1、前言

冶金爐窯煙塵是一個重要的大氣污染源，袋式除塵器是冶金爐窯煙氣凈化中大量應用的設備。對于冶金爐窯煙塵治理技術，我國已探索多年，取得長足進步。但仍有許多爐窯除塵系統(tǒng)效果欠佳。主要表現(xiàn)在煙氣處理量遠遠低于設計值，煙塵不能排除，爐前操作環(huán)境惡劣，有的除塵系統(tǒng)幾乎不起作用。其原因，主要不在于煙塵捕集裝置，而多由于所用袋式除塵器的性能不適應爐窯煙塵的特性。

2、清灰方式的確定

(1)袋式除塵器的性能主要表現(xiàn)在過濾和清灰兩方面。以袋式除塵技術現(xiàn)有水平，使過濾效果達到和優(yōu)于環(huán)保標準不是難事，而將袋式除塵設備的阻力控制在預定限度內(nèi)，則相對較難?？v觀袋式除塵系統(tǒng)出現(xiàn)的運行效果差的問題，絕大多數(shù)都與清灰效果不好導致阻力上升有關，故“清灰”是關系到袋式除塵系統(tǒng)成敗的決定性因素。

(2)冶金爐窯煙塵多由化學途徑產(chǎn)生。煙塵顆粒微細、粘性強，從而給袋式除塵器的清灰?guī)砝щy。同時，爐窯煙塵形成的粉塵層質(zhì)地細密，在容塵量相同時，其設備阻力將顯著高于處理其它粉塵。以煉鋼電弧爐為例，粉塵顆粒絕大部分都在10um以下。在吹氧期，小于5um的塵粒幾乎占100％(表1)。它屬于強粘性粉塵，以拉伸斷裂法測定的拉斷應力>600Pa。其清灰的困難程度很高。

(3)近20年中，我國爐窯煙塵治理采用反吹風袋式除塵器居多。較普通的情況是設備阻力居高不下，低者約3000Pa，高者達4000～5000Pa。這種應用失敗的例子在中、小煉鋼電爐和新建的100～150t超高功率電爐工程中都屢見不鮮，在出鐵場、轉(zhuǎn)爐二次煙塵等治理系統(tǒng)也很普通。一些用戶為了勉強維持運行，不得不定期派人敲擊濾袋，以改善清灰效果。

上述情況的出現(xiàn)同反吹清灰的特點有關。大量研究證明，積附于濾袋表面的粉塵層不是被反向氣流“吹”掉的。要吹掉濾袋上的粉塵層，反向氣流的速度必須達到16m/s以上，而包括脈沖噴吹在內(nèi)的所有清灰方式都遠遠做不到這點。決定濾袋清灰效果的主要因素是清灰時濾袋所獲得的壓力峰值、壓力上升速度，以及袋壁獲得的反向加速度。反吹氣流穿過除塵濾袋壁時的速度只有0.5～1.0m/min，不可能將粉塵層“吹”掉。另一方面，反吹氣流在濾袋內(nèi)產(chǎn)生的壓力峰值很低，壓力上升速度很小，更不能令袋壁獲得有效的反向加速度。反吹清灰方式主要靠濾袋變形對粉塵的擠壓作用，這一清灰方式只能產(chǎn)生微弱的清灰強度。這一認識在稍后進行的菱形袋式除塵器清灰性能試驗中得到證實。

試驗在反吹風速2.0m/min(4倍于實際應用的反吹風速)條件下進行。濾袋各點的壓力峰值為55Pa，壓力上升速度0.86Pa/ms。而對于清灰起重要作用的反向加速度則為零。

由于除塵布袋形狀的原因，菱形扁袋的清灰強度低于圓袋。但據(jù)資料報導，反吹清灰獲得的反向加速度不超過3～5g(g=0.81ms2)。這樣弱的清灰強度，顯然難以去掉具有強粘性爐窯煙塵，其阻力過高的原因也就不難理解。

(4)對于冶金爐窯的煙塵治理，脈沖噴吹清灰是合理的選擇。

脈沖噴吹用壓縮空氣作氣源，以瞬間釋放的方式在濾袋內(nèi)產(chǎn)生很高的壓力峰值和壓力上升速度，從而使袋壁獲得很大的反向加速度。

在噴吹(氣源)壓力0.55MPa條件下，袋內(nèi)不同部位的平均壓力峰值可達1869～4252Pa，壓力上升速度達277～995Pa/ms，反向加速度達65～195g(g=0.81m/s2)。其清灰強度為反吹清灰的數(shù)十倍至上百倍。

在同一噴吹壓力下，測得MC型中心噴吹的袋壁反向加速度為15～43g(g=0.81m/s2)，雖然明顯小于環(huán)隙噴吹，但仍比反吹清灰高得多。

在實際應用中，脈沖袋式除塵器有著很好的事例。以較早采用長袋低壓脈沖袋式除塵器的攀鋼密地機修廠2臺5t煉鋼電爐為例，自1989年12月和1990年11月以來，一直運行正常，設備阻力平穩(wěn)，實際過濾風速比設計值1.55m/min提高1.33％～22.7％。由于系統(tǒng)通暢，冶煉時的煙塵可被捕集。鞍鋼10”和110高爐出鐵場，武鋼、馬鋼、鞍鋼多座轉(zhuǎn)爐的二次煙塵系統(tǒng)相繼采用長袋低壓脈沖袋式除塵器，都取得良好的清灰效果，從而保證了很高的煙塵捕集率。

