王建：300MW燃煤鍋爐除塵系統設計遼寧工程技術大學畢業設計（論文）PAGE70PAGE69前言與所有工業化國家一樣。我國的環境污染問題是與工業化相伴而生的。伴隨著科學技術的進步和現代文明的發展。人類在為自己創造著源源不斷物質財富的同時。也帶來了環境污染和資源短缺，我們每天都在遭受著來自廢氣、垃圾、廢水、噪聲等的污染。在大量工業廢棄物中，工業含塵廢氣對環境的污染是其主要方面之一，煤灰燃燒所產生的煙塵，不僅影響人體健康，而且給工農業生產帶來很大的經濟損失[1]。我國電力構成以煤電為主，約占全部發電量的80%，這種格局在相當長的時間內不可能有根本的改變。隨著電廠容量越來越大，用煤量增多，加上煤質較差，燃煤鍋爐產生的煙氣使許多城市和地區大氣環境質量嚴重惡化，成為電力發展的突出問題。為滿足新排放標準，近幾年火電廠煙塵治理技術發生了重大變化，有的通過增加電除塵電場數量，增加集塵面積來提高效率，有的采取新技術措施提高電除塵效率，有的認為布袋除塵器將取替電除塵，積極推出布袋除塵器，有的開發電一布袋復合除塵器[2]。就目前的國家排放標準而言靜電除塵和袋式除塵仍是凈化電廠燃煤鍋爐煙氣的首選方法。靜電除塵器以其能承受溫度高，運行阻力小，使用壽命長，運行維護費用低而被大量采用，但由于其除塵效率受粉塵性質的影響較大，而我國的燃煤成分又是千變萬化，粉塵性質也各不相同，因此，電廠燃煤鍋爐使用靜電除塵器要達到長期高效、穩定的除塵要求對有些工廠而言難以實現。隨著國家對粉塵排放標準的提高和袋式除塵技術的發展，袋式除塵器適應性強、除塵效率高、運行穩定、可靠而不受鍋爐燃燒工況和粉塵特性的影響的優點逐漸顯現出來，并逐步為更多的電廠所接受。袋式除塵器是一種干式的高效除塵器，利用多孔的袋狀過濾元件的過濾作用進行除塵，具有除塵效率高(對于0.1μm的粉塵，效率高達98%~99%)、適應性強、使用靈活、結構簡單、工作穩定、便于回收粉塵、維護簡單等優點。因此，袋式除塵器在火力發電廠中得到廣泛的應用，在各種高效除塵器中，是最有競爭力的一種除塵設備。為減少大氣污染，提高人民健康水平，達到國家減排指標和日趨嚴格的要求。發展袋式除塵器是大勢所趨。1緒論1.1設計背景除塵似乎是已經過時的話題，人們的關注都集中在脫硫脫硝等熱門問題上，好像除塵技術完全過關，不存在任何問題。在火電廠大氣污染物排放標準GB13223—2003公布之前確實如此，一般采用四電場普通干式電除塵即能滿足排放要求，但GB13223—2003將煙塵排放標準提高到50mg/Nm3以后，普通干式電除塵難以達到排放標準。為滿足新排放標準，近幾年火電廠煙塵治理技術發生了重大變化，有的通過增加電除塵電場數量，增加集塵面積來提高效率，有的采取新技術措施提高電除塵效率，有的認為布袋除塵器將取替電除塵，積極推出布袋除塵器，有的開發電一布袋復合除塵器。我國發電量位居世界第二，大部分是火力發電。過去種種原因，火電廠鍋爐煙氣的袋式除塵技術在電力行業始終未能推廣使用。發達國家火電廠除塵和脫銷中袋式除塵設備占有相當的份額，特別是澳大利亞已達到80%。電除塵器和袋式除塵器均屬高效除塵器。各有優缺點但要達到煙塵排放低于50mg/Nm3電除塵則使用5電場甚至6電場，增加投資和場地，在維護工作量及費用上均比袋式除塵器大得多而且電除塵器對煤種、鍋爐的燃燒方式和煙塵物化特性很敏感而影響除塵效率。從技術經濟分析袋式除塵器也有明顯優勢。所以，近2年來逐漸增多，特別是老電廠改造更為明顯，成為今后燃煤電廠除塵發展的必然趨勢。1.2發展狀況以及存在的問題中國袋式除塵器的發展經歷了3個階段。第l階段。在20世紀50年代主要是采用原蘇聯型式的產品，60年代前后中國有少數幾個設計研究單位在仿照美國、日本等國的脈沖型、機械回轉反吹扁袋型除塵器的基礎上開始生產自己的產品。第2階段。1973年以后，國內開始出現了一批袋式除塵器的生產企業。到了80年代，一些設計院、科研單位和大專院校在學習、引進、消化、移植從日本引進的大型反吹風布袋除塵器后，結合國內各行業的需要和生產廠家一道開發、研制、生產了大型反吹風布袋除塵器，開發了分室反吹風袋式除塵器和長袋低壓脈沖袋式除塵器，每小時處理風量100萬～291萬m3，濾袋長度達l0m。在80年代，大型反吹風袋式除塵器是電力行業首選的大容量煙氣凈化設備，但在隨后的使用中逐漸暴露出一些問題，主要是由于其反吹清灰方式為柔性清灰方式，雖對濾袋損傷較小，但在粉塵粘性較大、濃度較高時，阻力上升較快，在一定外部條件下容易糊袋。第3階段。進入90年代以來，隨著大型脈沖噴吹袋式除塵器的研制成功，袋式除塵器的發展上了一個新的臺階。大型脈沖清灰袋式除塵器相對大型反吹清灰除塵器的最大優點在于清灰效果更好，運行更加可靠，而且還可以延長濾袋的使用壽命。袋式除塵器屬過濾式除塵器的一種，是治理大氣污染的高效除塵設備。其最大的優點是除塵效率高，通常在實驗室里測試效率可高達99.9999%，在實際應用中除塵效率也能達到99.95%。經袋式除塵器過濾后的煙氣含塵濃度一般都低30mg/m3，有的甚至在10mg/m3以下，并且袋式除塵器還能有效捕集對人體危害最大的5μm以下的超細微小顆粒(即呼吸性粉塵)。由于袋式除塵器具有除塵效率高、不受粉塵和煙氣特性影響、運行穩定的優點，近年來被廣泛應用。隨著大型脈沖噴吹長袋式除塵器的出現，新型耐折、耐高溫、耐腐蝕濾料開發應用，清灰和保護系統自動化程度的提高。使得袋式除塵器應用于電廠的技術問題得到了較好解決所以，目前袋式除塵器發展很快。據不完全統計，超過30%電廠已使用袋式除塵器，大多數都運行很好，排放粉塵都低于30mg/m3，其中也有出現一些問題,大多改進后得到解決，運行維護和可靠性都有很大提高。使用的技術有引進的ALSTHOM高粉塵濃度有內、外沉降室低壓脈沖行噴吹袋式除塵器和魯奇的旋轉噴吹袋式除塵器，其他大部分是國產自己設計開發的產品。總體來說，我國已具備了自行設計袋式除塵器的能力，配套的各種部件和加工國內都很齊全，為燃燒電廠袋式除塵大發展創作了條件。1.3設計內容1)除塵器煙氣性質和電廠工況等條件的影響，通過分析各種除塵器的原理和運行條件，選擇適合電廠的除塵器結構形式。2)分析選用除塵器的工作原理和各部分結構，以及它的特點。3)確定除塵器系統各部分的基本結構和尺寸，繪制圖紙。4)計算除塵系統的阻力，并選擇適用的風機。5)對除塵系統進行經濟性分析。2除塵技術性能比較及袋式除塵器在我國的應用前景針對我國以煤為主要發電用燃料的格局，燃煤鍋爐所釋放的粉塵占到總排放量的60%這一事實，在分析比較各種除塵技術性能基礎上，得出由于靜電除塵器本身對微細粒子的捕集能力有限，加之我國燃煤鍋爐所產生飛灰性質差別較大影響了靜電除塵器的除塵效率，從而導致電廠煙塵排放濃度超標的實際情況，結合袋式除塵器能有效捕集對人體危害大的5μm以下的細微顆粒的優點，建議燃煤電廠鍋爐安裝使用袋式除塵器來捕集這些細微顆粒。2.1我國燃煤鍋爐粉塵排放狀況及其危害我國一次能源的結構決定了火電機組的絕對優勢。