目前很多易燃易爆的粉尘多采用湿法水浴除尘治理，然而湿法水浴除尘存在有用物料不能干法回收,泥浆处理比较困难,造成水系二次污染,并且需要设置专门的废水处理设备等问题。
袋式除尘器可以很容易地解决湿法水浴除尘的上述缺点,并且随着各项配套技术的成熟，防爆布袋除尘器使用越来越广泛。袋式除尘器属于过滤除尘,它以微薄的织物为过滤材料,利用滤料表面所粘附的粉尘层作为过滤层捕集粉尘。作为除尘系统必须考虑粉尘的性质及系统中各部分参数设计的合理性,特别是除尘管道内合理风速的确定,滤料的选择,清灰方式选择等对除尘器的除尘效率和系统的运行阻力有着决定性的影响。
1.安全性设计作为处理易燃易爆粉尘的除尘设备,安全是第一位的。因此本设计从预防性措施和设计措施两方面着手。
(1) 预防性措施。①使粉尘的浓度尽量低于爆炸下限,在传统干燥尾气除尘系统流程中,引风机处于第一级和第二级之间或第二级和第三级之间。该处气体的含尘质量浓度通常>15g/m3,引风机叶轮与粉尘的摩擦有引起爆炸的危险。而本设计的引风机处于干净气体中,这一不安全因素得以消除。还有常因除尘布袋表面清灰不良而积附过厚的粉尘,容易发生事故,而本项技术具备的强大清灰能力避免了这一危险。②消除有效引燃源。主要是静电,滤袋材质采用防静电针刺毡,并且袋式除尘器及管路系统可靠接地,要求接地装置的接地电阻R ≤4Ω。
(2) 设计措施。粉尘爆炸也可能由其他原因引起,因此,应采取措施以使损失减小到O低程度: ①把爆炸结果限制在容许限度之内,设计为承受O大爆炸压力的耐压结构。②采纳隔膜泄爆结构和爆炸转向器,防止爆炸传入周围设备。③消除布袋除尘器内任何可能积灰的平台及死角,灰斗内不允许存积粉尘,对设备实行全自动监控及故障报警处理。
2.集尘罩的结构设计
集尘罩的设计目的就是利用较小的排风量来控制尘源,把绝大多数的粉尘捕集在罩内,使粉尘的扩散限制在O小范围内,从而提高设备运行的经济效能。为使罩内保持一定的负压,并且排尘管道内风速合理,罩口面积与排尘管道面积比限制在14∶1内。由于集尘罩内风速不足以把所有粉尘带走,所以把集尘罩设计为吹吸两用式集尘罩。为避免反吹管阻挡粉尘在集尘罩内随气流运动,把反吹管一面做成菱形,且菱形临近的夹角小于粉尘的安息角。
3.管道内合理风速的确定
风速过低将导致排尘管道中滞留部分粉尘,增大设备的运行阻力,降低风机工作效率,严重影响了除尘工序设备的运行,并埋下新的隐患;风速过高将导致能源的浪费,并加速管道及其他部件的磨损,降低设备的使用寿命。粉尘在气体中运动属于稀相气固两相流,此两相流的数值模拟计算方法很多,本文采用颗粒轨道模型法。首先考察粉尘的O终沉降速度,粉尘在静止空气中从静止或某一速度开始沉降,在沉降过程中粉尘的速度不断变化,粉尘的重力Fg、气相对粉尘的浮力Ft、气固两相间的相对作用力Fd平衡时,粉尘以恒定速度沉降,此速度称为O终沉降速度Upt,表达式为:而管道内粉尘随气流运动,并能使粉尘悬浮的O小平均风速满足下式:式中α管道的摩擦阻力系数。
4.滤料的选择
捕尘效率、运行阻力是衡量滤料性能的主要指标,评价一种滤料的性能优劣,首先要从这两方面着手,即是否有较高的捕尘率,较低的阻力。然而在滤尘过程中,滤料的这两方面特性是随时间变化的,这是因为滤料的滤尘过程是一个非稳态过程:洁净滤料一经滤尘,其中就充入粉尘,并参与过滤,随着粉尘负荷的增加,滤料的压损和滤尘效率都不断上升,也就是说滤尘后滤料的粉尘负荷、压损和滤尘效率都随时间变化。滤袋材质的选用也必须考虑粉尘特性,本滤袋材质采用防静电涤纶针刺毡。其破裂强度为2.64～2.85MPa,透气量7.5m3/(m2·min) ,操作温度限为120 ℃。
5.清灰方式
设备阻力随滤料上积聚的粉尘层负荷的增大而增加,并随滤料的结构和过滤时间而变化。随着过滤的进行,滤料上的粉尘层逐渐增厚,阻力便相应增加,这时如不及时清灰,就会使阻力一直上升,致使风机运行风量减少;同时由于滤料上的压差增大至一定程度时,粉尘的穿透量就会增大,并可能使滤料缝隙间的沉积粉尘被抽走而使除尘效率降低。所以设备阻力达一定值时就必须清灰,以便将阻力控制在一定范围内,从而保证除尘器正常工作。
常用的低压脉冲喷吹布袋除尘器的清灰方式。低压脉冲喷吹清灰的主要特点是:反吹风的强度和时间是可调的。实现这一功能的部件为电磁脉冲阀。采用直角式脉冲阀,它为双膜片直角结构,其喷吹输出口为双钮线形式。当控制仪发出信号时电磁阀开启,小膜片动作,使两膜片间的空腔卸压,大膜片相继关闭,停止喷吹。这种脉冲阀两个膜片的节流通道分开设置,启闭时不会互相干扰,因而大大加快了启闭速度。一个直角脉冲阀即可满足34m2甚至更多滤料的清灰。
6.电器控制为使设备运行自动化,提高设备运行可靠性,本设备采用西门子可编程控制器,它价格低、性能优良,具有程序容量较大、运行速度快、多种中断、编程灵活等优点。
为了调节空气喷吹的强度和喷吹时间,采用调节移位脉冲占空比的方法来控制电磁阀,定时器T0 用于控制移位的时间(脉冲周期) ,定时器T1用于控制输出为1的持续时间(脉冲宽度) 。并且可以在不改变PLC 程序的情况下,通过调节对应于PLC面板上可调电位器的调节值来改变脉冲周期和脉冲宽度。电磁阀的启动受差压传感器的检测控制。风机与排灰气缸控制由外部连锁设备动合触点接入PLC启动,并设计出自动/手动功能。自动运行时系统的操作完全根据检测输入条件,按设定的程序执行;手动操作时,程序采用循环查询方式查询手动操作键的输入状态,然后根据各键的状态执行相关的操作。本系统的控制面板上有电磁阀、风机、排灰气缸3个手动操作键,且当功能选择置于手动方式时才有效。
根据粉尘易燃易爆的特点,设计出小型防爆脉冲袋式除尘器,其主要技术参数:处理风量1000m3/h;尾气温度 <60℃;过滤面积10.3m2 ;过滤风速0.13m/s;入口含尘质量浓度<50g/m3;出口含尘质量浓度<50 mg/m3 ;除尘器阻力<1.8kPa;滤袋规格:120 mm×1000mm;滤袋材质:防静电涤纶针刺毡;滤袋数量:6条;清灰方式:低压脉冲喷吹清灰;压缩空气耗量:0.03m3/s。
