机械反吹

机械反吹（共7篇）

机械反吹 篇1

摘要：针对机械回转反吹袋式除尘器在使用过程中普遍存在的喷吹清灰效果差、回转机构易出故障、滤袋更换困难及密封性较差等问题, 在降低旋转臂转速以加大喷吹气量和喷吹时间保证喷吹清灰效果、改进回转机构使之能长期稳定运行、变换顶盖结构形式便于滤袋更换、调整滤袋固定方式增强密封性能等方面进行升级改造, 保证了除尘系统风量、提高了除尘效率、降低了运行费用、减轻了劳动强度、满足了环保标准要求。

关键词：机械回转反吹袋式除尘器,回转机构,喷吹清灰,喷吹气量,喷吹时间

机械回转反吹袋式除尘器 (结构形式见图1) 是由原机械工业部设计研究总院和上海冶金机械总厂于1975年自行研制开发成功, 至今已有40年的历史。自问世以来, 以其占地面积较小、无须另设清灰动力、抗爆能力好、易损件少、维护管理相对简单等特点, 一度成为中小风量袋式除尘器的首选设备, 尤其是在机械行业中得到广泛应用。贵州达众第七砂轮有限责任公司磨料制粒生产线现有30余台该类设备, 在使用过程中相继反映出不少问题, 性能、结构缺陷逐渐凸现, 如上顶盖旋转不灵活、滤袋密封性差、反吹动量不足、清灰效果不佳等。

为改进机械回转反吹袋式除尘器结构, 提高其性能, 我们进行了有针对性的升级改造, 达到了作业场所卫生标准和大气排放标准要求, 降低了维修管理难度, 取得了实质性的技术进步。

1 存在的问题

1.1 顶盖旋转不灵活、滤袋更换难以进行

原设计除尘器顶盖上开有检修孔, 顶盖边缘下方设置了若干个顶轮, 扳动顶轮下的升降螺母, 可将顶轮抬起10mm左右, 此时借人力旋转顶盖, 以便依次从检修孔将滤袋插入或抽出。

贵州达众第七砂轮有限责任公司地属西南, 处于费德尔环流圈, 属于亚热带湿润温和型气候, 年平均总降水量为1 129.5mm, 年平均相对湿度高达80%以上。由于气候原因, 升降螺母和顶轮锈蚀严重, 人力旋转顶盖十分困难, 滤袋更换难以进行。

1-减速机构;2-净气出口;3-上盖;4-上箱体;5-反吹旋臂;6-中箱体;7-含尘气体进口;8-U形压力计;9-扁滤袋;10-循环风管;11-灰斗;12-支架;13-反吹风机;14-排灰装置

1.2 滤袋密封性差, 影响除尘效率

原设计滤袋安装程序为:先将多孔板U型密封圈安装平整, 滤袋放入, 放好压板并初步拧紧螺母, 待元件全部装好后再均匀压紧压板。见图2。

初始安装时基本能按要求进行, 由于原设计除尘器顶盖上的检修孔较小, 滤袋更换时难以按程序进行, 致使滤袋与花板之间有间隙, 少量细粉由除尘区经过间隙进入排气区, 影响除尘效率, 粉尘排放超标。

1.3 反吹气量及喷吹时间不足

机械回转反吹袋式除尘器属反吹类袋式除尘器, 其清灰原理是利用与过滤气流相反的气流使滤袋形状发生变化, 滤袋表面附着的粉尘层受绕曲力和屈曲力的作用而脱落。反向气流由专设的反吹风机供给, 通过旋转臂上的风口送入滤袋使之断面形状发生变化, 破坏滤袋上粉尘的固有结构, 从而清落粉尘。因为旋转臂通常以匀速回转, 每只滤袋的喷吹时间不足0.5s, 致使反吹气量严重不足, 最终导致清灰效果不佳。

1.4 反吹风压较低

目前使用的机械回转反吹袋式除尘器反吹风来自设备顶部净气室。因为在设备内形成内循环, 有利于保证整机功能齐全。但因除尘器内最高负压值恰恰出现在净气室, 致使反吹风机为克服该负压值而需增大自身压头, 呈现出争风现象, 其结果为反吹系统阻力增大, 反吹风出口处余压大为减少, 反吹风机运行时偏离高效区, 性能指标下降, 最终导致反吹风清灰压力较低, 反吹气量得不到有效保证, 清灰能力降低[1]。

2 升级改造的理论分析

若要达到良好的清灰效果, 必须使滤袋鼓胀, 并在滤袋内形成使反吹气体从滤袋的清洁侧至积尘侧逆向流动的足够压力, 同时还要满足粉尘下落时间以尽量避免二次吸附。实验结果表明, 要满足上述清灰要素, 实现清灰目的, 必须使反吹气量不少于滤袋容积的3倍;反吹风压高于滤袋阻力;为尽量避免二次吸附, 须使大量吹落的粉尘降至集灰斗, 还应保证单袋反吹时间不少于2~3s[2]。

贵州达众第七砂轮有限责任公司机械回转反吹袋式除尘器为双圈布置 (内圈24 条, 外圈48 条) , 滤袋为标准滤袋, 其断面尺寸为 (50mm/80mm) ×354mm, 滤袋长为4 800mm。单条滤袋的容积V为

由鼓入反吹气量

和清灰要求

可得

式中V′ 为反吹气量, m3;m为滤袋圈数 (m=2) ;q为反吹风口喷吹气量, m3/s;s为反吹时间, s。

在实际运行中, 由于受反吹机构工作方式的限制, 处于最外圈的滤袋因中心距较大, 反吹时间较短而造成喷吹气量与其他滤袋相比为最小。为保证清灰效果, 则必须满足最外圈滤袋的喷吹时间。

由定义可得单袋反吹时间为

式中R为滤袋中心至除尘器中心的距离 (两圈, R1=560, R2=1020) , mm;65 为反吹风喷吹口宽度的平均值, mm;ω为旋转臂回转速度, r/min。

取单袋反吹时间为2~3s, 按外圈计算可得旋转臂回转速度为

由于旋转臂为匀速回转状态, 而滤袋为固定状态, 因此反吹风并非在2~3s时间内全部进入滤袋, 取平均加权系数为2.0, 按旋转臂设2个喷吹口计, 可得清灰所需喷吹气量为

式中Q为喷吹气量, m3/h;m为平均加权系数;n为喷吹口数量。

原机械回转反吹袋式除尘器的反吹系统参数为:反吹风机风量:2 260m3/h;减速机输出转速:2.0r/min。则外圈滤袋单袋反吹时间为0.31s;外圈滤袋单袋喷吹气量为0.05m3。显然, 原反吹系统参数是不能满足清灰要素和清灰目的的。

3 升级改造措施

3.1 改旋转顶盖为花瓣形顶盖

鉴于原设计除尘器顶盖旋转困难, 滤袋更换难以进行的弊端, 我们设计了具有多扇检修门的花瓣形顶盖 (见图3) , 检修时依次打开检修门便可抽出全部框架, 一改过去4 个工人进行滤袋更换工作的局面, 现在一个工人就可完成滤袋更换工作, 既方便又安全。同时将反吹风机由顶盖放置改为侧部放置, 降低了顶盖负荷, 消除了顶盖易变形的弊端。

3.2 变换滤袋固定方式, 保证了除尘效率

由于原设计滤袋安装更换程序复杂且难以密封, 导致除尘效率降低, 粉尘排放超标, 为此, 我们对花板进行了改进。具体做法为:在72个花板孔上设置上端折边的短管 (见图4) , 滤袋放入后翻边后, 用扎丝将滤袋与花板短管扎紧, 再放入滤袋框架, 依靠滤袋框架自重, 滤袋框架上的法兰与花板短管 (二者之间为翻边滤袋) 形成密封状态。变换滤袋固定方式既达到了完善密封性能、保证除尘效率的目的, 又简化了滤袋安装更换程序, 降低了工人的劳动强度和作业时间。

1-减速机构;2-传动机构;3-反吹风机;4-花瓣形顶盖;5-反吹旋臂;6-花板;7-滤袋及框架

3.3 降低反吹机构回转速度, 加大喷吹时间

通过理论分析不难看出, 导致机械回转反吹袋式除尘器清灰效果不良的主要原因是, 由于反吹机构回转速度过快而致使喷吹气量和喷吹时间严重不足。因此, 为改善清灰效果, 采用加大减速机速比的方法降低反吹机构回转速度以保证喷吹气量和喷吹时间成为首选。我们选用高速比的摆线针轮减速机替代原蜗轮蜗杆减速机, 起到了良好的效果。经过多次试验, 最终采用速比, 1/5 133, 调整反吹机构回转速度和喷吹时间的结果:减速机速比1/5 133;减速机输出转速0.292r/min;外圈滤袋单袋反吹时间2.08s;外圈滤袋单袋喷吹气量0.33m3 (现反吹风机不变) 。