據統計，1996年全國煤炭產量為13.74億噸，用于火力發電的約為三分之一，2010年原煤產量估計達到17.7億噸，發電用煤預計至少占煤總產量的38%以上，在今后20～30年內，火電仍將占60%以上，而燃煤機組按容量占到95%以上。以煤為主要發電用燃料的格局不會變化，所釋放的SO2占到總排放量的87%，CO2占到71%，NOX占到67%，粉塵占到60%。燃煤產生的環境污染嚴重制約了我國能源工業乃至整個國民經濟的更加快速發展[3]。我國城市大氣中大量的PM2.5直接或間接地來自于燃燒過程，城市空氣中總懸浮顆粒物(TSP)由燃煤生成的約占33%，其主要產生原因是能源結構中70%以上是很難清潔燃燒的煤炭。粉塵是人體健康的大敵，尤其是粒徑在0.5～5μm之間的飄塵(即長期甚至幾年漂浮在大氣中的粉塵)，對人的危害最大。＞5μm的塵粒，由于慣性作用可被鼻毛和呼吸道黏液排除；＜0.5μm的塵粒，也可因氣體擴散作用被黏附在上呼吸道表面而隨痰排出。唯獨0.5～5μm的飄塵可通過呼吸道直接到達肺部而沉積，危害人體，其危害程度取決于微粒的粒徑、溶解度、化學成分及其吸附的有害氣體和微生物。如被溶解，則隨血液送至全身，毒害整個系統；未被溶解的會被細胞吸收導致細胞被殺死，有的則侵入肺組織，破壞肺胞壁。據分析，有些飄塵微粒表面還附有致癌性很強的芳香族碳氫化合物，尤其是燃煤產生的粉塵是大氣中各種毒物的元兇。我國燃煤鍋爐使用了各種除塵技術來捕集煙氣中的飛灰顆粒。目前，燃煤電廠普遍采用的是靜電除塵器。由于靜電除塵器除塵效率受粉塵性質的影響較大，而我國燃煤成分差別較大，所產生的粉塵性質也各不相同，靜電除塵器對微細粒子的捕集能力又有限，從而引起火電廠煙塵排放濃度超標。本設計在對各種除塵技術原理和技術性能分析比較基礎上，結合袋式除塵器除塵效率高、能有效捕集對人體危害大的5μm以下的細微顆粒的優點，建議燃煤電廠鍋爐安裝使用袋式除塵器來捕集這些細微顆粒[4]。2.2各種除塵技術原理除塵技術就是利用兩相流動的氣固或液固分離原理(包括重力分離、慣性力分離、離心力分離、庫侖力分離、水膜除塵和過濾)捕集氣體中的固態或液態顆粒物。常用的除塵裝置有機械式除塵器、濕式除塵器、靜電除塵器、過濾式除塵器和袋式除塵器[5]。2.2.1機械式除塵器機械式除塵器是利用重力、慣性力和離心力作用使粉塵與氣流分離沉降的裝置，包括重力沉降室、慣性除塵器和旋風除塵器等。重力沉降室和慣性除塵器屬于低效除塵器，旋風除塵器屬于中等效率除塵器。1)重力沉降室重力沉降室可分為水平氣流沉降室和垂直氣流沉降室。水平氣流沉降室：當含塵氣流從入口管道進入比管道橫截面積大得多的沉降室時，氣流速度大大降低，在流速降低的一段時間內，較大的塵粒在沉降室內有足夠的時間因重力作用而沉降下來并進入灰斗，凈化氣體從沉降室的另一端排出。垂直沉降室：含塵氣流從管道進入沉降室后，由于橫截面積的擴大，氣流速度降低，其中沉降速度大于氣體速度的塵粒就沉降下來。常見的垂直沉降室有：屋頂式、擴大煙管式、及帶有錐型導流器的擴大煙管式。重力沉降室結構簡單、造價低，便于維護管理、壓力損失小，可處理高溫煙氣；其主要缺點是沉降小顆粒的效果低，一般只能除去50μm以上的顆粒，占地面積大。重力沉降室主要用作高效除塵裝置的初級除塵器。2)慣性分離器慣性除塵器是使含塵氣流沖擊在擋板上，氣流急劇地改變方向，借助粉塵粒子的慣性作用使其與氣流分離并被捕集的一種裝置。含塵氣流沖擊或方向轉變前的速度越高，方向轉變的曲率半徑越小，除塵效率越高（阻力也隨之增大）。若在擋板上淋水形成水膜，就成為濕式慣性除塵器。沖擊式慣性除塵器有單級、多級和迷宮型。反轉式慣性除塵器有彎管、百葉窗和多層隔板塔型。塔型除塵器主要用于煙霧分離，能捕集幾微米粒徑的霧滴。3)旋風除塵器旋風除塵器是使含塵氣流作旋轉運動，利用離心力將顆粒從氣流中分離并捕集下來的裝置。切向人口的旋風分離器，顆粒沿圓筒壁旋轉下降，通過排塵口進入下部的卸塵裝置，`凈化的氣體通過排氣管排出。切向進入式分為直人型和蝸殼型，前者入口管外壁與簡體相切，后者入口管內壁與簡體相切，入口管外壁采用漸開線型式，漸開角為180°、270°、360°等。軸向進入式利用固定的導流葉輪使氣流旋轉，導流葉輪有花瓣式、螺旋式等型式。與切向進入式相比，相同力損失下，能處理約3倍的氣體量且氣流分配均勻。軸向進入式又分為逆轉型和正交型。如圖2-1旋風除塵器示意圖。旋風除塵器結構簡單、占地面積小、投資低、操作維修方便、壓力損失中等、動力消耗不大、可用各種材料制造、能用于高溫、高壓及有腐蝕性氣體，并可直接回收干顆粒物等優點。旋風除塵器一般用來捕集5～15μm以上的顆粒物，除塵效率可達80%，其主要缺點是對捕集＜5μm顆粒的效率不高。圖2-1旋風除塵器除塵示意Fig.2-1Dustcyclonedust2.2.2濕式除塵器濕式除塵器是利用液滴或液膜洗滌含塵氣流使粉塵與氣流分離沉降的裝置。濕式除塵器有水膜除塵器、噴淋塔、文丘里洗滌器沖擊式除塵器和旋流板塔等。其原理為利用水形成液網、液膜或液滴與塵粒發生慣性碰撞、擴散效應、黏附、擴散漂移與熱漂移、凝聚等作用，達到捕集、分離塵粒，并兼備吸收氣態污染物的目的，可以處理高溫廢氣、黏性顆粒和液滴，除塵效率較高。主要缺點為能耗較大，廢液和泥漿需要處理；凈化的氣體從濕式除塵器排出時，一般都帶有水滴，需附有脫水裝置去除這部分水滴，并防止在寒冷地區使用時的凍結。＜5μm特別是1μm的粉塵，由于粉塵和水滴表面都存在著一層氣膜，粉塵很難被水濕潤，只有當兩者以較高相對速度運動時，才能相互附著凝并。2.2.3靜電除塵器靜電除塵器是利用高壓電場使顆粒荷電，在庫侖力作用下使顆粒與氣流分離沉降的裝置。靜電除塵器幾乎可以捕集一切細微粉塵及霧狀液滴，其捕集粒徑范圍在0.01～100μm，＞0.2μm粉塵粒徑時，除塵效率可高達99%以上；由于靜電除塵器利用庫侖力捕集粉塵，流經除塵器的阻力很小，約98～294Pa；并可處理從低溫、低壓到高溫、高壓的含塵氣流。如圖2-2電除塵器除塵示意圖。靜電除塵器的主要缺點是設備造價偏高，鋼材耗量較大，除塵效率受粉塵比電阻的影響很大(最適宜比電阻為104～5×1010cm的粉塵粒子)，需要高壓變電及整流設備；另外，靜電除塵器體積龐大、占地面積大。圖2-2電除塵器除塵示意Fig.2-2ESPdustindicate1-放電；2-荷電；3-運動；4-沉積、釋放；5-清灰2.2.4袋式除塵器袋式除塵器是利用多孔過濾介質分離捕集氣體中固體或液體粒子的凈化裝置，分為內部過濾式和外部過濾式。其除塵機理是依靠過濾介質運行一段時間后形成的粉塵初層為主要過濾層，本身濾料層起到粉塵初層的骨架作用。袋式除塵器對于粒徑為0.5μm的塵粒捕集效率可高達98～99%，是一種高效過濾式除塵器，對微米或亞微米級的粉塵粒子可達99%或更高99.9%以上。其應用主要受濾料的耐溫和耐腐蝕等性能影響。普通濾料最高使用溫度為80℃～130℃，經硅油、石墨和聚四氟乙烯處理的濾料可耐溫250℃～300℃。氣體溫度應在其露點溫度之上。