一、前言
現(xiàn)代化的水泥廠煤磨系統(tǒng)一般都采用烘干兼粉磨的工藝流程，煤磨系統(tǒng)廢氣是含煤粉具有燃爆危險(xiǎn)的熱廢氣，對(duì)它進(jìn)行凈化處理也比一般廢氣難度更大。該收塵器在機(jī)理和結(jié)構(gòu)上具有防燃防爆功能，采用脈噴式清灰方式，確保了收塵器內(nèi)每條濾袋清灰，設(shè)備阻力低，且在線清灰方式使得系統(tǒng)阻力穩(wěn)定，在程度上緩解了煤磨系統(tǒng)高阻力的矛盾，實(shí)現(xiàn)了收塵器、低阻、安全運(yùn)行。小于50mg/Nm3的低濃度排放，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)能滿足不斷提高的環(huán)保新標(biāo)準(zhǔn)的要求。
二、煤磨系統(tǒng)粉塵的特點(diǎn)
水泥廠煤磨系統(tǒng)產(chǎn)生的粉塵主要是煤粉制備過程中，隨烘干熱風(fēng)等一起排出的含塵氣體。國(guó)內(nèi)水泥廠回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線煤粉制備目前一般采用風(fēng)掃式煤磨，煤磨廢氣中含有的粉塵具有以下特點(diǎn)：
1. 粒度細(xì)，一般<0.1mm(大部分廠煤粉<0.08mm占80%以上)；
2. 粉塵揮發(fā)份高，一般>20%，屬于燃爆危險(xiǎn)品，具有的燃爆危險(xiǎn)性；
3. 粉塵的濃度在爆炸限之內(nèi)(煤粉爆炸限35~2500g/m3) ；
4. 含塵氣體具有的溫度，一般為60～110℃；
5. 含塵氣體具有的濕度，濕含量為5～10%，露點(diǎn)一般為40～55℃。
由此可見：煤磨廢氣具有的溫度和濕含量，粉塵顆粒較細(xì)，有燃爆危險(xiǎn)性。
含塵氣體燃燒爆炸同時(shí)具備以下三個(gè)條件：（1）濃度處于爆炸限范圍內(nèi)（煤粉的爆炸限根據(jù)煤質(zhì)不同，一般為35~2500 g/m3），（2）氧含量大于13%，（3）引燃的火種。因此預(yù)防燃燒爆炸即是采取積措施有效抑制上述三個(gè)條件的產(chǎn)生，也就是說降低系統(tǒng)對(duì)爆炸的敏感性能，縮小爆炸的效應(yīng)。
三、脈沖噴吹型煤磨防爆袋收塵器的設(shè)計(jì)
1. 收塵器工作原理
含塵氣體首入收塵器的導(dǎo)流室，經(jīng)導(dǎo)流板撞擊后進(jìn)行預(yù)收塵和氣體均布，然后經(jīng)收塵器布袋過濾凈化后由排氣口排出。粉塵阻留于濾袋外表面，在濾袋上積累時(shí)間后采用脈噴方式清灰，卸灰采用氣動(dòng)卸灰閥，從而達(dá)到卸灰和鎖風(fēng)的目的。
2. 防爆裝置的研究
防爆裝置是煤磨防爆袋收塵器研制的一個(gè)重點(diǎn)，對(duì)于處理含煤粉氣體布袋除塵要完全杜絕爆炸三個(gè)條件的出現(xiàn)是很難做到的，關(guān)鍵是要及早預(yù)知爆炸，并且采取相應(yīng)措施，防止爆炸的發(fā)生。爆炸發(fā)生明顯前兆之一是壓力驟變，為此我們采取自動(dòng)卸壓式防爆門，把壓力及時(shí)釋放出去，從而把爆炸消除在萌芽階段。
（1）防爆裝置結(jié)構(gòu)型式的確定
防爆裝置的主要作用是及時(shí)迅速釋放壓力，從而達(dá)到安全運(yùn)行的目的。根據(jù)調(diào)查和實(shí)驗(yàn)，研制新型重力自復(fù)位式防爆裝置作為脈沖噴吹型煤磨防爆袋收塵器防爆裝置。該防爆裝置由配重錘、壓桿、 閥門、外罩、閥座等組成，當(dāng)收塵器內(nèi)部壓力大過設(shè)定壓力時(shí)，防爆門自動(dòng)打開釋放壓力。防爆裝置釋放壓力可根據(jù)實(shí)際要求，通過調(diào)整配重錘位置進(jìn)行調(diào)整，氣體釋放后，防爆門自動(dòng)關(guān)閉恢復(fù)原狀，保持原來的密封效果。