3.4 更换反吹风机, 保证喷吹气量和反吹压力

袋式除尘器的总阻力△P由除尘器的结构阻力△Pc、清洁滤料阻力△P0 和滤料上粉尘层阻力△Pd3 部分组成[3]。对机械回转反吹袋式除尘器而言, 其结构阻力包括气体通过进、出口等部位所消耗的能量。在正常过滤风速下△Pc一般为200~400Pa。为使整个除尘系统能耗适中且避免频繁反吹以保证滤袋寿命, 应保证沉积有粉尘的滤袋总阻力 (即△P0 与△Pd之和) 在高滤速状态下为1 100~1 300Pa, 在低滤速状态下为800~1 100Pa。若要达到良好的清灰效果, 在保证反吹风量和喷吹时间的前提下, 还要保证反吹风风压。在实际运行中, 通过调节反吹系统发现, 当反吹风压约为滤袋总阻力的2倍时, 清灰效果十分明显, 也就是说当反吹风出口处余压为2 000~2 500Pa时效果良好[2]。

原反吹风机为9-19№4.5A型高压风机 (风量2 062~2 504m3/h;风压4 447~4 112Pa;功率5.5k W) , 由于反吹风机进风来自于除尘器净气室, 受除尘系统风机的影响, 净气室自身较高负压需由反吹风机承担, 因此, 反吹风机全压应为净气室自身负压与反吹风出口处余压之和, 同时还要克服反吹机构的空气流阻, 原反吹风机难以保证其要求。鉴于此, 我们采用9-19№5A型高压风机 (风量2 576~3 488m3/h;风压5 639~5 080Pa;功率11k W) 取代原反吹风机, 实际使用效果良好。

4 改造效果

采用上述方法改造后, 机械回转反吹袋式除尘器的清灰效果大为改进, 有效地避免了粉尘的二次吸附。袋除尘器阻力损失稳定在1 400~1 700Pa;粉尘排放浓度在50mg/m3以下。改造使得机械运行部件减少, 故障率降低, 运行稳定可靠, 维护管理简单。虽然投入5万元改造费用, 但保证了除尘器的技术性能, 使其高效、经济和可靠地运行;同时还减少了运行管理费用, 降低了人工成本和劳动强度。上述措施的实施, 在不改变现有设备主体结构的情况下, 较好地完成了旧有设备的升级改造, 对类似除尘器升级改造提供了新的思路, 有一定的借鉴作用。

参考文献

[1]金国淼.除尘设备[M].北京:化学工业出版社, 2002.

[2]王冰, 刘琦.机械回转反吹袋式除尘器清灰能力的研究[J].安全与环境学报, 2005, 5 (2) :65-68.

[3]张殿印.除尘技术手册[M].北京:冶金工业出版社, 2002.

催化裂化采用反吹法测量分析 篇2

1 用吹气式液位计测液位

(1) 吹气式液位计结构包括:过滤器, 减压阀, 节流元件, 转子流量计, 压力计。

(2) 工作过程:当液位上升或下降时, 液封压力也随之升高或降低, 从而使从导管逸出的气量也要随之减少或增加。由于流经节流元件的供气量维持恒定不变, 于是导管内的压力势必随液封压力的增加而增加, 即压力计的示值能跟随液位的变化而变化。

(3) 反吹风、反吹风工质:防止流化床测压点被催化剂粉堵塞的措施是设置反吹风系统, 再生系统的反吹风采用净化压缩空气, 沉降器系统的反吹风一般也采用净化压缩空气。

反吹气源压力:采用限流孔板来控制反吹气量是简单易行的方法, 是利用临界压缩比节流原理来恒流的方法。

对于一般的双原子气体, 当限流孔板后的压力 (被测压力) P2≤0.528P1, 流经限流孔板后的空气量只取决于孔板前的气源压力P1, 而与限流孔板后的压力P2无关, 反吹风气源压力应满足P2≥1.894P1。根据上述原理:可以确定限流孔板前的反吹气源压力为被测压力的2倍以上, 即P1≥2PX。流化催化裂化装置反应-再生系统的反吹气源压力对于低压再生需要4~6kg/cm2, 对于高压再生一般要求0.6MPa。

(4) 压降和线速:反吹流量在流化催化裂化装置流化床内测压管中的线速度《研究工程公司工业设计准则》规定为0.61米/秒。美国石油学会《炼油厂仪表和控制系统安装手册》规定为0.28~0.93米/秒;我国一般采用0.5~1.0米/秒。

(5) 反吹系统配管设计及安装: (1) 反吹点应尽量靠近测压点, 以减少测量误差。 (2) 限流孔板安装在垂直向上的或水平的气源管路上, 其位置便于拆装。 (3) 反应-再生柜架内应设置独立的反吹气源总管并与一般仪表供风分开, 总管管径一般用Dg50~Dg40;支管一般用DN15。 (4) 反吹风气源总管上宜设置过滤器, 以防止限流孔板堵塞, 特别是在开工初期, 反吹风限流孔板易被堵塞。 (5) 反吹气源总管及支管上应设置止回阀。 (6) 密相床的反吹限流孔板锐孔直径宜用φ1.6~1.2mm, 也可采用φ1.0mm。

2 流化床的压力、密度和藏量测量

(1) 平均密度的测量在测量分子筛催化剂流化床的压力、密度和藏量时, 工程上一般都可以把床内的流化催化剂当作流体来处理。可以用各种差压仪表来测量其平均密度和藏量。流化床的平均密度用不同高度的两测压点之间的静压差来量度。按式1计算:ρ=ΔP1/H1

式中:ρ为床层的平均密度kg/cm3;ΔP为仪表测量的测压差;

H1为两个测压点之间的垂直距离米。

可看出, H1是常量, 固为测压点是安装时确定的, ΔP1与ρ成线性对应关系, 也就是密度ρ与差压ΔP1对应变化。

例如:烧焦罐密度测量仪表DR-102量程差压为0~1000mm H2O, 引压点距离为2000mm, 求二次表指示100%时的密度?

解: (1mm H2O=10Pa) 1000mm H2O=0.1kg/cm3

∵ρ=ΔP/H1=0.1×104/2=500kg/cm3=0.5t/m3

则二次表指示100%时的密度为0.5t/m3

(2) 催化剂藏量的测量催化剂藏量是指流化床上、下测压点之间的催化剂持有量。再生器烧焦罐催化剂藏量方法按式2计算:

式中:W2为再生烧焦罐藏量;ΔP2为藏量测量仪表的差压;

P2为再生烧焦罐的密度;H2为两测压点之间的垂直距离;

A2为再生烧焦罐筒体截面积。

可看出, 截面积A2是藏量。差压ΔP2与藏量W成线性方程。因此每一个测得的差压值反映在二次显示仪表都有一个对应的藏量。

例如:再生烧焦罐藏量测量仪表WR-101的量程差压0~2000mm H2O, 再生烧焦罐内径5.76米, 求:二次仪表指示100%时的藏量为多少?

解:2000mm H2O=0.2kg/cm2=0.2×104kg/m2

∵W=ΔP×A=P×π/4×D2=0.2×104×3.14× (5676) 2/4=52t

∴烧焦罐藏量在仪表指示100%时是52t。

3 反应-再生部分反吹风系统在生产中应该注意的问题

(1) 反吹风用风总管、支管以及至用风点的分支管在限流孔板安装前要进行吹扫, 以防杂质、异物堵塞限流孔板。 (2) 两器进催化剂前, 要根据生产需要将反吹风投用, 以防止催化剂进入仪表测量管线系统。 (3) 如检修仪表测量管线系统停反吹风时, 应先停一次阀, 后停反吹风。

摘要：反吹法是测量压力的一种常见的方法。应用在易堵塞、易结晶、易结垢、强腐蚀、剧毒介质的气相压力测量。催化裂化采用的催化剂通常是以Si O2和Al2O3为主要成分的结晶硅铝酸盐, 细粉末状, 堵塞引压管, 所以催化裂化尤其适合采用反吹法测量。

关键词：反吹法,吹气式液位计,催化裂化

参考文献

[1]谢欣, 李禾, 谢程.用反吹法检测高纯氩气中总碳氢化合物的含量[J].深冷技术, 2006.