如圖2-3袋式除塵器機理示意圖。圖2-3袋式除塵器機理Fig.2-3Mechanismofbagfilter袋式除塵器的原理包括：1)篩濾：濾料網眼一般為5～50μm，粉塵粒徑大于網眼直徑或粉塵沉積在濾料間的顆粒間空隙時，粉塵便被阻留下來。新濾料開始濾塵時，除塵效率很低，使用一段時間后，粗塵會在濾布表面形成一層粉塵初層，過濾效率不斷提高。2)慣性碰撞：含塵氣流接近濾料纖維時，氣流繞過纖維，＞1μm粒子偏離氣流流線，沿原來的運動方向繼續前進，撞擊在纖維上而被捕集。提高通過濾料的氣流流速，可提高慣性碰撞作用。3)攔截：粉塵粒徑＞1μm的粒子，當半徑大于粒子中心到纖維邊緣距離，并隨氣流一起繞流時因與纖維接觸而被攔截。4)擴散：粒徑＜1μm，尤其是＜0.2μm的亞微米粒子，在氣體分子的撞擊作用下脫離流線作布朗運動，一旦和纖維接觸便被分離下來。氣流速度越低、粒子直徑越小，擴散作用越強。5)靜電：粒徑＜5μm的粒子，由于摩擦和其它一些原因，導致濾料和粒子間形成一個電位差。當粒子隨氣流趨向濾料時，由于庫侖力作用促使粉塵和濾料纖維碰撞并增強濾料對粉塵的吸附力而被捕集。6)重力沉降：緩慢運動的含塵氣流進入除塵器后，由于重力作用，粒徑和密度大的粒子自然沉降下來。2.3各種除塵技術性能比較2.3.1各種除塵器效率及其變化趨勢靜電除塵器、濕式文丘里除塵器和袋式除塵器是目前國內外應用較廣的3種高效除塵器[6]；重力沉降室和慣性除塵器屬于低效除塵器；旋風除塵器和除文丘里以外的濕式除塵器屬于中等效率除塵器。各種除塵器基本性能及不同粒徑顆粒在除塵器內的分級效率分別如表2-1、表2-2所示。表2-1各種除塵器基本性能Tab.2-1Thebasicpropertiesofdust類別類型阻力/Pa效率/%設備費（比值）機械除塵器重力除塵器50～10040～601.0慣性除塵器100～15050～70—旋風除塵器400～130070～921.0～4.0多管旋風除塵器800～150080～952.5～5.0濕式除塵器噴淋洗滌器100～30075～951.0～2.4文丘里除塵器5000～2000090～981.5～16自激式除塵器800～200085～983.0～6.0水膜除塵器500～150085～983.0～6.0靜電除塵器干式靜電除塵器100～20085～996～25濕式靜電除塵器125～50090～98—過濾式除塵器袋式除塵器800～200085～99.92.5～8顆粒層除塵器800～200085～99—表2-2不同粒徑顆粒在除塵器內的分級效率Tab.2-2Differentparticlesizedustparticlesintheclassificationefficiency除塵器名稱全效率／％不同粒徑（微米）時的分級效率％0～55～1010～2020～44＞44帶擋板的沉降室58.67.522438090普通旋風除塵器65.31233578291長錐體旋風除塵器84.240799299.5100噴淋塔94.5729698100100靜電除塵器97.09094.59799.5100文丘里除塵器99.59999.5100100100袋式除塵器99.999.51001001001002.3.2袋式除塵器與靜電除塵器除塵性能對比與靜電除塵器相比，袋式除塵器具有如下優勢：對微塵粒(1～5μm)效率在99%以上，還可以除去1μm，甚至0.1μm的塵粒，排放煙塵濃度小于50mg/m3，甚至可達10mg/m3。以下；不受煙氣成分、含塵濃度、顆粒分散度、比電阻等粉塵性質的影響；隨鍋爐負荷的變化引起的煙氣量波動對袋式除塵器的影響很小；在捕集粉塵的同時，采取輔助措施還可以有效地脫除超細顆粒和重金屬As，Se，Hg等及其他有毒、有害氣體，具有協同脫除效應；袋式除塵器結構比較簡單，操作維護方便，主要的清灰過程均可由程序控制自動完成，不存在水污染問題，運行和維護成本大大降低。袋式除塵器在除塵的同時，還具有脫硫及控制有害氣體的作用。2.4袋式除塵器在電力行業上的應用2.4.1袋式除塵器在國外的應用世界上工業發達國家的火電廠在上個世紀50年代以使用電除塵器為主。為了適應鍋爐低濃度排放的要求，許多電廠使用低硫煤，其結果是減少了硫的排放量，但提高了煙塵的比電阻，降低了電除塵器的效率。另外，靜電除塵器對超細顆粒及其前驅體的控制效果較差，在運行過程中還會導致前驅體合成新的強毒性物質(如二惡英等)。因此美國、日本、德國、加拿大、澳大利亞等國家從上個世紀70年代開始紛紛將燃煤電廠靜電除塵改為布袋除塵，迄今已基本走完用布袋除塵器取代和改造高壓靜電除塵器及其他除塵器的歷程。在大型燃煤鍋爐電站煙氣粉塵凈化方面，國外已經形成比較成熟的布袋除塵工藝路線和安全保護措施。二十多年來不論是在一般煤粉爐還是在設有噴霧脫硫系統的煤粉爐和沸騰爐上都得到了成功的應用，除塵效率達99.99～99.9999%，煙塵排放濃度降到5～l0mg/m3。國外發達國家在火電廠大型燃煤鍋爐除塵、脫硫中，袋式除塵器已占有相當大的份額。濾袋破損率使用初期(1978年)雖為8%，但在1984～1989年間降到平均1%。對發電量為832MW的幾十個煤粉爐使用袋式除塵器的調查結果表明：有31.8%的濾袋壽命大于等于6年；使用低硫煤平均壽命為4.6年，使用高硫煤為2.9年。不再存在濾袋破損、袋式除塵器失效影響鍋爐正常發電的情況。2.4.2袋式除塵器在我國的應用北京市勞動保護科學研究所于上世紀80年代初曾在10t的煤粉鍋爐上應用了脈沖袋式除塵器，積累了不少實踐經驗[7]。國家環保局于上世紀80年代中期在蘇州熱電廠進行了多種濾料使用性能的比較試驗，為我國的鍋爐應用袋式除塵器積累了可貴的經驗。這之后，我國又在6個火電廠試用了袋式除塵器，但都因濾袋破損均未能堅持使用，因而限制了袋除塵器在燃煤電廠的應用和發展。本世紀初袋式除塵器在我國發展很快，尤其是大型袋式除塵器的出現，新的濾料和新的脈沖閥的開發，增強了袋式除塵器的安全可靠性。北京第二熱電廠燃油鍋爐和呼和浩特火電廠，分別利用國產濾料和國外技術與設備再次安裝了袋式除塵器，前者已通過驗收，后者雖曾瞬間出現過煙氣溫度過高現象，但并未影響正常運行。元寶山電廠還進行了在三電場電除塵器的第二電場尾部，抽出部分煙氣接袋式除塵器，進行電袋過濾復合除塵的試驗，排放濃度降到5mg/m3以下。3袋式除塵器濾料的選擇和技術發展隨著生活水平的提高，人們對環境質量的要求也在提高。電式除塵器除塵存在的問題不斷地暴露出來。相反，袋式除塵器因為其高達99.99%的除塵質量而受到廣大用戶的青睞。作為袋式除塵器核心的濾料，它的發展在其中發揮著不可估量的作用。3.1濾料的選擇要求袋式除塵器耍具有較高的過濾效果需要達到三方面的要求。1)除塵器的濾袋要采用能適應不同工作狀況的優質濾料，同時也要注意濾料的加工質量。2)要求具有強勁可靠的清灰機構，控制設備阻力。3)具有完善合理的自動控制程序，保證除塵設備連續穩定地運轉。袋式除塵器是依據濾料固有的物理過濾特性以及附著在濾料表面粉塵層的過濾性來截留煙氣中具有一定顆粒度的粉塵。