實(shí)際使用證明，新型重力自復(fù)位式防爆裝置的密封效果雖然比膜片式稍差，但在設(shè)計(jì)時(shí)采取適當(dāng)措施進(jìn)行處理，且收塵器是負(fù)壓工作，完全能滿足系統(tǒng)要求。為防止防爆門內(nèi)側(cè)含塵氣體結(jié)露，設(shè)計(jì)時(shí)在防爆門內(nèi)表面敷設(shè)保溫層。
（2）卸壓面積的確定
防爆裝置的卸壓面積計(jì)算，到目前為止，世界上還無理論計(jì)算公式，大多根據(jù)試驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來的。目前常用的計(jì)算方法有德國(guó)工業(yè)指南VDI3673的諾模圖；根據(jù)美國(guó)防火協(xié)會(huì)卸壓面積計(jì)算圖和易燃粉塵的通風(fēng)比（卸壓面積與設(shè)備容積之比），煤粉的通風(fēng)比一般為1：35(m2/m3)左右。根據(jù)以上經(jīng)驗(yàn)公式，確定脈沖噴吹型煤磨防爆袋收塵器的卸壓面積。
3. 收塵器清灰方式的研究
煤粉在收塵程中由于積塵速度快很容易造成堆積，從而形成事故隱患，大量煤塵積附在濾袋的表面，為了使位于收塵器不同位置的濾袋都能及時(shí)清理干凈，不但要適當(dāng)加大清灰動(dòng)能，而且要使清灰動(dòng)能均勻施加于每一條濾袋的不同部位上，以滿足工況的需要。
（1）清灰方式的選擇
袋式收塵器常用的清灰方式有：機(jī)械振打式清灰，反吹風(fēng)式清灰，氣箱脈沖式清灰，脈沖噴吹型清灰。
機(jī)械振打式清灰方式雖然濾袋運(yùn)動(dòng)幅度較大，但由于清灰動(dòng)能較低，容易導(dǎo)致清灰不，且濾袋損傷大，壽命短，目前已較少采用。反吹風(fēng)式清灰和氣箱脈沖式清灰方式，雖然各有特點(diǎn)，但由于都是整個(gè)袋室同時(shí)清灰，難免造成局部的濾袋或?yàn)V袋的局部的粉塵不能及時(shí)干凈，對(duì)處理一般粉塵來說，影響的只是使收塵器的阻力升高，而對(duì)于處理含煤粉的廢氣，就留下了煤粉因長(zhǎng)期在濾袋上滯留而自燃的隱患。
脈沖噴吹型煤磨防爆袋收塵器采用脈沖噴吹型清灰方式，利用壓縮空氣對(duì)每條濾袋分別清灰，清灰動(dòng)能高，清灰更。
（2）過濾風(fēng)速的確定
過濾風(fēng)速是指單位時(shí)間內(nèi)單位面積濾布上通過的氣體量。過濾風(fēng)速是袋收塵器的一個(gè)重要技術(shù)參數(shù)，過濾風(fēng)速的大小直接影響袋收塵器的設(shè)備投資，運(yùn)行費(fèi)用，使用效果等。
袋收塵器過濾風(fēng)速取決于濾袋材質(zhì)、處理含塵氣體性質(zhì)（粉塵顆粒大小、溫度、濕度、易燃易爆性、粉塵粘結(jié)特性等）和排放要求等。過濾風(fēng)速過大，阻力高，排放濃度高，濾袋壽命段。過濾風(fēng)速過小，除塵器體積大，設(shè)備投資高。
袋收塵器過濾風(fēng)速計(jì)算公式
V=k×Q/60F
式中
V---風(fēng)速 m/min
k---風(fēng)量波動(dòng)系數(shù)
F---面積 m2
Q---風(fēng)量 m3/h