机械反吹 篇3

壳牌粉煤加压气化是当今国际上先进的煤气化技术, 属于气流床气化的第2代煤气化技术, 已成为近年来国内外设计和生产厂家首选的气化工艺。该技术对煤种、粒度具有较大兼容性, 具有煤种适应性广、单系列能力大、气化温度高、气化用氧耗量低、运转周期长、环境效益好等技术优势, 与我国的能源资源的基本国情相适应。壳牌煤气化系统生产的合成气有多种作用, 可用来制造纯氢, 生产合成氨、甲醇、含氧化合物, 也可以用于制取运输燃油、城市煤气、合成天然气及发电。而我们柳州化工股份有限公司是国内第一批引进壳牌煤气化的公司, 于2007年投产, 开车至今, 积累了丰富的开车经验, 并且做了一系列本地化改造, 达到了满负荷95%年运行率, 本文即是本公司针对壳牌煤气化反吹系统所做的改进。

一、壳牌煤气化反吹系统的作用

壳牌煤气化主要是将煤粉、氧气及蒸汽在加压条件下并流进入气化炉内, 在极为短暂的时间内完成升温、挥发分脱除、裂解、燃烧及转化等一系列物理和化学过程。在壳牌气化过程中, 煤经过高温、高压反应后, 大量灰分以渣的形式直接排放至除渣工段, 少量则以飞灰形式串入气化炉环形空间或者粘附在气化炉水冷壁上又或者随合成气进入后系统, 飞灰的存在对整个系统的正常工作有很大的危害, 比如堵塞过热段输气管道, 从而使气流只能通过窄小的通道对水冷壁管道造成剧烈冲刷而造成漏水, 使得系统不得不停车检修;甚至飞灰过多, 粘附在高温高压过滤器的滤棒上, 导致过滤器前后压差过大, 滤棒经受不住而断裂, 或者压差过高而被迫停车。因此, 必须通过反吹系统将飞灰从合成气中尽可能的去除。国内外的壳牌煤气化系统基本上都是用来自空分系统提供的高温高压氮气来进行反吹, 而本公司由于空分系统负荷不足以提供足够量的高温高压氮气进行反吹, 所以将高温高压氮气改为从后工序净化处理干净的氢氮气加压后来进行反吹。所以本文所讨论的主要是针对壳牌煤气化反吹系统的高压高温氮气量不足又或者不稳定的情况下所做的一种高价有效的改进。

二、反吹系统的工艺流程

如图示1所示, 在高温高压氮气充足的情况下, 由空分提供的高温高压氮气通过反吹气加热热器, 加热至225℃, 然后进入反吹氮气缓冲罐作为反吹气源。当高温高压氮气不足时, 可以由湿洗单元反吹气洗涤塔来的粗合成气进入气水分离器分离水后, 经反吹气压缩机加压后通过反吹气加热器加热至225℃后进入反吹气缓冲罐, 然后送往各用户。其用户为高温高压过滤器反吹、气化炉激冷段反吹、合成气冷却器反吹以及气化炉底部环型空间冷却气。当合成气冷却器反吹时, 高压氮气缓冲罐可消除对高温高压过滤器供气压力的影响。缓冲罐的大小确保在合成气冷却器反吹系统峰值消耗情况下压力不低于5.9MPa。通过自动调节阀来稳定出口压力, 经管道返回湿洗单元。

三、反吹系统容易出现的问题

反吹系统必须使用反吹气定时清洁气化炉和除灰单元的高温高压过滤器, 以保证设备装置不积灰堵塞, 本公司假如使用高压氮气作反吹气, 气化炉系统因高压氮气不足只能维持80%的负荷;而使用反吹压缩机的话, 由于合成气只是经过洗涤塔进行水洗的粗略处理, 合成气中还是带有很大一部分酸性气体, 在路经反吹管线时, 对管线以及设备造成非常大的腐蚀, 所以经常导致反吹压缩机、换热器、反吹管线、高温高压过滤器环管泄漏着火等严重事故。表1中为壳牌装置反吹系统一年之内出现的问题以及所影响的后果。

四、改进措施

为了解决反吹系统的问题, 我们可以从后工序净化系统引用处理过的净化氢氮气, 经新配管线加压接至气化工段反吹气总管, 并安装工艺阀和仪表阀进行压力调节, 并增加换热器, 将净化氢氮气的温度加热到180℃以上, 以满足反吹气的要求。而在系统开车时, 可以先启用反吹压缩机, 待系统运行稳定之后再切换至净化氢氮气。而当净化氢氮气供应有问题时, 则又可切换至反吹压缩机, 从而避免降负荷, 维持生产稳定, 系统的应急处理能力也能得到很大的改善。

五、改造后效益

气化炉使用反吹气压缩机来压缩洗涤后的合成气用作压缩气源, 从图表列出的影响产量计算, 每月影响产量为400吨氨气, 消耗高压氮气26吨, 按每吨氨3000元, 每吨氮气1800元计, 一年经济效益为3000×400×12+1800×12×26=1496万元。而改造估价也就在200万元左右。

正常情况下主要使用净化氢氮气作为反吹气源, 当净化氢氮气气量不足时, 可切换反吹气压缩机来提供反吹气源, 这样即可保证壳牌煤气化长周期高负荷稳定运行。

六、总结

经过改进之后, 反吹系统出现的问题得到良好改善, 基本上没有因为反吹系统出现停车现象, 泄漏现象也基本再也没有发生过。但是还是有点缺陷, 由于是用氢氮气做反吹气源, 当反吹管线有泄漏需要带压堵漏时, 必须要切换高压氮气作为反吹气源, 不得不降低负荷, 所以如果后工序有足够多的二氧化碳, 可以用来当成反吹气源使用, 那样即可有效的解决上述问题。

参考文献

[1]王永锋壳牌煤气化工艺流程中合成气反吹系统方案优化的探讨.化工设计, 2004 (14)

[2]陈伯适21世纪我国煤化工发展方向中氮肥, 2002. (1)

[3]牛玉奇, 段志广, 沈小炎.Shell气化炉合成气冷却器积灰原因及应对策略.化肥设计, 2009 (4)

脉冲反吹布袋除尘器应用技术改造 篇4

目前, 我厂现有除尘系统故障率高, 烟尘排放浓度高达300mg/Nm3以上, 输灰系统设备老化, 卸灰时有飞灰泄漏现象, 需改造现除尘输灰系统。按照《火电厂大气污染物排放标准》 (GB13223-2003) 规定, 现有的旋风分离器+静电除尘器除尘系统无法满足烟尘排放要求, 需进行改造。大庆市作为“全国卫生先进模范城市”对烟尘治理的力度也必将增大, 因此需按高标准进行改造现有除尘系统。鉴于国内布袋式除尘器技术已形成成熟的工艺路线和产品, 在安全、环保方面有许多优势, 已有许多可借鉴经验和工程实例, 因此本方案采用国内知名厂家生产, 性能经多年工程实践考核的布袋除尘器产品进行现有系统改造, 其技术成熟, 除尘效果可以保证。对热电厂烟尘系统有效地改造, 对保障热电厂的安全稳定运行, 实现绿色环保生产有重要意义, 也可以降低系统检修费用、节约电耗、回收飞灰, 有良好的社会效益, 利于电厂的可持续发展。

2 布袋除尘器应用现状

在冶金、建材行业, 从70年代就已经大量采用布袋除尘器。从80年代开始, 我国就在部分电厂就布袋除尘器处理锅炉尾部烟气进行了尝试, 但由于当时工艺水平限制, 滤料不过关, 技术落后, 滤袋破损泄漏, 导致除尘效率低, 换袋频繁、工作条件差, 导致布袋除尘器在锅炉尾部烟气处理中没能得到广泛应用。

近年来, 随着滤布材料制造技术的发展, 袋式除尘器在滤布强度、耐高度、耐腐、耐磨等方面都有很大提高。应用布袋除尘器的烟尘排放浓度可以控制在1 5 m g/Nm 3～50mg/Nm 3, 已经广泛运用于电厂、矿山、冶金、化工、水泥、制药、食品等行业作为环境净化和产品回收设备。袋式除尘器应用于锅炉尾部烟气处理已经获得成功。