它依賴于濾料在厚度方向的纖維密度來決定過濾能力，成為深層過濾技術。濾料應根據生產實際情況以及過濾器的工作要求選擇。濾料是袋式除塵器的核心，關系到除塵器能否長期、可靠、高效地使用。濾料失效的形式有不可恢復性堵塞失效、高溫失效、腐蝕性失效、機械損失失效等。所以濾料的選擇應主要考慮以多個方面。3.1.1含塵氣體對袋式除塵器濾料的影響含塵氣體對濾料產生的影響主要體現在以下幾個方面。1)煙氣溫度。袋式除塵器主要應用在工業鍋爐、流化床鍋爐、窯爐及燃煤電站鍋爐的煙氣除塵。此類煙氣溫度往往都比較高，氣體通入除塵器時溫度一般在100℃～300℃左右。一般的化學纖維在這種溫度下性能會受影響，影響過濾性能。所以袋式除塵器的濾料必須采用耐高溫的纖維材料。2)煙氣中酸性氣體的腐蝕。當燃燒高硫煤或者煙氣未經脫硫處理，煙氣中硫氧化物、氮氧化物濃度很高時，除FT濾料外，其他化學合成纖維濾料均會被腐蝕損壞，使濾袋壽命縮短。3)煙氣對濾料的氧化作用。空氣中氧氣21%，特別是煙氣的溫度較高，對濾料會有不同程度的氧化作用，所以濾料要具有抗氧化性。4)煙氣中水分的作用。在高溫狀態下運行工作，當煙氣中粉塵含水量超過25%以上時，粉塵易粘袋、堵袋，若材料的抗水解性能不高，水解作用也會使濾料受損。3.1.2與清灰裝置配合選擇濾料目前，袋式除塵器的清灰裝置主要有反吹風清灰和脈沖清灰兩種方式。1)反吹風清灰：其除塵方式為弱清風或者柔性清灰方式。反吹風清灰是靠縮袋式粉塵層破裂而落倉，在粉塵粘性大濃度高時阻力上升較快，粉塵層剝離不夠完全使濾袋磨損加劇。所以，反吹風清灰要求濾料強度要高，并且要有一定的光滑度以便增加粉塵剝離效率。2)脈沖清灰：此種清灰方式具有清灰能力強、清灰效果好的特點。目前，其在鑄造、噴砂、工業鍋爐、建材、化工及糧食行業得到了廣泛的應用。根據其噴吹壓力的不同，可分為高壓脈沖(噴吹壓力0.4～0.7MPa)和低壓脈沖(噴吹壓力0.05～0.07MPa)兩類。其中高壓脈沖噴吹壓力高，清灰能力大，清灰效果好。但由于采用高壓壓縮空氣，噴吹壓力高，對濾袋的損傷較嚴重。因此，此種清灰方式常采用帶框架的外濾圓袋或扁袋，要求選用厚實、耐磨、抗張力強的濾料。表3-1列出了不同過濾類型濾料的抗拉伸性能指標，其中長度超過5m的濾袋應選用高強低伸型，例如針刺氈。表3-1不同濾料的性能指標Tab.3-1Differentfiltermaterialperformanceindex項目普通型高強低伸型斷裂強力/N徑向＞600＞3000緯向＞1000＞2000斷裂伸長率/%徑向＜35＜17緯向＜55＜27徑向定負荷伸長率/%徑向—＜13.1.3其他生產實際要求濾料的選擇也受過濾速度的影響。在實際應用過程中，有的廠家采用較高的過濾速度。因為這樣會使一次性投入降低，但是會使運行阻力加大，對濾料性能要求較高，濾料的壽命也會降低。較低的過濾風速可使袋式除塵器保持適當的壓力降和較低的清灰頻率，對濾料強度的要求就相對較低了。當顆粒微細，如碳素微塵，其穿透力強，采用普通結構的機織濾料往往難以達標排放，這就要求采用致密度高的材料。例如超細纖維制作的濾袋，或者在纖維加工過程中采用針刺技術。為了使濾料能更有效地清灰和保持過濾環境的安全性，其抗靜電性能至關重要，表3-2為濾料的抗靜電要求。另外，濾料本身應該具有抗折疊性，特別是玻璃纖維，它具有優異的性能，但是纖維脆性強，在安裝、修補、更換、檢查時容易因為碰撞而破壞。表3-2濾料的抗靜電特性Table3-2Antistaticpropertiesfilter項目最大限值摩擦荷電電荷密度/μCm-2＜7摩擦電位/V＜500半衰期/s＜l表面電阻/?＜1010體積電阻/?＜1093.2新型濾料的工藝特征及技術發展用于袋式除塵器的濾料主要有機織物、非織造材料和復合材料。機織濾料作為傳統加工方式，因為其生產成本低廉，在濾料市場上仍然占有一席之地；非織造材料由于其復雜的三維網絡結構，在有限的材料空間內含有大量的微孔和彎曲通道，具有良好的過濾性能，是除塵濾袋的理性材料。表3-3是非織造濾料和機織濾料的性能的比較情況。復合材料通過覆膜、涂層、原料差別化、工藝差別化等技術手段使材料的過濾性能更為優異，更加符合環保要求。表3-3非織造濾料和機織濾料的性能比較Table3-3Non-wovenfiltermediaandPerformanceComparisonofwovenfiltermedia項目非織造濾料機織濾料透氣極限偏差/%2515潔凈濾料阻力系數/C＜10＜20動態濾塵時阻力/（P，Pa）＜80＜100隨著袋式除塵器技術的迅速發展，對濾料用纖維也提出了更高的性能要求，耐高溫纖維、高強高模纖維、復合纖維、功能性纖維的使用使濾料的應用更加廣泛[8]。3.2.1新型濾料所用的特種纖維1)PPS聚苯硫醚。其耐溫為160℃～180℃，該濾料耐酸堿性、化學穩定性、耐水解性均非常好，但是耐氧化性稍差，當煙塵含氧量超過15%時，就不能使用該種濾料。2)芳香族聚酰胺合成纖維。此類纖維應用較多的主要是美塔斯耐高溫纖維，其耐溫204℃，瞬間可達240℃。但其耐酸性、抗水解性稍差，其主要應用予經徹底脫硫的循環流化床鍋爐或含硫極低的煙氣過濾場合。3)聚四氟乙烯。聚四氟乙烯纖維可在200℃或者以上的溫度條件下長期工作。用非織造針刺法制作的聚四氟乙烯纖維濾袋可以使袋式除塵器達到非常好的除塵效果，無論除塵器進口煙氣中粉塵的濃度有多高，除塵器出口煙氣中的粉塵濃度均可降低到20～30mg/m3，它是抗水解、抗腐蝕性最強的化學纖維。4)P84纖維(聚酰亞胺)濾料。P84纖維濾料可在260℃以下連續使用，瞬時溫度可達280℃5)玻璃纖維。玻璃纖維可以在260℃(中堿)/280℃(無堿)的溫度條件下長期工作瞬間溫度可達350℃。它具有突出的尺寸穩定性，拉伸斷裂強度高，耐腐蝕性強，表面光滑，憎水透氣，容易清灰，化學穩定性好，是環境保護行業的更新換代產品。但是它的缺點是耐折性差。3.2.2濾料工藝的技術發展隨著近年來國內紡織技術的不斷進步，特別是非織造工藝的發展，使濾料的發展得到了技術支持。不同的加工方式可以使纖維得到不同的性能。以玻璃纖維為例，過濾負荷是袋式除塵器的一個重要參數，過濾負荷過大則過濾面積減少，除塵系統的一次性投資也相應減少，因此提高過濾負荷是袋式除塵器的發展方向。從過濾負荷看，普通玻璃纖維過濾負荷一般為30～40m3/(m2·h)，過高則過濾效率下降，排放濃度超標；玻璃纖維膨體紗過濾布則可提高30%，達到40～50m3/(m2·h)；玻璃纖維針刺氈可達到50～60m3/(m2·h)，玻纖覆膜濾料可達60m3/(m2·h)以上。除了單一纖維的處理方式，以提高濾料性能為目的的工藝新技術在不斷應用，主要有以下兩種：1)覆膜過濾技術。覆膜過濾技術即表面過濾技術，是在濾料表面構造一層微孔膜態物。它依賴于成型膜的致密度以及附著在膜表面的粉塵層過濾微米數量級及其以上粒徑的顆粒物。該膜態物本身具有耐水、耐油、耐腐蝕、透氣性好、透氣量高、微粒過濾等物理特性，擴大了袋式除塵器的使用范圍。