李 毅，冯 斌，郭晓东

鞍钢集团众元产业发展有限公司 辽宁鞍山 114001

对 于工业废渣，国务院要求各部门加以综合利用，变废为宝，提倡“谁排放谁利用，谁投资谁收益”。对于建材行业，提出利用工业矿渣生产水泥。近 20 年来，我国水泥行业取得了长足发展，水泥行业年消纳工业废渣已超过 2 亿 t，占工业废渣总利用量的一半以上。随着高层建筑业的发展，高性能混凝土取代普通混凝土是大势所趋。掺有矿渣粉的混凝土具有与钢筋粘结力强、后期强度高等特点，广泛应用于建筑工程中，愈来愈受到建筑行业、交通行业的青睐。因此，建设矿渣粉磨厂，将矿渣粉磨成矿渣粉是必要的，也是钢铁工业和水泥行业寻找矿渣新用途的方向，符合国家调整产品结构，用高新技术改造传统产业、环境综合治理、节能、清洁生产、循环经济等方面的产业政策。但是，矿渣粉磨生产中产生大量的粉尘，其特点是细度小、质量分数高、含湿量高，造成各种袋式收尘器出现阻力高、糊袋、清灰阻力大等问题。所以根据微粉生产线实际情况，设计合适的袋式收尘器显得尤为重要。

1 状况分析

试验研究表明，矿渣粉只有达到一定细度时才能充分水化。大于 60 μm 的颗粒属于惰性粒子，对强度无积极作用，对强度起主导作用的是 30 μm 以下的粒子，小于 10 μm 的粒子含量多时对早期强度更有利。所以目前矿渣微粉生产线的产品表面积一般为 420～450 m2/kg，收尘器入口最佳温度为 95～130 ℃，密度为 2.80～2.98 g/cm3[1]。矿渣微粉磨线近 20 年来发展迅猛，全国已有 200 多条生产线，已将超过 2 亿 t矿渣转化为建材优质成品矿渣粉。各大设计研究单位在研究矿渣微粉更高效回收的同时，考滤怎么样降低其系统的低阻力、设备怎样选型及结构的优化设计，其中最重要的是矿渣粉收集的设备选型和设备内部结构设计[2]。袋式收尘器在生产中经常发生运行阻力偏高的状况，直接导致集尘效率大幅下降、布袋使用寿命缩短、维修时间增加、产线运转率和产能降低。一般情况下，袋式收尘器的运行阻力超过 1 200 Pa 时，就可以认为运行阻力较高了；当收尘器的运行阻力超过2 000 Pa 时，将会对生产线整个通风系统发生重大影响。同样的矿渣粉磨生产线，如果收尘器类型选择和其内部系统结构设计的差异，其设备自身产生的阻力会不尽相同，其会直接制约生产线的生产能力和产品细度。

2 优化目标

高压气箱脉冲收尘器技术与低压行喷收尘器技术都是八十年代引进的美国技术[3]。高压气箱脉冲收尘器布袋一般不超过 3 m，以 2.5 m 长度最佳，现场占用空间面积小，在矿渣粉磨线的应用中体现出了很强的适应性。

（1) 入口质量分数高 可直接处理入口质量分数高达 350 g/Nm3含尘气体，既可作为净化气体的除尘设备，已成为高效选粉机和立式磨等配套成品回收最佳的设备。

（2) 收尘效率高 净化后排放体含尘质量分数≤10 mg/Nm3，收尘效率 ≥99.9%。

（3) 运转率高 可分室换袋，不停机维修，简单方便，随主机运转率达 100%。

（4) 使用寿命长 采用进口或国产高品质脉冲阀，高效、稳定，使用寿命长，配备优质针刺毡滤料，滤袋平均寿命达到 2 a 以上。

如果想要达到上述使用效果，应该对每条粉磨线的地域、空间位置、不同风量、温度、湿度、粉尘性质及其他参数进行研究，局部采取相应针对性设计，才能达到理想实用效果[4]。国内很多收尘器厂家在多数情况下直接按统一图纸制作，没有做针对性的设计研究，所以在生产线运行后逐步暴露出其使用效果不理想，达不到预期产能。