燃煤锅炉烟气除尘技术经历了水膜除尘、布袋除尘到电除尘的过程, 现在又有回到布袋除尘器的趋势。为了对布袋除尘器有更深的了解, 本文针对布袋除尘器技术做了简单介绍, 并对65t/h旋风锅炉选用布袋除尘器与电除尘器进行技术经济比较, 供大家共同探讨。

3 布袋除尘器工作原理

3.1 结构原理

袋式除尘器也称为过滤式除尘器, 是一种干式高效除尘器, 它是利用纤维编织物制作的袋式过滤元件来捕集含尘气体中固体颗粒物的除尘装置。其作用原理是尘粒在饶过滤布纤维时因惯性力作用与纤维碰撞而被拦截。细微的尘粒 (粒径为1微米或更小) 则受气体分子冲击 (步朗运动) 不断改变着运动方向, 由于纤维间的空隙小于气体分子布朗运动的自由路径, 尘粒便与纤维碰撞接触而被分离出来。其工作过程与滤料的编织方法、纤维的密度及粉尘的扩散、惯性、遮挡、重力和静电作用等因素有关及其清灰方法有关。滤布材料是布袋除尘器的关键;性能良好的滤布, 除特定的致密度和透气性外, 还应有良好的耐腐蚀性、耐酸性及较高的机械强度。耐热性能良好的纤维, 其耐热度目前已达到250～350℃。

布袋除尘器按其清灰方式的不同可分为:振动式、气环反吹式、脉冲式、声波式及复合式等五种类型。其中脉冲反冲式根据反吹空气压力的不同又可分为高压脉冲反吹式和低压脉冲反吹式两种。脉冲清灰袋式除尘器由于其脉冲喷吹强度和频率可进行调节, 清灰效果好, 是目前世界上最为广泛应用的除尘装置。

如图1所示为脉冲反吹布袋除尘器原理图, 含尘气体从袋式除尘器入口进入后, 通过烟气分配装置均匀分配进入滤袋, 当含尘气体穿过滤袋时, 粉尘即被吸附在滤料上, 而被净化的气体则从滤袋内排除。当吸附在滤料上的粉尘达到一定厚度时, 电磁阀开启, 喷吹空气从滤袋出口处自上而下与气体排除的相反方向进入滤袋, 将吸附在滤袋外表面的粉尘清落至下面的灰斗中。

3.2 脉冲反吹式布袋除尘器基本结构

脉冲反吹式布袋除尘器由滤袋组件、导流装置、脉冲喷吹系统、控制系统、离线保护系统箱体等组成。含尘气体由导流管进入各单元室, 在导流装置的作用下, 大颗粒粉尘分离后直接落入灰斗、其余粉尘随气流均匀进入各仓室过滤区, 过滤后的洁净空气透过滤袋经上箱体、提升阀、排风管排出。随着过滤工况的进行, 当滤袋表面积粉尘达到一定厚度时, 由清灰控制装置 (差压或定时、手动控制) 按设定程序关闭提升阀, 控制当前单元离线, 并打开电磁脉冲阀喷吹, 抖落滤袋上的粉尘。落入灰斗中的粉尘经由卸灰阀排出后, 利用输灰系统送出。

如图2所示, 为75t/h锅炉配套布袋除尘器结构图, 主要包括:

(1) 滤袋组组成:滤袋框架、布袋及挂袋板的连接设计采用了自锁装置, 安装和更换方便, 并能有效延长滤袋使用寿命。滤袋为φ160㎜标准规格, 采用聚苯硫醚针刺毡 (进口PPS/PPS504CS17、防水防油处理) 。

(2) 导流装置:采用国际上先进的进风方式, 设计了独特的烟气分配装置, 目的在于分配含尘气体, 并可对大直径颗粒进行分离, 避免含尘气体冲刷滤袋, 进一步提高整个除尘装置的效率, 提高滤袋使用寿命。

(3) 脉冲喷吹系统:脉冲系统由反冲联箱、电磁脉冲阀、承压接头、喷嘴管、支架等组成。在每个滤袋上部, 均有一根压缩空气喷嘴管, 运行时, 一般设定每一排滤袋每隔10秒脉冲反吹清灰一次, 定时启动一次电磁阀, 将脉冲反吹空气喷入滤袋内进行清灰。

(4) 出灰系统由电振动器 (或气化板) 、电加热器、灰位指示器等组成, 电振动器 (或气化板) 确保灰具有良好的流动性。

(5) 控制系统主要由脉冲喷吹控制仪、BMC电脑控制柜、热电阻温度计、静压测点、料位指示器和测量元件组成。

(6) 离线保护系统:主要由旁路阀、紧急喷水系统、差压装置、料位计、测温仪、压力检测装置、脉冲控制仪、滤袋检漏装置等组成。烟气温度过高或锅炉尾部复燃时喷水降温, 以免烧坏滤袋。在净气室设有由压差仪等组成的滤袋检漏装置, 以便在滤袋损坏时及时报警。由于大吨位锅炉点火及低负荷时需要喷洒燃油, 将产生大量的含油烟气, 此烟气直接进入除尘器, 将造成滤袋布粉层板结, 使系统阻力增高, 影响正常运行。系统增设旁路管道, 使喷油瞬间含油烟气经旁路管道排放而不经过滤袋, 从而有效地保护了滤袋。

(7) 、箱体部分由上箱体 (净风室) 、中箱体 (过滤室) 、下箱体 (灰斗) 、烟气分配器、花板、平台、扶梯、支腿、进风口、出风口、出灰斗、保温、彩色面板等组成。

4 除尘器改造前后对比

现有烟气系统如图3所示。

4.1 布袋除尘器改造前情况

热电厂3台煤炉原设计除尘系统工艺方式为旋风除尘电除尘两级除尘, 除尘器入口烟尘浓度37g/Nm3, 锅炉烟尘排放一直在1500～2500 mg/Nm3, 烟尘排放浓度远大于国家现行标准低于50 mg/Nm3的要求。另外引风机设计流量148000m3/h, 压头为4880Pa, 引风机的设计流量和压头是满足要求的, 可是实际运行中引风机压头和烟气流量未达到设计值。

4.2 布袋除尘器项目改造后情况

4.2.1 布袋式除尘器由于实现了气环反吹和除尘装置的连续操作, 另外袋料解决了耐温问题, 目前在北方旋风炉除尘应用中炼化公司尚属第一家应用, 考虑到东北气温的实际情况, 解决了露点温度不够, 结露的问题, 为其他电厂采用此项新技术提供了宝贵经验。

4.2.2 热电厂投产的2#锅炉在60～65吨/小时负荷情况下, 引风机挡板开度只有52%, 与改造前相比, 当锅炉负荷超表3主要经济指标 (GB13223-2003) III段标准过60吨/小时以上, 引风机挡板全开100%, 锅炉炉膛负压调节余地大大提高, 不仅能保持在工艺指标范围内 (-4 0 P a～-60Pa) , 引风机入口挡板还有50%的余量。

4.2.3 锅炉室内环境得到了较好的改善, 锅炉前置炉漏烟漏火现象基本得到了消除, 改善了工人的操作环境和设备的运行安全。

4.2.4 至07年8月31日, 改造后的2#布袋除尘器运行以来, 烟气含尘量经炼化公司林源环境监测站的定期检测, 始终低于50mg/Nm3, 与改造前2000mg/Nm3相比完全符合最新国家关于烟尘排放的标准。

4.2.5 完善的除灰、输灰和灰库自动化设计, 大大降低了工人的劳动强度, 同时由于是全封闭设计, 每台除尘器下有一套气力除灰装置, 三台气力除灰装置共用一根母管、一座灰库和一套空气压缩系统, 就地控制, 大大减少了输灰过程对环境造成的污染, 厂内环境得到了极大改善。

4.2.6 2#锅炉10月15日和10月17日环保监测中心林源监测站根据公司质量安全环保处下达的临时监测计划, 对具备检测条件的热电厂1个废气污染出口进行了系统监测。