覆膜濾料的微孔結構濾塵效率極高，比普通的濾料體高了一個數量級，可滿足最嚴格的排放要求，特別是對人體可吸入性粉塵(μm)同樣有很好的過濾效果。以聚四氟乙烯包膜濾料為例，將聚四氟乙烯采用特殊工藝制成微孔膜，過濾過程也由傳統濾料的深層過濾變成了膜表面過濾，使之成為低阻、高效、高可靠性的新型過濾材料。聚四氟乙烯薄膜式立體網狀結構的微孔膜，孔徑為0.2～0.35μm，膜的孔隙率達80%～90%。過濾效率高、耐化學腐蝕性強，表面光滑，摩擦系數低。剝離性好，耐連續高溫達287℃，覆膜濾料用薄膜表面過濾沉寂，無需普通濾料的粉塵層參與過濾，降壓低，節省風機耗電。由于膜表面光滑及憎水性，即使有潮濕粉塵粘結，在清灰外力的作用下，也容易脫落，保持過濾阻力平衡。2)復合技術。復合濾料是指采用兩種以上方法制成或有兩種以上材料復合而成的濾料。①纖維材料復合纖維材料復合主要是將化學纖維和玻璃纖維進行有機地復合，并進行特殊的化學處理(例如PTFE處理)。它發揮了兩種或兩種以上纖維的優點，克服了化學纖維不耐高溫、玻璃纖維不耐折疊的缺點，是價廉物美的耐高溫濾料新品種。復合濾料的開發立足于市場的需求，針對各行業的實際工況精心設計滿足客戶的要求，彌補了合成纖維性能之間的空白更適合中國的實際情況。②漸進式濾料漸進式濾料是指濾料在加工時根據具體工況的需要選擇不同細度的纖維和各層面不同的針刺密度加工工藝，使濾料結構具有不同的密度梯度。迎塵面的超細纖維層主要起過濾作用，有少數超細顆粒會進入超細纖維層。但穿透這層纖維的顆粒很少在濾料深層停留。將會被氣流帶走，其清潔阻力比PPS覆膜濾料約低35%，由此保證了濾料的高過濾精度和低而穩定的壓差。另外，其余層面采用較為粗旦的纖維，并在保障剝離強力的情況下適當降低針刺密度，確保粉塵不進入濾料深層(大部分由濾料本身引起的阻力過高的案例都是由于濾料深層堵塞引起的)。我們通常用相當大的針刺密度以確保表層超細纖維過濾精度，而其余層面在保證強力的前提下減少針刺密度，以實現良好的過濾精度下達到最好的透氣量。正是這兩方面加工處理措施使濾料具有真正高效的三維過濾效果。③預涂層處理將配制好的粉劑用特殊工藝溶進已縫制好的濾袋濾料內部，再用粘結劑固定，達到濾袋未使用前就已具有高效收塵的能力。經預涂層處理后的濾袋在使用前形成了穩定的粉塵初層，比自然形成的粉塵初層具有兩方面的優越性：一是預涂層在形成粉塵初層方面，可以選擇透氣性好、不易結塊的粉劑，甚至可以選用阻燃、抗靜電粉劑，容塵量也可控制，并且比自然形成粉塵初層過程的時間短，克服了新濾料前期除塵效率不高的弊病；二是在粉塵初層穩定性方面，預涂層的粉劑經粘結劑固定，穩定性好，這樣可以降低壓力波動對穩定生產的不利影響。但預涂層技術的缺點在于隨著反沖洗的次數增加，預涂層有可能會從濾料表面被沖脫，從而影響濾料的使用壽命。4旋轉式低壓脈沖袋式除塵器圖4-1低壓脈沖袋式除塵器Fig.4-1Lowpressurepulsebagfilter4.1除塵原理含塵氣體從袋式除塵器入口進入后，由導流管進入各單元室，在導流裝置的作用下，大顆粒粉塵分離后直接落入灰斗，其余粉塵隨氣流均勻進入各倉室過濾區，過濾后的潔凈氣體透過濾袋經上箱體、提升閥、排風管排出。隨著過濾工況的進行，當濾袋表面積塵達到一定厚度時，由清灰控制裝置(差壓或定時、手動控制)按設定程序關閉提升閥，控制當前單元離線，并打開電磁脈沖閥噴吹抖落濾袋上的粉塵[9]。落入灰斗中的粉塵經由卸灰閥排出后，利用輸灰系統送出。4.2基本組件脈沖反吹式布袋除塵器由濾袋組件、導流裝置、脈沖噴吹系統、出灰系統、控制系統、離線保護系統、箱體等組成[10]。1)濾袋集成濾袋框架、布袋及掛袋板的連接設計采用了自鎖裝置，安裝和更換方便，并能有效延長濾袋使用壽命。2)導流裝置采用國際上先進的進風方式，設計了獨特的煙氣分配裝置，可分配含塵氣體，并對大直徑顆粒進行分離，避免含塵氣體沖刷濾袋，以提高整個除塵裝置的效率及濾袋使用壽命。3)脈沖噴吹系統脈沖系統由頂部空氣儲氣罐、電磁脈沖閥、旋轉電機、鏈接管、旋轉噴吹管和底部支撐組成。當濾袋內外壓達到控制系統設定值時，壓縮空氣從儲氣罐經過脈沖閥、連接管和旋轉噴吹管將壓縮空氣噴入濾袋實現脈沖清灰，清灰壓力在0.09～0.10MPa之間。4)控制系統主要由脈沖噴吹控制儀、BMC電腦控制柜、熱電阻溫度計、靜壓測點、料位指示器和測量元件組成。5)離線保護系統主要由旁路閥、噴霧降溫系統、測溫儀、壓力檢測裝置、濾袋檢漏裝置組成。在除塵器的入口安裝測溫儀。當煙氣溫度過高或鍋爐尾部復燃時，噴霧降溫系統啟動，緊急噴水降溫，以免燒壞濾袋。如果在一定時間內降溫系統不能使煙氣溫度降至布袋除塵器正常運行范圍內，或鍋爐點火及低負荷需要噴油助燃時，為避免含油煙氣直接進入除塵器，造成濾布粉層板結，影響除塵器的正常運行，開啟旁路閥，煙氣經旁路煙道直接排放，避免損壞濾袋。在凈氣室設有濾袋檢漏裝置，以便在濾袋損壞時及時報警。4.3技術特點1)采用低壓脈沖噴吹技術，清灰效率高，能耗低[11]。使用低壓脈沖閥，噴吹壓力只有0.085～0.12MPa左右，阻力低，啟閉快，清灰能力強。由于清灰效果好，清灰周期長，降低了能耗。2)脈沖閥使用壽命長，可靠性好。由于噴吹壓力低（0.085～0.12MPa），脈沖閥膜片承受的壓力和啟閉時的沖擊力較低。同時由于清灰周期較長，脈沖閥開啟次數相應減少，從而延長了脈沖閥的使用壽命，提高了脈沖閥的使用可靠性。3)濾袋拆裝方便，固定可靠。采用上部抽裝方式，換袋時，從除塵器凈氣室抽出濾袋骨架，將臟袋投入灰斗，由灰斗入孔取出，改善了換袋環境。濾袋靠袋口的彈性漲圈固定在花板孔上，固定牢固，密封性好。4)采用先進的PLC可編程序控制除塵器的運行全過程。使用壓差或定時兩種控制方式，可靠性高，使用壽命長，便于操作和使用。5)采用扁圓型濾袋并按同心圓方式布置濾袋。濾袋內部有扁圓型袋籠，為便于安裝，袋籠分成三節，良好的設計和加工質量使對接和拆卸非常方便。根據現場情況每臺設備可設計成單室、雙室和三室，每室可有一個和多個濾袋束組成，屬典型的模塊化設計。6)采用在式回轉低壓脈沖清洗清灰。脈沖式袋式除塵器的清灰分為在線式和離線式兩種。在線式清灰結構簡單，控制方便，機械阻力小，系統阻力變化小。7)采用寬大的袋室上箱。袋室上箱指濾袋口上部的結構總稱。檢查和更換濾袋時均可以在袋室上箱內部完成，每個袋室上箱僅需一個檢修門便可，這對減少除塵器總漏風率有很大的好處；由于袋室上箱體積較大使得凈氣側的風速同樣較低，有利于濾袋束的氣流分布和降低機械運行阻力。8)完善的防護系統。在進氣風管中設計有噴水裝置及溫度測試裝置，當發生煙氣溫度超過規定值時先進行報警，如溫度繼續升高則自動啟動不同數量的噴水裝置進行降溫，噴水裝置可使煙氣溫度降低40℃左右，以保護濾袋不受損傷。當噴水裝置不使用時，噴嘴依靠吸進新鮮空氣進行自凈化以保持噴嘴清潔。除塵器前后設有50%煙氣量的旁路煙道，當煙氣溫度上升較快較高或有大量水蒸氣滲入時，可開啟旁路煙道對煙氣進行分流來保護濾袋。