脈沖噴吹型煤磨防爆袋收塵器選用抗靜電滌綸陣刺氈濾料，根據(jù)濾料行業(yè)推薦風(fēng)速為0.8~1.0 m/min。
（3）噴吹壓力的確定和噴吹管的研究
為使高壓空氣能有控制地進(jìn)入每條濾袋清灰，我們采取以高壓空氣包為主干，通過若干個(gè)支氣管到各排濾袋的布置方式。每個(gè)噴吹管上安裝一只脈沖閥控制進(jìn)入噴吹管的高壓空氣，每只脈沖閥控制一排濾袋的清灰。
當(dāng)濾袋的長(zhǎng)度及每排濾袋的數(shù)量確定后，噴嘴的孔徑是一個(gè)非常重要的參數(shù)。通過試驗(yàn)，也證實(shí)噴吹孔直徑的大小是影響噴吹力大小的關(guān)鍵，以6～8mm左右為宜，園型孔優(yōu)于其它形狀的孔，且隨著噴吹孔距脈沖閥的遠(yuǎn)近大小不等。脈沖閥的大小決定著每根噴吹管開孔的個(gè)數(shù)，要使一根噴吹管較多的濾袋，采用較大的脈沖閥。根據(jù)確定的收塵器處理風(fēng)量，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，我們采用G11/2""脈沖閥，每閥噴吹12條濾袋。對(duì)于處理風(fēng)量小于40000m3/h的收塵器，在確保清灰效果的前提下，將清灰壓力選定為0.3~0.5MPa。
（4）采用文丘里管技術(shù)產(chǎn)生二次誘導(dǎo)風(fēng)，提高清灰動(dòng)能。
實(shí)驗(yàn)證明，采用與不采用文丘里管誘導(dǎo)技術(shù)，清灰效果差別很大。采用文丘里管清灰更、濾袋更干凈；不采用文丘里管濾袋上尚有殘灰吸附在上面，尤其是濾袋的下部。
脈沖閥動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的聲波還可以使濾袋產(chǎn)生微振動(dòng)，起到輔助清灰作用。
脈沖清灰使用微機(jī)自動(dòng)裝置控制，根據(jù)粉塵濃度隨意調(diào)整清灰周期和脈噴時(shí)間，使收塵器保持在的阻力范圍內(nèi)運(yùn)行，又盡可能地降低壓縮空氣消耗量，并且減少收塵器內(nèi)部外界新鮮空氣的帶入量，降低了收塵器的燃爆危險(xiǎn)性。
4. 收塵器箱體結(jié)構(gòu)的研究
脈噴式防爆袋收塵器的機(jī)械結(jié)構(gòu)是否合理，不僅直接影響收塵效果，而且還影響設(shè)備的維護(hù)、安裝以及制造工藝。
（1） 箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
脈沖噴吹型煤磨防爆袋收塵器的箱體一般為矩形結(jié)構(gòu)，它與一般袋式收塵器的不同之處，主要是固定濾袋的多孔板在箱體的上半部，且收塵處于負(fù)壓運(yùn)行狀態(tài)，在濾袋內(nèi)裝設(shè)防止濾袋被負(fù)壓吸癟袋籠。
收塵器箱體承受壓力 F = S×P
式中
F—壓力KN
S—面積ｍ2
P—單位面積承受壓力Pa
根據(jù)設(shè)備承受壓力大小，確定箱體鋼板厚度及加強(qiáng)筋的布置形式和密度。設(shè)備承受壓力分為負(fù)壓和防爆變形壓力，負(fù)壓根據(jù)使用工藝確定，一般小于7500Pa，防爆變形壓力取限爆炸壓力12000Pa。
為了安裝及更換濾袋方便，濾袋的形狀設(shè)計(jì)成單筒圓形。要把濾袋安裝在箱體內(nèi)，首先要在箱體內(nèi)設(shè)置一塊多孔花板，即根據(jù)濾袋直徑的大小在一塊鋼板上開數(shù)個(gè)大小相同的孔?？字行木嘁埠苤v究，過小，造成收塵器內(nèi)部氣體嵌速度過高，易造成設(shè)備阻力大，不可避免濾袋之間的相互摩擦；過大，使設(shè)備體積增大，造成浪費(fèi)。多孔花板的結(jié)構(gòu)是確定收塵設(shè)備尺寸的關(guān)鍵。