5 两种除尘器的技术经济比较分析

结合热电厂实际情况, 现对电除尘和布袋除尘器从经济和技术方面做详细技术和经济比较, 以推选出方案。详见表2。

由表2可以看出, 采用袋式除尘器及静电除尘器均具有技术可行性。根据热电厂采用旋风锅炉及掺烧石灰石工艺的特点, 应当采用布袋除尘器。

5.1 入口浓度对除尘器的影响分析

根据相关资料针对旋风炉进行研究, 发现在加入石灰石脱硫及降低灰融点的情况下, 进入除尘器的烟气含尘浓度随着脱硫效率的增加而增大, 当脱硫效率达到70%时, 烟气含尘浓度增大40%左右。若采用电除尘器, 当烟气的含尘浓度过高时, 烟尘形成的空间电流大大的增加, 导致除尘器的电晕电流减小, 甚至形成电晕闭塞现象, 严重影响电除尘器的除尘效率。若采用布袋除尘器, 当烟气含尘浓度过高时, 则不会影响除尘器的除尘效率。

5.2 建设场地的限制

改造工程若采用静电除尘器满足烟尘浓度低于50mg/Nm3的要求则需加4个以上的电场, 且由于锅炉燃烧过程中加入石灰石, 使飞灰的比电阻增高, 静电除尘器的两极板的距离加大, 从而使电除尘器的设备尺寸增大, 根据已有的设备占地是布置不了的;另外, 静电除尘器的能耗比布袋除尘器高。而布袋除尘器的外形尺寸可以满足该区域布置, 且能耗低。

综上所述, 除尘器若采用布袋除尘器 (除尘效率不低于99.9%) , 经烟囱排放, 烟气处理系统可保证总除尘效率≥99.9%。设计煤质能保证烟尘排放浓度可满足新颁布的《火电厂大气污染物排放标准》 (GB13223-2003) 规定的50mg/Nm3要求。

6 布袋除尘器运行成本分析

运行成本简要分析情况如表3所示。布袋除尘器日运行按22小时计, 年运行按5000小时计, 厂用电价格按每千瓦0.45元计。成本效益分析主要考虑进行布袋式除尘器产品和电除尘器产品对比。

7 结论

通过我厂电除尘改为布袋除尘的工程实践, 证明火力发电厂锅炉尾部烟气处理采用布袋除尘器是完全可行的, 并且除尘效率高, 一次性投资省, 设备占地小 (相对于四电场以上电除尘器) , 运行成本及排污收费低。尤其是近年来, 由于制造技术的发展, 对滤袋的结露、磨损等问题都得到了有效的解决, 为袋式除尘器的应用提供了有力的保证。另外, 由于除尘器的运行、故障及异常诊断均采用自动化监控管理, 其操作管理均较简便。

烟尘经治理, 更换布袋除尘器后不但具有上述经济效益值, 而多排放的灰经收集后可用于制水泥、砖等经济用途。所以, 对我厂烟尘系统有效地治理, 对设备的安全稳定运行, 改善生态环境, 实现绿色环保, 有良好的社会经济效益, 对可持续发展等具有重要的实际意义。

参考文献

[1]孙学信.燃煤锅炉燃烧试验技术与方法[M].北京:中国电力出版社.2002.

[2]聂其江.孙绍珊.褐煤燃烧特性的热重分析法研究[J].燃烧科学与技术.2001.7 (1)

[3]冯冬青.谢宋和.模糊智能控制[M].北京:化学工业出版社.2000.

[4]诸静.模糊控制原理与应用[M].北京:机械工业出版社.1999.

机械反吹 篇5

1 烧结金属过滤器的过滤

1.1 国内外催化重整粉尘收集技术

随着烧结金属制备工艺的改进, 烧结金属过滤器向着高精度、大气体处理量和低成本的方向发展。国内连续重整催化剂循环系统中的粉尘收集设备大多是在引进国外工艺时, 配套引进的烧结金属过滤器。同时, 在吸取和消化引进技术的基础上, 中石化将粉尘收集器的技术研究与开发列为连续重整装置设备国产化的配套项目。图1为国产粉尘收集器示意图。

国产粉尘收集器的研制开发既吸收了国外先进技术, 同时又具有许多自身特点。过滤器筒体中部设置了具有特殊结构低压降的旋风分离器, 在旋风分离器周围靠近过滤器筒体器壁均布了烧结金属粉末多孔滤芯, 这样便构成了二级过滤。含尘气流从入口管沿内壁切向进入外旋式旋风分离器, 利用含尘气流的旋转流动, 使粉尘在重力、惯性、离心力的作用下达到与气流分离的目的。经一级旋风分离器分离之后, 90%5μm以上的粉尘可被收集。初步净化后的气体从旋风分离器出口管排出, 进入旋风分离器的外部空间。含尘气流再通过烧结金属粉末滤芯组成的过滤器, 将含尘气体中的极细粉尘过滤下来。含尘气体中的极细粉尘通过烧结金属粉末滤芯时易将其孔道堵塞, 这就需要对滤芯定期反吹再生。因此, 在粉尘收集器上部设置了脉冲反吹系统, 该系统由我国自行设计的完全DCS反吹控制系统控制。当过滤器压降达到一定值时便自动反吹, 极细粉尘及滤芯外壁上滤饼在高压脉冲反吹气的作用下从滤芯孔道及外壁上脱离, 之后滤芯又继续过滤含尘气流。在粉尘收集器下部设有松动风入口, 有利于粉尘的排出。经两级粉尘收集后, 2.0μm以上粉尘回收率可达100%。国产粉尘收集器的鲜明特点在于引入了旋风分离器, 减轻了滤芯负担, 减少了反吹次数, 有效的保护了滤芯, 延长了滤芯的使用寿命[2]。

1.2 烧结金属过滤器的过滤机理和过程

烧结金属过滤材料的主要功能是捕集循环气中的催化剂粉尘。其过滤机制涉及惯性碰撞、拦截效应及扩散效应, 3种机理的主要区别就是粉尘粒径的大小[3,4,5,6]。一般来说, 较大粒径的粉尘由于惯性作用而被捕集;中等大小且大于或等于滤芯孔径的粉尘被直接拦截住;非常细小粒径的粉尘因布朗运动更加强烈, 主要是扩散到过滤介质内部发生碰撞或粘附而被收集。

按上述三种过滤机制可将过滤器分为三类: (1) 表面过滤, 如金属丝网, 粉尘在表面被捕集; (2) 深层过滤, 如烧结金属纤维毡, 粉尘在表面和层内被捕集; (3) 滤饼过滤。对于表面过滤, 惯性碰撞和拦截效应起主导作用;对于深层过滤, 除这两种过滤机制外, 扩散效应也起着重要的作用[7];而滤饼过滤主要是靠沉积在过滤介质表面上的滤饼层来实现的, 是集吸附、惯性碰撞、拦截和扩散效应于一体的过滤方式。连续重整过程中, 烧结金属过滤器属表面过滤和滤饼过滤的集合体, 其基本原理就是在压强的作用下, 迫使气固两相混合通过烧结多孔介质, 固体颗粒被截留于烧结金属滤芯外壁上, 从而达到分离目的。

结合上述3种过滤机制及其他过滤理论, 可将烧结金属过滤器收集催化剂粉尘的过程分为四个阶段:

(1) 过滤起始阶段。催化剂粉尘随着循环气流经滤芯时沉积于其洁净的外壁表面, 此时过滤机制主要是拦截和扩散效应。

(2) 过滤中间阶段。烧结金属滤芯表面的各个催化剂粉尘堆不断相连, 逐步形成连续的过滤层, 即滤饼。过滤中间阶段是大面积滤饼形成期。此期间过滤孔隙率逐渐降低, 过滤效率急剧升高, 压差迅速升高, 过滤机制主要是催化剂粉尘的拦截沉积作用。

(3) 过滤稳定阶段。此时滤饼层已经形成, 循环气透过滤饼中粉尘之间的微孔进入滤芯内部管道, 烧结金属滤芯起着形成滤饼和支撑加强作用, 这时的过滤机制主要是滤饼的过滤筛分作用。过滤稳定阶段压降变化缓慢, 相对中间阶段近似不变, 这是过滤的主要阶段。

(4) 过滤反吹阶段。随着过滤的进行, 滤饼层不断增厚, 需要对滤芯进行在线反吹, 以完成过滤器的循环再生。连续重整烧结金属过滤器的再生一般采用脉冲反吹系统来实现, 至此完成一个过滤周期。反吹后由于滤饼层脱落, 过滤效率略有下降。图2为烧结金属过滤介质的过滤和脉冲反吹再生示意图。