旁路煙道在除塵器發生故障時還作為煙氣的臨時通路。5設計計算旋轉式低壓脈沖袋式除塵器的設計內容包括結構設計、工藝系統設計、電氣及自動化控制系統設計。本設計是對大唐國際錦州熱電有限責任公司1000t/h機組的鍋爐進行尾部煙氣袋式除塵器進行設計，本設計是針對除塵器的本體進行設計[12]。5.1設計參數1)鍋爐技術參數鍋爐類型：煤粉鍋爐；額定蒸發量：1000t/h；鍋爐標準燃煤量：130t/h；鍋爐煙氣出口溫度：136℃；鍋爐出口煙氣濃度：小于或等于25g/m3。2)環境及氣象條件電廠海拔：300m；平均氣溫：9.4℃；平均氣壓：100.47kPa；平均降水量：580mm；平均風速：3.8m/s；基本風壓：400Pa。3)煙塵的特性①成分構成：SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO等；②粒徑分布：小于1μm的粒子占88%右，平均粒徑為0.15～0.3μm。4)設計煤種：煙煤。煙煤的具體分析如表5-1～5-3。表5-1灰熔點Tab.5-1Ashmeltingpoint序號名稱符號單位設計煤種1變形溫度DT℃15002軟化溫度ST℃＞15003融化溫度FT℃＜1500表5-2煤質元素分析Tab.5-2ElementsofCoal序號名稱符號單位設計煤種1碳Car%54.682氫Har%3.523氧Oar%6.364氮Nar%0.845硫Sar%1.246灰A%28.567水Mar%5.168空氣干燥基水分Mad%1.569干燥無灰基揮發分Vdaf%38.4210低位發熱量Qnet,arMJ·㎏-118.90表5-3灰分成分分析Tab.5-3Compositionofash序號名稱符號單位設計煤種1二氧化硅SiO2%45.652三氧化二鋁Al2O3%42.263氧化鐵Fe2O3%4.864氧化鈣CaO%3.185氧化鎂MgO%0.46氧化鈉Na2O%0.37氧化鉀K2O%0.328氧化鈦TiO2%1.469三氧化硫SO3%1.4410五氧化二磷P2O5%0.135.2鍋爐煙氣量的理論計算鍋爐煙氣量決定除塵器規格大小，是除塵器選型的關鍵參數。5.2.1理論空氣量的計算1kg燃料完全燃燒所需理論空氣量：=+0.265+0.0333-0.033=0.0889×54.68+0.265×3.52+0.0333×1.24-0.033×6.36=4.8611+0.9328+0.0413-0.2099=5.6251Nm3/㎏式中：——煤中碳的質量百分含量，%；——煤中氫的質量百分含量，%；——煤中硫的質量百分含量，%；——煤中氧的質量百分含量，%。5.2.2煙氣量的計算煙氣由CO2、SO2、H2O（水蒸氣）和N2組成。1)當過量空氣系數=1條件下，1kg煤燃燒所產生的煙氣量（理論煙氣量）：=++（5—1）式中：——燃燒煙氣中CO2、SO2的容積；——=1時，煙氣中水蒸氣的容積，包括三部分，氫氣燃燒產生的水蒸氣，燃料中的水分和理論空氣量中的水分；——隨理論空氣量和燃燒帶入的氮氣容積。理論RO2（包括CO2和SO2）氣體容積：=0.01866（+0.375）=0.01866×（54.68+0.375×1.24）=1.029Nm3/㎏理論氮氣容積：=0.008+0.79=0.0080.84+0.795.6251＝0.0067+4.4439＝4.4505Nm3/㎏理論水蒸氣容積：=0.11+0.0124+0.0166+1.24=0.113.52＋0.01245.16＋0.01665.6251+1.240=0.3872+0.064+0.0934+0=0.5446Nm3/㎏式中：——煤中水分的質量百分含量，%；——蒸氣耗量，取=0。理論煙氣量：=++=1.029+0.5446+4.4505=6.0241Nm3/㎏2)當過量空氣系數＞1條件下，1㎏煤燃燒所產生的煙氣量（實際煙氣量）：=+（-1）+0.0161（-1）=+1.0161（-1）=6.0241+1.0161（1.3-1）5.6251=6.0241+1.7147=7.7388Nm3/㎏式中：（-1）——過量空氣量；0.0161（-1）——過量空氣中帶入的過量水蒸氣量；——過量空氣系數，取=1.3。鍋爐標況下煙氣量：==7.7388130000=1006044Nm3/㎏式中：——鍋爐標準煤耗量，㎏/h。在工況條件下的煙氣量：=(273+)=(273+136)=36854091.0085=1.52106m式中：——鍋爐出口煙氣溫度，℃；——當地大氣壓力，kPa。5.3除塵器設計計算5.3.1濾料的選用袋式除塵器的除塵效率、阻力，尤其是維護管理，與濾料的材質有直接關系，因此在設計和使用袋式除塵器時，正確的選擇濾料具有十分重要的意義。含塵氣體中水蒸氣體積百分率：=100%＝100%＝7.39%7.39%＜8%，煙氣為干燥氣體；煙氣溫度136℃＞130℃，屬于高溫氣體；除塵器采用脈沖噴吹清灰方式；選用濾料為聚苯硫醚（PPS）；濾料的相關性能參數，見表5-4。表5-4濾料的性能參數Tab.5-4Filterperformanceparameters序號項目數據1單位面積質量570g·m-22厚度1.9mm3密度0.30g·m-34最高連續運行溫度180℃5抗酸性好6抗堿性好7抗水解性好5.3.2過濾速度的確定和濾袋的選擇進入除塵器的煙氣量==1.52106m3/h，過濾溫度為136℃。根據清灰方式、粉塵性質及濾料特性選取過濾速度為：=1.2m/min。除塵器總過濾面積為：===21111濾袋規格取為：直徑=165mm，長度=8550mm。單個濾袋的過濾面積為：=3.14=3.140.1658.55=4.404m總需濾袋數量為：===4794條采用旋轉式低壓脈沖除塵技術，除塵器采用3室3單元結構。在順煙氣方向上分為3個獨立的除塵室，每個除塵室由3個除塵單位組成。總單元數為：33=9個。每個除塵單元安裝濾袋540個。實際濾袋總量：=5409=4860條回算過濾面積：==48604.404=21403m回算過濾速度：===1.18m/min除塵器采用外慮式除塵方式，濾袋吊掛在花板上，以同心圓狀布置成濾袋束，如圖5-1所示。濾袋間距為50～200mm，安裝時可根據實際情況選取。選取由濾袋組成的濾袋束的直徑為=6000mm。為了節省空間，可以將濾袋呈扁圓形吊掛在花板上[13]。圖5-1濾袋布置方式Fig.5-1Thefilterbagarrangement5.3.3袋籠設計袋籠就是插在濾袋內，用來支撐濾袋的，防止過濾時被煙氣壓癟的框架。它是由若干圍繞濾袋縱軸平行排列的鋼筋制成，這些鋼筋由均勻間隔的鋼環支撐著。袋籠的式樣如圖5-2所示。圖5-2袋籠Fig.5-2Bagscage濾袋內部有扁圓形的袋籠，為便于安裝，袋籠分成三節，良好的設計和加工質量使對接和拆卸非常方便。袋籠由20號鋼制成，分三段設計，三部分的鏈接采用無需特殊工具的簡單內鎖裝置。