3 高压气箱脉冲收尘器

高压气箱脉冲收尘器如图 1 所示，气箱脉冲喷吹利用高速喷吹进气箱内一定体积的气体，使气箱有限空间内瞬间产生 5～7 kg/cm2高压，高压气流从布袋口处冲向袋底部。当脉冲气流经过脉冲阀喷嘴射出时，瞬间高压诱导作用吸引箱体内有效范围内的空气冲入滤袋，诱导引入的空气量高于脉冲阀所喷出量的 5～8 倍，产生的压力冲入滤袋时加速度极快，很快传递到滤袋底部迫本滤袋和含粉尘的袋表面，在拉伸、膨胀、收缩的剪切作用下，粉尘脱离袋表面，实现了强力清灰[5]。

图1 高压气箱脉冲收尘器Fig.1 High-pressure air box pulse dust catcher

高压气箱收尘器每个室都设计有喷吹口。一般喷吹口布置在远端的两侧形成对喷，使得两面喷吹气箱空间内全部实现正压，避免单面喷吹时脉冲阀侧局部产生负压。设计时脉冲阀两侧数量不同，工作面一侧少于另一侧 1 个或 2 个脉冲阀。开口位置避免与对面喷口正对，喷射时脉冲阀喷口应与对面错开一定角度，避免气流喷射对碰造成气压损失影响清灰。当滤袋的长度及数量确定后，再计算喷嘴孔径，设计时沿气流走向在收尘器进风口侧临近的 2 个室风量较大，滤袋集粉尘较多，所以其脉冲阀孔径应大于其他室，开孔数量由脉冲阀规格和每个室布袋数量决定[6]。

3.1 脉冲阀的优化设计

（1) 喷射时脉冲阀喷口角度应 ≥ 0°，避免气流吹向滤袋，造成滤袋口损坏，影响滤袋的清灰效果。

（2) 脉冲阀的数量和尺寸由每个室的滤袋数量及过滤面积计算确定。

（3) 高压气箱收尘器的脉冲阀应选择直角式，不能选择淹没式。淹没式脉冲阀喷吹出的仅为其阀体腔内储存的气体，喷射气量少，气箱内产生的气压较小(低于 5～7 kg/cm2)。直角脉冲阀因阀体内部设计有进气口，开口时间较长，能满足较大气体通过阀体出口喷射到收尘器气箱内，瞬间使气箱封闭空间内产生 5～7 kg/cm2的压力，从而诱导周围的空气量产生较强气流，达到较好的清灰强度。

(4) 直角脉冲阀尺寸的选择，为避免布置数量过多增加开孔数量，同时也为了避免在同一气箱内气流太多而发生紊乱对碰损失气压，所以建议较大收尘器脉冲阀出口选择 50.8～63.5 mm，提高每个气室喷吹面积，降低收尘器整体体积。

（5) 为及时补充高压气，要在收尘器顶部距离脉冲阀较近的位置，多布置几个≤ 1 m3高压气包，以及时提供脉冲阀喷吹气。

3.2 布袋的优化设计

高压气箱脉冲收尘器每个气室数量 (以布袋口径φ130 mm 为例) 不应超过 128 条。因脉冲阀口径有限吹进的高速高压气流一定，一般每个直角脉冲阀一次喷吹气体量为 0.4～0.5 m3，喷吹面积为 34～42 m2，每个直角脉冲阀能够喷吹滤袋 32 个。布袋数量与脉冲阀规格及数量不匹配会严重影响收尘器清灰效果[7]。布袋高度一般不应超过 2.5 m，当受空间限制不得不加长时也不能超过 3 m。如果布袋长度设计不合理，因高压气箱脉冲收尘器清灰原理与行喷收尘器的喷嘴原理不同，袋口初始气流速度低，喷射沿程短，清灰力度不能到达滤袋底部，吸附在袋表层粉尘不能及时脱离，造成局部积灰，导致收尘设备阻力增高，滤袋负荷不均，减少了滤袋寿命，影响清灰效果。