过滤过程中, 细粉尘会直接进入过滤介质内部, 过滤作用发生于滤芯的全部空隙体内, 此时为扩散效应过滤机制, 属深层过滤, 然而, 这些细粉尘极易堵塞滤芯孔道, 造成过滤压降增大。因此, 应根据催化剂粉尘的粒径分布选择合适过滤精度的烧结金属滤芯, 这对实现过滤器长周期稳定运行至关重要。另外, 对滤芯进行脉冲反吹再生时, 选择合适的反吹条件对清除滤芯孔道内部及表面的细粉尘也极为关键。

被截留在滤芯表面上的催化剂粉尘主要受到两种作用力而粘附其上, 其一是滤饼层内粉尘颗粒之间的团聚力;其二是滤饼层与滤芯外壁表面的粘合力。文献[8]表明, 高速过滤时, 滤饼层内粉尘颗粒之间的团聚力大于低速过滤时, 粒径分布越分散, 滤饼层内颗粒之间的团聚力越大。一般情况下, 低温过滤时, 粘合力比颗粒之间的团聚力大, 脉冲反吹时粘合力较难被破坏。高温过滤时, 粉尘颗粒之间粘性增大, 使得接触点变大, 易产生架桥现象, 继而增大了脉冲反吹的难度。但温度升高滤饼层孔隙率也随之增加, 这对过滤又是一个有利因素。过滤过程中, 由于滤芯本身结构以及过滤气速等因素, 滤芯外壁形成滤饼层的厚度存在差异性, 反吹时, 高压脉冲反吹气流会先吹落滤饼层最薄处, 后吹落滤饼层较厚处, 如若反吹压力不够大, 较厚处的滤饼很可能继续残留在滤芯外壁。因此, 为使滤饼完全脱落, 就需要从滤芯内部施加压力合适的脉冲反吹气流。文献对5种不同反吹压力进行了对比实验, 发现反吹压力越高, 滤芯的再生性能越好。但若反吹压力过高, 会造成二次卷吸, 对滤芯再生反而不利, 也就是说, 每种过滤介质都对应一个最大反吹压力, 如果反吹压力超过这个值, 对清灰效率并没有明显的提高。因此, 在过滤器工作时, 应选择一个恰当的反吹压力, 既能保证过滤器的长周期稳定运行, 又能节省反吹气体耗量。

2 烧结金属过滤器的脉冲反吹再生机理

对于烧结金属滤芯的再生性能的研究就是对反吹阶段。当滤芯外壁滤饼层达到一定厚度时, 过滤器压降增大气体处理量下降能耗增加, 因此, 必须对滤芯进行反吹再生, 以恢复其初始过滤能力[9]。反吹再生即是由高压气源提供高压气体给脉冲反吹系统, 将喷嘴喷出的高速气流射入滤芯管道内部, 高速气流的动能迅速转化为静压能, 使滤芯内部的压力升高, 在高压作用下, 气流沿径向渗出滤芯, 滤芯过滤介质内层的粉尘及外壁上的滤饼伴随着高压气流的渗出而脱离滤芯。从喷嘴喷出的高速气流属于射流流动, 跟据射流基本原理[10], 结合烧结金属滤芯自身的特点, 高压脉冲反吹气流的射流流动属于限制空间内可压缩气体非淹没紊动脉冲轴对称管射流, 因为连续重整工艺中是在线反吹, 高压脉冲反吹气流的射流流动还属于逆流射流。高压脉冲射流从喷嘴射出经历自由射流、限制空间射流、滤芯通道内发展以及充分发展四个阶段, 最后流出滤芯进入过滤室。高压脉冲气流在烧结金属滤芯通道内的流动规律如图3所示。

首先, 从喷嘴高速喷出的高压脉冲气体, 引射周围的气体进入烧结金属滤芯开口端, 如图3 (a) 所示。脉冲气流在此阶段属于自由射流。脉冲气体由滤芯开口端进入管道内后, 脉冲射流由自由射流转变成限制空间射流, 如图3 (b) 所示。脉冲气流进入滤芯管道内后, 仍保持扩散锥的形状。又由于脉冲射流属高速气体流动, 其轴向流速远大于径向扩散速度, 这就保证了脉冲射流先以最大速度到达滤芯底部然后再扩散到整个滤芯管道内, 从而确保滤芯外壁滤饼被均匀吹落。但实际上, 由于高压脉冲射流对滤芯内部经过滤进来的洁净气体的挤压, 不可避免的发生脉冲气流的径向渗流。脉冲主气流在到达烧结金属滤芯底端 (封闭端) 时得到了部分发展, 脉冲气流宽度也有显著增加, 如图3 (c) 所示。由于滤芯上部的原有气体被挤压的最厉害, 此处的静压最大, 所以, 径向渗流在滤芯上部率先开始, 即在滤芯上部开口端区域, 最先出现射流边界与滤芯内壁面接触。随着射流宽度的增大, 滤芯中部和底部也几乎同时与滤芯内壁面接触, 此时, 整个滤芯管道内压力达到峰值, 脉冲气流得到充分发展, 如图3 (d) 所示, 至此, 滤芯外壁滤饼层被完全吹落。

反吹气流分两部分流动, 一是高压脉冲反吹气体在金属滤芯管道内的流动;二是反吹脉冲气体在烧结金属过滤介质层和滤饼层内的流动, 文献[11,12]表明, 滤芯外壁上滤饼的脱落与滤芯内压力峰值的大小密切相关, 滤芯内部压力峰值越大, 反吹再生效果越佳, 而脉冲宽度对滤饼的脱落影响相对较小。在滤芯所承受的压力范围内, 一般来说, 滤芯内压力峰值越大, 滤饼越易脱落, 过滤介质层中细微粉尘越易被吹出, 反吹再生效果越好。

在连续重整过程中, 反吹气流对过滤系统的扰动也是评价反吹再生效果的重要因素。如果反吹气对过滤系统的扰动过大, 则会影响输送气大小, 导致催化剂的提升出现问题, 同时, 还会影响淘析气流量, 导致粉尘不能被彻底淘析出去。因此, 在过滤器反吹再生时应根据实际运行情况, 选择适宜的脉冲反吹操作条件。

3 结论

本文介绍了国内外连续重整催化剂粉尘收集技术, 指出烧结金属过滤器因其高过滤效率、可靠过滤性能, 良好反吹再生能力和长的使用寿命, 被广泛应用于连续重整催化剂除尘领域。介绍了烧结金属过滤器粉尘收集的四个阶段:起始阶段, 中间阶段, 稳定阶段, 反吹阶段, 说明了烧结金属过滤器的除尘机理。还介绍了滤芯脉冲反吹再生机理为烧结金属过滤器在连续重整工艺中的应用提供了一定的指导。

摘要：在连续催化重整过程中, 贵金属催化剂因磨损会产生粉尘。收集粉尘既保护下游设备, 又具有经济效益。烧结金属过滤器具有可靠、高效的过滤性能, 已在连续重整催化剂除尘领域得到了广泛的应用。针对烧结金属过滤器在线再生不彻底, 以及反吹气对工艺系统扰动较大的问题, 研究了一定过滤压降增量下, 反吹压力及脉冲宽度对过滤器再生效果及系统的影响, 确定了烧结金属过滤器在线反吹的适宜操作条件。这对烧结金属过滤器在连续重整工艺中的应用具有一定的指导作用。

机械反吹 篇6

烟草薄片生产线利用烟粉与气体分离系统收集混合烟粉。九十年代初, 从粉碎到贮料, 多利用粉碎机所产生的正压气流, 将粉料送入滤袋。在经过一段时间的使用后设备出现了工作时扬尘现象严重的问题, 不仅给工作现场的环境造成污染, 同时也影响到烟粉分离效果。而附带电控脉冲反吹的系统中, 会造成一部分烟粉贴附于滤袋的表面, 堵塞滤袋上的微孔, 影响生产效率。

在不影响设备主体结构的情况下, 传统的方法是在几十个滤袋的上方均布置一个气嘴, 配备专门的空气压缩机或现场能提供的压缩空气气源, 用周期性的正压反吹迫使烟粉下落, 其反吹顺序由电磁阀通过程序控制来实现。由于配备复杂的电气控制系统, 造成设备成本费用高, 机械、电气现场维修困难。而滤袋上方固定有气动元件和气动管路, 使得滤袋更换十分不便。而储料器顶部行星摆线针轮减速器投资大, 遇到故障时, 维修费用高。

2 阻燃式反吹风储料器改进设计应用

为解决存在的上述问题, 我们借助燃煤锅炉负压原理, 增加了引风机, 通过计算风力和现场测定调节形成料仓负压。在此基础上, 综合考虑故障检修维护空间小、投入大、维护劳动强度大和安全系数低的特点, 淘汰原来储料器顶部行星摆线针轮减速器传动结构, 代之以带分度盘的皮带传动通过联轴节驱动反吹风旋转管, 改进设计出一种新型的负压机械反吹风料仓。