頂部鏈接1.6mm厚的碳素環，無需使用工具，可以將濾袋的袋口鎖在花板孔上。即使維修安裝人員在上面行走也不會造成危害。濾袋的相關參數見表5-5。表5-5袋籠的相關參數Tab.5-5Bagsofcageoftherelevantparameters序號項目數據1材質20號鋼2鋼絲直徑4mm3分段3段4鏈接方式彈簧卡子，4點固定5縱筋數量105.3.4花板設計花板位置位于除塵器本體內上部，是除塵器煙氣室和凈氣室的分界線，花板上開有一定數量的花板孔用來懸掛濾袋。旋轉噴吹類型除塵器，花板孔采用同心圓布置方式，不同啊半徑上布置數量不等的花板孔，花板孔的數量和大小根據除塵工藝確定，單個孔的形狀為近似橢圓形。花板面選用軋制低碳鋼板，厚度為5mm銹蝕等級為1級，且進過退貨處理。花板薄厚均勻。每個除塵單元安裝540個濾袋，則每個除塵單元的花板上有540個花板孔。每個濾袋束與除塵器殼體之間應留有一定的空隙，本設計200mm，而同一個除塵室內三個除塵單元中，每兩個除塵單元的濾袋束之間也應留有一定空間，設計取為400mm。濾袋束的直徑為6000mm，則每個除塵單元的花板的尺寸為：長：=6000+200+=6400mm寬：=6500+200+200=6400mm所以每個除塵室的各個除塵單元的花板都是邊長6400mm的正方形花板。5.3.5灰斗設計灰斗采用鋼結構，為了方便運輸，一般將灰斗分為上下兩段制造，下段一般為整體，并將蒸汽加熱管焊接在灰斗下段，上段可分為多片制造，安裝時要保證氣密性。粉塵在除塵器工作溫度下流動性好，隨著粉塵下落溫度會降低、粉塵吸潮結塊時，容易造成灰斗堵灰。為防止灰斗積灰，灰斗應配置如下設備。1)灰斗灰位報警裝置。包括高料位計、低料位計等。2)灰斗外壁加熱裝置。包括蒸汽加熱管路、電加熱板等，一般二者配置一種即可。灰斗四壁均應布置蒸汽加熱管路或電加熱板。3)灰斗空氣噴射裝置。包括空氣炮。壓縮空氣壓力高達0.7MPa。4)灰斗其他配套設備。包括方便檢修用人孔門、機械捅灰機、卸灰用灰斗振打板等。灰斗采用四棱臺形狀，灰斗設計角度一般為60°～65°，設計選用灰斗壁的傾角=60°，灰斗上口尺寸與花板尺寸相同，下口尺寸為500500mm。除塵器有9個除塵單元，所以一共設置9個灰斗。每個灰斗的高度為：=tan60°=tan60°=5110mm5.3.6煙氣室設計含塵氣體進過喇叭口進入煙氣室后，氣流分布相對均勻，以使煙氣室內的濾袋負荷分布相對平均。為了維護及更換濾袋方便，煙氣室分為3個獨立、大小及形狀相同的煙氣室，煙氣室設計為框架式，由框架和板組成。框架由大梁、立柱、底粱和支撐構成，是除塵器殼體的主要承力體系。為了方便進入煙氣室的煙氣均勻分布，濾袋束底部與灰斗上口之間應留有一定的間隙，取為2000mm。則每個煙氣室的高度：=mm每個煙氣室的長度：=3=3×6400=19200每個煙氣室的寬度：==64005.3.7凈氣室設計凈氣室在煙氣室的上方，中間由花板隔開。按照煙氣室的獨立氣室分布，凈氣室同樣由相互獨立的3個小凈氣室組成，凈氣室設計為框架結構，為了方便檢修、維護及更換濾袋，凈氣室高度取為=4000mm。每個凈氣室的長度：=3=3×6400=19200mm每個凈氣室的寬度：==6400mm凈氣室頂部由密封蓋組成，密封蓋上方設計有100mm厚的保溫層，保護層上方是除塵器防雨蓋。凈氣室配置視窗、通氣孔、人孔門。除塵器在線更換濾袋或檢修時，將該室進氣擋板門和出氣擋板門關閉，打開除塵器頂部通氣孔，待凈氣室溫度接近常溫時，操作人員由人孔門進去凈氣室更換濾袋或檢修。5.3.8除塵器本體尺寸計算除塵器本體長度：=3=3×6400=19200mm除塵器本體寬度：=3=3×6400=19200mm除塵器本體高度：=5110+10550+4000=19660mm5.3.9脈沖清灰機構設計清灰系統是除塵器的核心技術之一，它使用是否正確對除塵器的功能起決定性作用。旋轉式低壓脈沖袋式除塵器清灰機構如圖5-3所示。每個單元有一清灰裝置，包括頂部空氣儲氣罐、電磁脈沖閥、旋轉電機、鏈接管、旋轉噴吹管和底部支撐[14]。當濾袋內外壓達到控制系統設定值時，壓縮空氣從儲氣罐經過脈沖閥、連接管和旋轉噴吹管將壓縮空氣噴入濾袋實現脈沖清灰，清灰壓力在0.09～0.10MPa之間。旋轉噴吹管通過法蘭與鏈接管鏈接，豎直穿過凈氣室頂部，在通過傳動機構與外界的減速裝置相連，驅動電機功率為0.55kW,旋轉噴吹管轉速約為1r/min。在每個旋轉噴吹管的底部有一個免維護的密封軸承支座，在每個旋轉噴吹管上都對應有數量不等的噴嘴，噴嘴的數量和位置，應根據花板孔的實際情況進行布置。圖5-3脈沖袋式除塵器清灰機構Fig.5-3Pulsebagfiltercleaningagencies1-脈沖氣貯罐；2-凈氣室；3出口管；4電機；5-脈沖閥；6-空氣管；7-水平風管；8-噴嘴；9-支承軸；10-花板；11-空氣進管；12-控制閥；13-壓力表5.3.10輔助設施設計1)保溫層。保溫層敷設在除塵器本體外表面上，用于防止除塵器內部結露及腐蝕，同時確保除塵器外表面溫度低于50℃，以防人員燙傷。保溫材料選用石棉板，密度為100kg/m3，導熱系數為0.026～0.035W/(m·K)，保溫層厚度為100mm。保溫層外表面要敷設外護板，外護板為0.5～0.75鍍鋅鋼板。2)梯子、平臺、欄桿。可根據實際需要進行架設。3)防雨蓋。旋轉式低壓脈沖袋式除塵器頂部設計有防雨蓋，防止頂部積水。4)旁通煙道。由于鍋爐運行狀態穩定，鍋爐的空氣預熱器為管式空氣預熱器，所以不設置旁通煙道。5.3.11管道設計掙個除塵器分為3個獨立除塵器，每個除塵室都有獨立的進氣管道和排氣管道，選用方形管道[15]。1)進氣管除塵系統進氣速度一般取為15～25m/s，本設計取進氣速度=20m/s；總煙氣量=1.52106m3/h。進入每個除塵室的煙氣量：===m3/h進氣管的尺寸：===mm選取管道尺寸：24002400mm則實際進氣速度：===24.5m/s2)排氣管設除塵器的漏風系數1.15。則除塵器出口煙氣量：=1.15==m3/h每個除塵室的排氣量：===m3/h除塵系統的排氣速度為8～13m/s，本設計取=10m/s。排氣管尺寸：===mm選取管道尺寸：36003600mm則實際排氣速度：===m/s3)進氣喇叭口和氣流分布板①進氣、出氣喇叭口。煙氣在袋式除塵器內的截面流速在0.8～1.8m/s，而進出氣管道內氣流速度遠大于截面流速，在水平進氣的袋式除塵器中，進氣如果直接與除塵器鏈接，會出現煙氣流斷面的突然擴大及收縮；而斷面的驟變，將會硬氣氣流的漩渦，從而導致除塵器中氣流分布不均勻，嚴重的情況下，氣流會沖刷濾袋，導致濾袋不正常破損。為了改進氣流分布，在除塵器進口應配置進氣喇叭口，以便使氣流逐漸擴散；在除塵器出口也應配置出氣喇叭口，以便氣流逐漸被壓縮。②氣流分布板。袋式除塵器的氣流分布是影響袋式除塵器整機性能、除塵設備安全的關鍵因素之一。設計采用的是氣流分布板結構，可通過兩層具有不用開口率的氣流分布板有效組織氣流。