滤袋合理的间距布置可有效降低布袋底部箱体上升气流速度，使滤袋获得最佳过滤风速。矿渣粉磨生产线由于粉尘颗粒小、质量分数高，又有一定黏性，所以布袋式收尘器滤袋的过滤风速设计为 0.7～1.0 m/min，可有效避免收尘器由于滤袋表面过多粉尘附着而导致运行阻力升高[8]。

3.3 气箱室的优化设计

由于高压气箱脉冲收尘器每个室的滤袋布置一般为 128 条，喷吹周期较短，需要大量高压空气，还需要大量外引气流量，要达到较好的清灰效果，合适的气箱室高度才能保证系统内能够提供大量外引空气。气箱室高度应根据滤袋数量、滤袋长短，通过计算来确定。过低则不能提供喷吹外补气流的效果，过高则设备体积增大、投资增加，同时消耗气箱内静压力。气箱室滤袋孔板的设计也尤为重要，孔板的开孔距不能过大，否则会增加设备体积从而增大投资，如果设备追求过小的体积使其滤袋布置过密，会增大风阻。孔的外边缘距箱体侧板应不少于 80 mm，从而防止滤袋下部与侧箱板摩擦破损。孔板厚度不能过薄，否则会影响孔板刚度，在滤袋的重力和瞬时喷吹力的影响下导致孔板位移使滤袋底部产生接触摩擦滤袋破损。气箱的顶部板也要保证一定的刚度，否则喷吹时会因顶板位移损耗气箱室内的净气压。

3.4 卸灰阀的优化设计

气箱室收尘器的卸灰阀尽量设计为翻板式。设计时口径一般大于 600 mm×600 mm，同时在翻板卸灰阀的正上方设置 1 块 V 形锁风板，防止卸灰时底部外风进入，提高收尘器的清灰效果。

3.5 收尘器的结构优化

高压气箱脉冲收集器如图 2 所示。箱体结构的设计对收尘器在实际生产运行时的系统阻力影响非常大，包括收尘器进出风口管道截面设计、收尘器内部均风均压设计、布袋室下方箱体截面积的计算。各部分结构设计不合理会造成设备运行阻力升高，一般高压气箱脉冲收尘器阻力为 400～700 Pa，进口风速越高其设备运行阻力越大。所以粉磨工艺系统设计时收尘器进口管道风速一般控制在 10～12 m/s[8]，进入每个布袋室的风速应控制在 10 m/s 之内，这样有利于箱体内各点风速均匀又能减少风速过快而产生过高的阻损。

图2 高压气箱脉冲收集器Fig.2 High-pressure air boxpulse collector

很多高压气箱脉冲收尘器的制造厂家没有根据现场使用实际条件进行设计，不重视进出口风管道截面积、设备内均风布置、气流走向的位置风速匹配，导致在实际应用中发生如下问题：①收尘器进口风管道截面积过小，含尘气体风速过快，当气体进入收尘器后不能降低到合理风速，造成入口处风向紊乱，产生风阻；② 当含尘气体进入布袋下方风箱时，如果各布袋下方风箱截面积不合理，使风速进一步增加，造成布袋磨损增大、设备阻力增大；③如果收尘器进风口风速太快，不能使气体中粉尘在收尘器内形成有效的初次降尘，在布袋下方风箱内也没有完成 2 次风降，就会使含尘气体进入灰斗时，布袋表面粉尘附集量增大，增大收尘器设备阻力，造成工艺系统生产所需循环风量不足而影响产量。

4 结语

科学的工艺设计、合理的设备选型、外配件的参数优化设计是高压气箱脉冲收尘器是否能够良性运转的重要环节。生产运行中正确、准确、科学的管理与维护是高压气箱脉冲收尘器高效运行的保证，其使用寿命长、收尘效率高、运转率高、处理风量大等优点才能充分体现。同时高压气箱脉冲收尘器具有技术含量高、适应性强、自动化程度高的优点。所以在高压气箱脉冲收尘器选型、制造时能够进行针对性的优化设计，其在矿渣粉磨生产线中将会得到更好的应用。