2.1 阻燃式反吹风储料器结构

阻燃式反吹风储料器, 筒体分上、中、下三段, 筒体与顶部盖和与底盘之间的联接均由橡胶垫 (或石棉盘根) 密封, 以形成一个封闭的储料器。

作为烟粉与气体分离及贮存烟粉料的装置, 储料器其外部由带分度盘的皮带传动6、顶部盖板8、筒体9、螺旋输送器12、底盘15、反吹风机18、引风机19及其管道所组成。内部由反吹风旋转臂7及进风管道、滤袋4及其中间隔板和拨料装置16所组成。

中间隔板将贮料器分为上、下两部分, 下部用于贮存烟粉和进行烟粉与气体分离, 上部用于机械反吹和滤袋的安装和更换。

储料器其结构如图1所示。

1.引风管2.风帽3.方形观察孔4.滤袋5.联轴器6.分度盘的皮带传动装置7.反吹风旋转臂8.顶部盖板9.储料器筒体10.侧部观察窗11.出料斗12.螺旋输送器13.联轴器14.锥齿轮副15.底盘16.拨料装置17.观察孔18.反吹风机19.引风机.

2.2 阻燃式反吹风储料器工作原理

按比例掺配的烟丝、烟梗、CMC等物料, 经风选、磁选净化处理后, 经粉碎成为烟粉混合物。烟粉混合物随粉碎机的正压气流被风带入储料器, 靠切向力, 沿筒体下部的切线方向高速进人储料器内部。由于烟粉和烟粉末的自重和产生的离心力不同, 烟粉向底部沉降, 而后被螺旋输送器输出。烟粉混合物中可能有少部分尘埃, 通过网面被引风机的抽风带出, 净风由风机排入大气, 整个过程全部采用负压运行。

当开启引风机, 空气经管道从储料器内抽风向外排出时, 在整个储料器内形成负压。烟粉在离心力、自重的影响和制约下, 降至储料器底部并贮存。烟粉末受自身重量较轻的影响, 未能与气体分离, 在这种情况下, 随负压气流上升, 烟粉被阻留在滤袋的外表面。在滤袋外表面上阻留的烟粉, 因自重掉落在储料器的底部。

2.3 阻燃式反吹风储料器使用性能

在储料器的顶部盖板上带分度盘的皮带传动通过联轴节所驱动反吹风旋转管, 其转速约1转/min。考虑到反吹风旋转臂回转时存在轴上窜动, 顶部盖板上分度盘的皮带传动设有销定位夹紧装置, 允许吹风旋转管旋转时有一定的升降或轴向移动。

在储料器的侧面, 通常设有两个方形的观察孔, 松开并转动旋转板后, 可以对每个滤袋的使用情况进行检查, 并且可以进行及时的更换。更换滤袋的过程中, 需要打开方形观察孔的盖板, 将已经损坏的滤袋直接从方形观察孔中抽出, 更换后放入即可。

2.4 阻燃式反吹风储料器技术参数

粉料处理量:100kg/h (实测为175kg/h) 。过滤面积:20m2。滤袋数量:22条。设备阻力:981~1177Pa。过滤风速:2~4m/min。过滤效率:99%~9 9.5%。滤袋吹风形式:机械反吹。引风机型号:TYPE4-72-1, 4.5#。风量:5370~10580m3/h。风压:2530~1667Pa。功率:7.5k W。反吹风机型号:9~19, 4A。风量:1401~1978m3/h。冈压:3541~3051Pa。风速:22m/min。功率2.2k W。粉碎机型号:GXF-400型。风量:≥1430m3/h。风速:≥30m/s。

2.5 阻燃式反吹风储料器特点

阻燃式反吹风储料器的独特之处, 是在储料器的顶部盖板上用带分度盘的皮带传动系统替换了原来储料器顶部行星摆线针轮减速器传动结构, 节省了上部检修空间, 维护简单方便。而采用负压输送烟粉, 使贮料器筒体内处于负压状态, 即使密封部分出现损坏或发生意外, 带有烟粉 (末) 尘埃的混合气体也不会溢出储料器筒体外, 采用机械反吹风, 易损件少, 运行可靠, 并替代了较复杂的机、电气控制系统, 采用风机反吹, 动力消耗较低;损坏滤袋的更换较快。

3 结语

通过改进设计成新型储料器结构, 使烟粉与气体分离系统更为合理, 用带分度盘的皮带传动替代了复杂的行星摆线针轮减速器, 具有体积小、成本低、工作可靠、环境污染小等优势, 并大量减轻了滤袋更换及现场维护的工作量, 作业效率高。自1995年起, 负压机械反吹贮料器及其配套的薄片生产线, 在该厂使用并推广到同行单位使用情况良好, 在减少环境污染、提高质量、减轻维保工作量和提高作业效率方面博得大家好评, 对于薄片生产推广应用有较好的参考价值。

摘要：由于阻燃式反吹风料仓内部风力输送系统, 在使用过程中容易造成风压过大, 导致气流中夹带的烟粉和烟粉末在超标压力下大量外扬, 通过采用增设负压装置平衡系统内气流压力的方案, 有效改善了除尘效果。另外, 用带分度盘的皮带传动替代了复杂的行星摆线针轮减速器, 节省了投入, 且操作维护简便。

关键词：薄片,负压输送,机械反吹,贮料器

参考文献

[1]贾玉鑫.烟草薄片原料净化系统的设计[J].烟草科技, 1991 (5) .

[2]张昌柱.S200型残烟处理机除尘系统的改进[J].中国设备工程, 2007 (1) .

机械反吹 篇7

柴油机由于效率高,CO2排放少而得到广泛的应用,但柴油机的微粒(PM)排放始终是一个令人关注的环境问题。DPF能有效降低PM排放,其捕集效率可达60%～99%之间。DPF使柴油机的排气背压增大,燃油消耗增加,因此必须及时清除DPF中沉积的PM,称为DPF的再生。现有的再生方法可分为定期的热再生和连续的催化再生两大类[1]。热再生包括火焰加热[2,3]、电阻加热[4]、红外加热[5]、微波加热[6]等热源,系统复杂成本高,而且需要附加能源,还有二次污染可能性。催化再生消耗贵金属,还要配套低硫柴油,使用麻烦。

类似于工业袋式除尘器的滤袋式DPF具有很高的过滤效率,但清除其沉积PM使其再生也比较困难,而且如何处理清除下来的PM也是一件麻烦事。

我们提出一种巧利用柴油机脉动自然进气流反吹使沉积在滤袋上的PM再回流到气缸内在燃烧室内烧掉的再生方法,采用双袋式DPF再生系统,既能保证很高的过滤效率,又能保证结构简单而可靠的再生[7],它既不同于目前的各种热再生方式,也不同于传统的反吹再生方法。下面介绍系统的结构设计和初步发动机试验的验证结果。

2 双滤袋式DPF再生系统

利用进气反吹缸内燃烧的双滤袋式DPF再生系统见图1,包括进排气口1,2,微粒滤袋12,15,阀门4～8,过度空滤器3和各种测量用接口等。二个滤袋的结构相同,它们轮流工作,一个排气过滤时,另一个进气再生,反之亦然。下面为行文方便,把一个滤袋命名为A袋,另一个为B袋。

1.柴油机排气口 2.柴油机进气口 3.过渡空滤器K 4～8.阀门 9.压力测量接口 10.温度传感器 11,14.烟度采样口 12.滤袋A 13.大气灰尘 15.滤袋B 16.排气微粒

当阀门4,5,7关闭、阀门6,8开启时,滤袋A与进气口2相通,大气中灰尘沉积在A袋的内表面,干净的空气进入柴油机的气缸。与此同时,废气经排气口1经过滤B袋排入大气,把PM沉积在B袋的外表面上。当B袋的阻力增大,使柴油机的排气背压达到标定的最大允许值时,打开阀门5,7,关闭6,8,这时滤袋A与排气口1相通,滤袋B与进气口2相通,大量新鲜脉动进气流从反方向流经B袋时就把外表面上的已沉积的PM吹落,随新鲜空气进入柴油机的气缸中烧掉实现PM再生;而A袋就开始进行排气过滤工作,把PM沉积在A袋的外表面。