而同一塊氣流分布板上的各處的開孔率也不盡相同，從而可以有效的分配氣流。氣流分布板的阻力很低，能夠保證整機的阻力保持在一個比較低的水平上。同時也保證和確定了袋束周圍、袋束底部、灰斗的最佳減速參數。使設備阻力損失和濾袋的磨損減到最小，并最大限度地降低了濾袋束及其周圍最小的氣流上升速度，保證了高效落灰。5.4阻力計算5.4.1除塵器阻力計算阻力除了與過濾速度、粉塵負荷、清潔組織物的透氣度等情況有關，還與織物的表面狀況、粉塵粒子的特性、氣體的溫濕度、除塵器的結構以及清灰方法有關，這些量中有些是隨除塵器的運行而改變的。因此，要準確算出除塵器的阻力是很難的[16]。關于脈沖噴吹袋式除塵器的阻力，Belba等人曾經根據對35臺煤粉鍋爐脈沖袋式除塵器（包括高壓、中壓、低壓）實際運行情況調查提出一個經驗公式如下：%式中：——煤粉鍋爐應用的脈沖噴吹袋式除塵器總阻力，Pa；——過濾速度，m/min。他們還提出下面一個經驗公式，表示煤粉爐和層燃爐所用的脈沖袋式除塵器花板壓力降（即濾袋和懸掛濾袋的花板對氣流的阻力）與過濾速度的近似關系：式中：——花板上下靜壓差，Pa；——過濾速度，m/min。除塵器的阻力：==13901.18401639.8Pa≤≤1640.6Pa取阻力=1640Pa。花板壓力降：=106350=1063×1.18501253.9Pa≤≤1254.7Pa取壓力降=1254Pa。5.4.2除塵器管道阻力計算圖5-4除塵系統軸側簡圖Fig.5-4Sideofthedustcontrolsystemdiagram除塵系統軸側簡圖如圖5-4。管段分為1、2、3、4段，長度分別為10m、8m、10m、18m。為了方便計算，取1、2管徑相同，管內煙氣流速相同；取3、4段管徑相同，管內煙氣流速相同。設整個除塵過程煙氣溫度不變，等于鍋爐出口煙氣溫度。管道中的彎頭均為90°弧形彎頭[17]。1)摩擦阻力計算①1、2段單個管道煙氣量單個管道煙氣流量=5.07105m3/h，煙氣溫度=136℃，管徑為24002400mm，煙氣粘度=2.110-5Pa·s，密度=0.863kg/m3，煙氣速度取為=24.5m/s，管長=18m，管道粗糙度=0.15。和相對粗糙度：===2.4106式中：==2.4m==6.2510-5查表得：摩擦系數=0.02單個管道的摩擦阻力：====Pa1、2段管道的總摩擦阻力：===116.4Pa②3、4段單個管道煙氣流量=5.83105m3/h，煙氣溫度=136℃，管徑為36003600mm，煙氣粘度=2.110-5Pa·s，密度=0.863kg/m3，煙氣速度取為=10.1m/s，管長=28m，管道粗糙度=0.15。和相對粗糙度：===1.8106式中：==3.6m==4.210-5查表得：摩擦系數=0.02單個管道的摩擦阻力：====11.3Pa3、4段管道的總摩擦阻力：==311.3=33.9Pa③管管道的總摩擦阻力：=+=116.4+33.9=150.3Pa2)局部阻力計算①1、2段共有6個90°弧形管彎頭，查除塵器手冊取，密度kg/m3，煙氣速度取為=24.5m/s。1、2段管的總局部阻力：===373Pa②3、4段共有6個90°弧形管彎頭，查除塵器手冊取，密度kg/m3，煙氣速度取為=12.5m/s。3、4段管的總局部阻力：===97.1Pa③管道的總局部阻力：=+=373+97.1=470.1Pa3)除塵管道總阻力：=+=150.3+107.1=620.4Pa5.5風機的選型引風機是除塵系統的動力，是除塵系統的重要的組成部分。風機的選擇很重要，選擇得合適與否，不僅影響除塵系統的正常運行，有時甚至影響到鍋爐能否滿負荷出力。風機在除塵系統中有時單獨使用，有時并聯使用，有時通過閥門或調速裝置改變其轉速。風機的選型主要是根據風機的風量風壓進行選型[18]。5.1.1風機風量計算風機風量：==m3/h式中：——除塵設備漏風系數，取=1.15；——管網漏風系數，除塵系統取1.1～1.15，取=1.12。5.5.2風機風壓計算1)風壓：===Pa式中：——管網阻力損失，Pa；——設備阻力損失，Pa；——管網阻力損失附加系數，除塵系統取1.1～1.15；——風機全壓負差系數。取=1.15，=1.2,=620.4Pa，=1640Pa。2)標況下風壓：====3206Pa式中：——風機性能表中給出的溫度，=200℃；——排煙溫度，=136℃；——當地大氣壓，=100.47kPa。5.5.3風機的選擇由計算得到的風量和風壓，選定2臺Y4-2×73-3No29F離心引風機，采用并聯形式。風機性能表如表5-6所示表5-6離心引風機性能表Tab.5-6Centrifugalinduceddraftfanperformancetable轉速/r·min-1序號全壓/kPa風量/m3·h-1內效率/%所需功率/kW740294.53109512085.52150電動機由生產廠家配置，選用YDKK1000-2-8/10型電動機，功率為2250kW。5.6煙氣排放濃度袋式除塵器的除塵效率在實驗室中能達到99.9999%，在實際工程應用中也能達到99.99%，此設計的除塵效率為99.9%。排放的煙氣中含塵濃度：=25000=25mg/m3式中：——鍋爐出口煙氣濃度，g/m3；=25g/m3。25mg/m3＜50mg/m3(國家排放標準)，因此設計除塵器達到標準。6經濟性分析6.1運行費用6.1.1電費袋式除塵器的配電容量按100kW計，每臺風機電容量為2250kW，2臺風機電容量為：22502=4500kW，則系統總容量為：100+4500=4600kW，全年工作時按300天考慮，每度電電費0.20元計，則全年的電費為：4600300240.2=662萬元[20]。6.1.2系統維修費用聚苯硫醚按市價100元每平方米計，則總需：21111100=211萬元。濾袋加工費用按10元每條計，則總需：486010=5萬元。濾袋總共需要：211+5=216萬元。袋式除塵器的布袋更換這是毋庸置疑的，聚苯硫醚的使用壽命一般為4年，即每4年要把所有的布袋更換一次，那么4年換袋的費用就為216萬元，折算到每年就是54萬元。每年機械維修費用按4萬元計。系統每年的維修費用為：54+4=58萬元。6.1.3每年的運行費用電費與系統維修費用即為除塵系統的運行費用。則系統每年的運行費用為：662＋58＝720萬元。6.2煙塵收益一臺袋式除塵器一天的收塵量為：152104240.02599.9%=911088㎏＝911t，按全年工作300天計，則全年收塵量為911×300＝27×104t。粉塵可以賣給水泥廠做原料，按市場價格為30元/t計，一年總收益為：27×104×30＝810萬元。6.3全年凈收益扣除系統全年的運行費用，則全年的凈收益為：810-720＝90萬元。6.4社會效益本除塵系統出了帶來非常可觀的經濟效益外，還帶來了明顯的社會效益。在本系統中，設備過濾效率高達99.9%，煙氣入口含塵濃度為25g/m3，出口