰效果。设计喷吹系统时，必须按照实际项目的需要，灵活掌握清灰系统的配置，可选择增加清灰振荡力度或者增加清灰压缩气流量，以配合滤料的物理特性，最优化地延长滤料的使用寿命。

3.3.2 合理优化喷吹管

喷吹系统的设计一般都是在脉冲阀厂家的技术支持下进行的，只要选择主流品牌的脉冲阀，国内外的产品与技术都同样是过硬的。传统设计喷吹管与弯管的连接采用O型密封圈（见图10）。喷吹时，常温的压缩空气气流先经狭窄的环形通道流向膜片，再折转180°从输出口流出，依次通过输出管、弯管、喷吹管，经喷吹孔喷射出。

由于高温的喷吹管内壁接触常温的压缩空气易在表面结露，夹杂着喷吹装置与压气管路内的杂物，喷吹管内壁极易腐蚀（见图11）。喷吹时，高射气流携带腐蚀杂物射向滤袋，不仅会削弱清灰效果，而且滤袋也会因含尘气流的冲刷而磨损。因此，将原先的密封连接优化成间隙配合（见图12），喷吹时，通过间隙诱导进部分过滤后的高温洁净烟气，提高喷吹气流温度，可有效抑制内壁结露，使喷吹管内壁腐蚀得到有效控制（见图13）。

图10 优化前带O型密封圈的连接图

图11 优化前的喷吹管内壁

图12 优化后有1mm间隙的连接

图13 优化后的喷吹管内壁

3.4 控制漏风，优化净气室结构

对于长袋低压脉冲袋式除尘器而言，滤袋与袋笼的安装与更换都在除尘器顶部进行，一般都设计成低净气室，即气室顶部全是可掀式顶盖，但由于数量很多，漏风率难以保证。除尘器的漏风不但会增加运行能耗，更危险的是会产生结露，除了会造成净气室内部箱板、顶盖内壁、喷吹管以及花板等部件的急剧腐蚀（见图14），还会加速喷吹时烟气和压缩气体中的水分的凝结，使滤袋上的粉尘受潮黏接，造成滤袋严重挂灰甚至无法工作，所以必须严格控制袋式除尘器的漏风率。

图14 漏风造成净气室内部的腐蚀

为了严格控制漏风率，有以下三种优化方案：

（1）采用大规格的顶盖，即一个除尘分室设置一个顶盖，顶盖规格增大后，同样的顶盖面积可大大减少密封条的长度，仅这一点就可使漏风率降低很多。工程实践表明，传统顶盖的四个角设计成直角，极易漏风，改成圆弧过渡，可使漏风率显著下降（见图15）。由于采用了大规格的顶盖，除尘器顶部的门框刚度很容易得到加强，更有利于保证密封效果。

（2）采用高净气室结构，即在花板的上部设计有较高空间的净气室，安装和更换滤袋均在净气室内进行（见图16）。这种结构的净气室只要每个设计一个供滤袋袋笼进出的检修门即可（如果是在线清灰结构，则每台除尘器只要有1～2个这样的检修门即可），因而检修门的密封条长度更短，漏风率更低。

（3）采用双层顶盖结构（见图17），通过外顶盖吸漏进的冷空气被内顶盖阻隔在净气室外，可有效抑制净气室内由于结露而产生的腐蚀。有条件的可在两层顶盖的空间内再敷设一层50mm厚的保温材料，抑制热辐射，可更好地保护净气室内部的部件。

上述三种方案中，高净气室结构漏风率最低，但结构较大；而大顶盖结构的漏风率虽不如净气室结构，但可以显著降低漏风率，且结构相对较小；双层顶盖的漏风率也很低，比传统的普通可掀式顶盖漏风率低很多，而且可制作成小顶盖，检修时无需起吊设施，在垃圾焚烧炉等中小型袋式除尘器上可普遍推广。上述方案各有特点，可依据现场实际，综合各种因素，灵活应用。

另外，整体净气室结构很有必要提一下（见图15）。传统设计考虑到运输条件和成本，大部分袋式除尘器的花板、喷吹管等都在现场安装，这样很难保证花板的平面度、喷吹孔与花板孔的对中质量，而这一切又与滤袋的使用寿命息息相关。对于这点很好理解，如果喷吹孔与花板孔对中效果不好，或者喷吹孔不垂直于花板，那么在喷吹时的高速喷射气流会很容易将滤袋吹破，也就谈不上清灰效果了，工程中类似事故数不胜数。因此，目前通常以分室为单元，花板、喷吹管等关键部件在厂内制作完成后，利用工装组装，以整体净气室单元发货。同时，将大顶盖与整体净气室结构相结合，集二者之大成，充分保证了清灰效果和滤袋寿命，且整体净气室结构安装方便快捷，便于现场维护。

图15 整体净气室结构+大顶盖结构

图16 高净气室结构

图17 双层顶盖结构

4 旁路系统的优化

长袋低压脉冲袋式除尘器的应用范围非常广泛。对于燃煤锅炉与垃圾焚烧锅炉而言，在锅炉启炉投油助燃、预热器卡湿超温、四管爆裂渗漏等非正常特殊工况下，为保护滤袋而设置旁路系统是非常必要的，毕竟，滤袋是袋式除尘器的重中之重。

目前旁路系统一般都设计成内置式旁路，将旁路阀设置在进出风总风道的隔板上（见图18），减少保温界面，防止烟气结露。典型的内置式旁通阀采用双阀板结构、气动提升形式，硬密封（见图19）代替了软密封（软密封材料在长期高温及含尘气流冲刷下，使用寿命很短），一般都配有密封风机。初始投运时密封较好，但是实际工程运行下来发现，多次启动后，一般都不能再保证完全密封。原因是高温变形、死角积灰、阀板与阀座中心不对中等等。由于内置式的结构给安装检修带来极大的不便，针对上述缺点，将旁路系统优化成旁路阀外置、旁路烟道内置的紧凑型结构形式（见图20），即将旁路烟道从进口烟道取旁路经上箱体顶部，穿过底板，连通隔板下的净气烟道总管，旁通阀采用双百叶窗式挡板门，设置在除尘器进口烟道上方。双百叶窗式挡板门有两排叶片组成，当挡板门关闭时叶片间形成一个密封空间，大于烟道气压的密封净烟气进入这个空间，实现零泄漏。通过多个工程的实施，实测粉尘排放浓度都小于30mg/Nm3。

图18 内置式旁路阀

图19 双阀板硬密封气动提升式旁路阀

图20 旁路阀外置、烟道内置式旁路系统

5 结语

长袋低压脉冲袋式除尘器凭借其高清灰效率、低设备阻力、占地面积小、运行可靠、维护成本低、适应性强等特点，成为国内技术最成熟、应用最广泛的大型袋式除尘器，但与国外先进水平相比尚存在一定的差距，仍需国内技术人员长期不懈努力，在吸收消化国外先进技术中不断积累经验，不断优化设计，改进创新，保证工程项目获得理想的经济和社会效益。■