柴油机运转时才能有大量脉动反吹进气流和燃烧室内有烧掉微粒的高温条件,因此首先要求A,B袋模式变换期间不能影响进、排气过程,另外由于进、排气体的流动惯性,也不可能使A,B袋之间在瞬间突然完成模式变换,所以设置过渡空滤器K,在A,B变换期间为柴油机提供所需空气量。通过碟型阀门4,5,7,6,8组合控制K的进气和A,B袋的进或排气过程,实现A,B袋的模式变换。如当B袋从原PM过滤模式变换为反吹再生模式,而A袋从反吹模式变换为PM过滤模式时,其三个过滤器A,B,K变换顺序为:先由K参与和A共同进气,有K保证进气,然后A袋可以退出进气而参与和B共同排气,有A保证排气,再后B袋退出排气而参与和K共同进气,有B保证排气,最后K退出进气,完成A,B袋之间的相互模式转换过程。A,B,K过滤器的工作方式是:一个先逐渐参与,另一个才可以后逐渐退出,各自的气体流量都有逐渐变大或变小的过程,保证在A,B袋的模式变换过程中其流量变化平顺连续不突然。由于在B袋15内到阀门5之间的整个管道中充满残留废气。因此,B袋开始参与和K共同进气时,阀门5的开启过程应持续30 s左右,缓慢开启的目的是为了让B袋逐渐参与进气过程,避免管道中残留废气突然进入气缸的比例较大而影响柴油机正常工作。

3 双滤袋式DPF的试验系统

3.1 试验设备

本DPF系统配一台莱阳动力机械总厂生产的T1115单缸卧式柴油机进行验证试验。柴油机的主要参数见表1。测功机为南峰CW150型测功机,PM过滤前、后的排气烟度用奥地利AVL439型消光烟度计测量,排气温度用数字式温度表监控,进气真空度和排气阻力用“U”型水柱压力计测定。

试验用滤袋用耐热纤维针刺毡制成,在210 ℃的温度下其物理性能保持不变,允许峰值温度为250 ℃[8]。滤袋直径为120 mm,长度为450 mm,有效过滤面积约为0.16 m2。滤袋内腔用不锈钢丝骨架支撑,保持必要的抗压力。整个测试系统简图见图2。

3.2 试验方法

DPF的理想试验工况是柴油机的大负荷高转速工况,由于所用滤袋材料的耐热性限制,试验是在排气温度为200 ℃的工况下进行,对应柴油机转速为1 600 r/min,转矩为30 N·m,虽然功率相对较小,但可以验证本方法的可行性。

作为工作原理的验证性试验,DPF的各阀门暂时都由人工操作,系统过滤和再生模式的阀门和时序变换过程描述见表2。DPF的过滤效率根据排气过滤前、后烟度的下降率确定。滤袋的PM沉积情况用它对排气系统的阻力,即柴油机的排气背压表征。

4 试验结果及其分析

4.1 过滤效率

A滤袋8个稳态连续过滤过程所测得的滤袋前、后烟度曲线见图3。每一段曲线之间的空白位置对应滤袋的10 min反吹再生过程。从上下两组曲线可得出滤袋的平均过滤效率为90%左右。从下面过滤后烟度曲线也可以明显看出烟度值随过滤时间增加而降低,表明过滤效率随微粒沉积数量增多而提高。

4.2 反吹再生性能

图4为在每循环A袋最大阻力13 kPa左右,而且每次再生时间仅为10 min条件下,连续进行8次“再生-过滤”循环的阻力变化。目的是考核再生10 min时系统能否长时间持续工作。过滤段时间在第一到第四循环分别为30,20,17,13 min,而第五循环以后均保持12 min不变。过滤时间没有进一步减少的原因主要是10 min的反吹时间可以把一部分沉积在A袋表面容易脱落的微粒进行了再生,由此可见,只要保证再生时间大于过滤时间,该系统就可以持续长期工作而不会造成阻力过大的情况。该过程中累计再生和累计过滤时间比值为80/128=0.625,只要维持“再生时间=过滤时间”的工作循环,柴油机+DPF系统的正常工作就能持续进行下去。

图5表示A袋按上述循环工作时B袋的相应工作情况。因为A袋过滤时B袋再生,而A袋再生就是B袋过滤。由此图可见,因A袋每次再生时间只有10 min,B袋的每次过滤时间为10 min,而再生时间则分别为30,20,17,13,12,12,12,12 min。该过程中累计再生和累计过滤时间比值为128/80=1.6,B袋的最大阻力远低于A袋,最高值仅在1～3 kPa之间。这又一次证明了,只要保持滤袋的过滤时间与再生时间相等,低排气阻力的正常工作就可以保证,而我们的双袋轮流工作设计方案正好保证了这一前提。

4.3 排气袋滤器的非稳态工况

在试验中我们发现滤袋的排气阻力会受到柴油机停机和无负荷运转非稳态工况的影响。图6表示柴油机停止运转一段时间对B袋阻力的影响。图上曲线AB段表示新的B袋在从最初0～126 min时段内的连续过滤时阻力积累过程,排气阻力从最初的A点值0.7 kPa提高到B点值9.3 kPa。CD段为停机48h后又重新工作时的滤袋排气阻力。C点的初始阻力仅为1 kPa,而不再是停机前已积累到的B点值9.3 kPa。从C点开始又工作80 min后,D点阻力才又恢复到原先B点的9.3 kPa。停机后C点的阻力比停机前的B点减少了8.3 kPa,比停机前B点的9.3 kPa下降89%。这可能是与滤袋表面上PM沉积层(滤饼)的温度有关,高温排气使滤饼的每个微粒体积都膨胀使得整体通透性变差,在一段时间后因温度降低使每个微粒的体积都缩小,或滤饼断裂使得通透性变好,使阻力下降。

图7表示对应图6中B袋工作时A袋工作情况。其中FG段对应柴油机在1 600 r/min下空转(实际上测功机有摩擦转矩0.4 N·m)20 min的阻力变化曲线,虽然A袋处于过滤中,但阻力却从F点的11 kPa下降到G点的10 kPa,下降了10%左右。这首先是因为柴油机无负荷运转产生的PM非常少,然后是因为柴油机排气温度的降低而造成每个微粒的体积都缩小,或滤饼断裂使得滤饼的整体通透性变好,因通透性而使阻力减少作用强于因无负荷运转产生PM的阻力积累作用。图6和图7结果表明停机和怠速有利于袋滤器的低阻力运行。

5 结论

a.利用简单的管道、蝶阀门、双滤袋式DPF系统,巧利用柴油机大量的自然波动进气流和气缸内的高温条件就能实现微粒过滤器的再生过程,开创了一种新的微粒再生方法,使微粒在缸内燃烧可使DPF得到良好的再生而不需要任何其他的辅助手段。

b.所开发的双滤袋式DPF具有90%左右的柴油机PM过滤效率。

c.双滤袋轮流工作的DPF在选择适当的工作规范时可保证最大阻力不超过允许值,又可持续稳定工作。

d.需要努力开发耐更高温度的过滤材料,以提高双滤袋式DPF的实用性,并进一步探索反吹回流的PM对发动机耐久性的影响。

参考文献

[1]中华人民共和国交通部公路司.汽车排放污染物控制实用技术[M].北京:人民交通出版社,1999.

[2]Yougen Kong,Chris Huffmeyer,Randy Johnson,BillTaylor,Wilbur Crawley and Granville Hayworth.Applica-tions of an Active Diesel Particulate Filter RegenerationSystem.SAE Paper 2004-01-2660.

[3]Yougen Kong,Tom Kozakiewicz,Randy Johnson,ChrisHuffmeyer,Jon Huckaby,John Abel,Jon Baurley andKendall Duffield.Active DPF Regeneration for 2007Diesel Engines.SAE Paper 2005-01-3509.

[4]王建昕,傅立新,黎维彬.汽车排气污染治理及催化转化器〔M〕.北京:化学工业出版社,2000.

[5]刘瑞祥,高希彦,杨德胜,等.柴油机微粒陶瓷过滤器红外加热再生的优化[J].内燃机学报,2004,(6):481-485.

[6]宁智,张广龙,刘军民,等.柴油机排气微粒过滤器微波再生试验研究(1)[J].内燃机学报,1997,15(1):28-33.

[7]吉林大学(方显忠,刘巽俊).利用发动机进排气过程再生进排气过滤器系统[P].中国专利:200510119052.1,2008-03-12.