另外，多孔花板既要承受系統(tǒng)負(fù)壓，又要承受濾袋及袋籠的重量，稍有變形可能影響袋口處的密封效果，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)多孔花板已做了加強(qiáng)處理。
（2） 灰斗的設(shè)計(jì)
為了防止煤粉內(nèi)部構(gòu)件上積灰，所有梁、分離板等均設(shè)置防塵板，而防塵板的角度均為70度以上，灰斗的溜角大于70度，同時(shí)為防止兩斗壁間夾角（谷角）太小而積灰，兩相鄰側(cè)板焊上溜料板，加大谷角，消除煤粉的沉積。在所有平臺(tái)、死角處加焊坡板，如下圖所示。
注：加焊坡板示意圖
另外考慮到由于操作不正常和含塵氣體濕度大時(shí)出現(xiàn)灰斗結(jié)露堵塞，在對(duì)收塵器殼體保溫的同時(shí)也要對(duì)收塵器灰斗進(jìn)行保溫。對(duì)高寒地區(qū)收塵器灰斗下部設(shè)計(jì)成雙層，并可在兩層之間加設(shè)電加熱裝置。
5. 控制系統(tǒng)的研制
脈沖噴吹型煤磨防爆袋收塵器控制系統(tǒng)是用于收塵器的噴吹清灰系統(tǒng)的自動(dòng)控制以及系統(tǒng)參數(shù)檢測(cè)報(bào)警。收塵器濾袋的定時(shí)噴吹清灰是由定時(shí)控制器對(duì)電磁脈沖閥定時(shí)順序控制來實(shí)現(xiàn)的，定時(shí)清灰可確保收塵器的阻力在較低的范圍內(nèi)。為了防止收塵器的內(nèi)部產(chǎn)生煤粉的自燃和爆炸，通過智能數(shù)控儀測(cè)量出收塵器入口、出口、灰斗的溫度，超溫時(shí)即可產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，又可輸出控制信號(hào)給相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu),從而確保了收塵器的安全運(yùn)行。
6. 濾袋設(shè)計(jì)
根據(jù)確定的清灰方式和箱體結(jié)構(gòu)，采用外濾式圓形濾袋。濾袋的長(zhǎng)度決定收塵器箱體的高度，考慮到運(yùn)輸因素，將濾袋長(zhǎng)度確定為2750mm，實(shí)驗(yàn)證明濾袋的長(zhǎng)徑比20時(shí)比較經(jīng)濟(jì)，因此我們將濾袋的規(guī)格確定為Ф130x2750mm，在袋收塵器內(nèi)部，由于煤粉隨空氣流動(dòng)，粉塵與濾布的沖擊摩擦等都能產(chǎn)生靜電。靜電的積累會(huì)產(chǎn)生火花從而引起燃燒和爆炸，我們采用BWF抗靜電濾料，同時(shí)對(duì)收塵器殼體進(jìn)行接地，確保接地電阻小于4Ω，消除靜電效應(yīng)。
四、實(shí)際應(yīng)用
重慶南桐礦務(wù)局特種水泥廠1999年8月26日投運(yùn)一臺(tái)MMC70-5脈沖噴吹型煤磨防爆袋收塵器，處量風(fēng)量為18000~22000 m3/h，入口濃度為55.40g/m3，收塵效率為99.99%，粉塵排放濃度為26.40 mg/Nm3，優(yōu)于我國(guó)排放標(biāo)準(zhǔn)，投運(yùn)后半年多即收回了投資，其經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。
1-煤磨 2-粗粉分離器 3-旋風(fēng)分離器 4-煤磨袋收塵器 5-排風(fēng)機(jī) 6-螺旋輸送機(jī) 7-煤粉倉