3、噴吹裝置的確定

3.1“低壓脈沖”和“高壓脈沖”

(1)通常所稱的“低壓”或“高壓”，系指脈沖噴吹裝置要求的氣源壓力，這同清灰氣流在濾袋內(nèi)的壓力“低”或“高”完全是兩回事。

(2)存在一種誤解，“高壓脈沖清灰力量大，低壓脈沖清灰力量小”。持此觀點是由于不了解脈沖袋式除塵技術的發(fā)展過程。

傳統(tǒng)的脈沖噴吹裝置(國內(nèi)以MC型中心噴吹為代表)屬于“高壓脈沖”，要求氣源壓力0.65MPa。經(jīng)測試，此條件下2m長濾袋底部的壓力峰值為168Pa。鑒于MC型除塵器曾獲得廣泛應用，其清灰能力強的特點已被公認，可以確定。只要袋底壓力峰值達到此水平，在實際應用中便可獲得良好的清灰效果。CD系列長袋低壓脈沖袋式除塵器的開發(fā)便是以此清灰強度為標準而確定清灰氣源的壓力。壓力0.15MPa時，其6m長濾袋便獲得這種清灰強度。在其實際應用的噴吹壓力（0.2MPa）下，袋底壓力峰值為1940～2341Pa，比MC型0.7MPa時的清灰強度還要高。

由此可知，“低壓脈沖”是以保持甚至適當提高濾袋所獲清灰強度為前提，實現(xiàn)大幅度降低噴吹(氣源)壓力的目標。而其途徑，是用自身阻力低的直通式脈沖閥取代壓力消耗高達0.2～0.3MPa的直角式脈沖閥。同時盡量降低噴吹系統(tǒng)每一部件的阻力。并且使脈沖閥的啟閉變得更加快速。它所降低的是脈沖噴吹系統(tǒng)自身的消耗，由此而降低所需的氣源壓力，使能耗下降，適應性更強。清灰強度卻反而提高。因此，這是對“高壓脈沖”的一種進步。

(3)氣源壓力大幅度降低，而清灰強度不削弱甚至還得以增加，不是靠提高耗氣量來彌補。同MC型除塵器相比，CD型的耗氣量大致相同。

3.2脈沖閥的確定

對于脈沖閥的要求是自身結構簡單、對氣流的阻力小、開啟和關閉迅速、能以短的時間釋放大量的壓縮氣體。同時，要求氣源壓力低，從而使清灰能耗減少，這也是一項重要條件。從滿足以上要求出發(fā)，具有快速啟閉功能的直通式脈沖閥明顯優(yōu)于直角式脈沖閥。

3.3管式噴吹和箱式噴吹

(1)脈沖噴吹裝置有“管式”和“箱式”噴吹2種型式。

管式脈沖噴吹裝置是在每排濾袋上方設噴吹管，通過管上的噴嘴向濾袋內(nèi)輸送清灰氣流。噴嘴孔徑各不相同，可保證各條濾袋清灰強度均勻。

箱式脈沖噴吹裝置則不設噴吹管，清灰氣流噴入上箱體并使之增壓，進而將能量傳遞至濾袋以實現(xiàn)清灰。

(2)對箱式脈沖噴吹的試驗表明，其中各條濾袋的清灰強度存在較大差異。

試驗對象是一種帶有集中引射器的噴吹裝置，每排12條濾袋。當引射器出口距第一條濾袋中心線110mm時，首、末兩端濾袋的袋底壓力峰值之比為1：4.94～13.44。將引射器位置移向遠處，此種差距可以縮小。當其出口距第一條濾袋中心線470mm時，上述比值為1：1.93～2.20。即便如此，位置靠前的濾袋仍嫌清灰能力不足。

(3)實際應用的箱式噴吹袋式除塵器還存在以下不足，如壓氣耗量較大、濾袋長度受到限制、清灰效果對停風(離線)閥的氣密性依賴較大。

(4)箱式噴吹的優(yōu)點是換袋操作省去了拆、裝噴吹管的工序。

(5)綜上所述，在清灰效果、耗氣量、濾袋長度等長期起作用的因素方面，箱式噴吹存在著明顯的缺點。而其換袋操作更簡便的優(yōu)點，只在一年至數(shù)年才出現(xiàn)一次的換袋時體現(xiàn)出來。因此，采用管式噴吹更為合理。

冶金爐窯煙塵細而粘，只有采用強力清灰方式，才能將設備阻力這一關系到袋式除塵設備成敗的參數(shù)控制在預定限度內(nèi)。長袋低壓大型脈沖袋式除塵器實現(xiàn)了這一目標，在電爐、出鐵場和轉(zhuǎn)爐二次煙塵系統(tǒng)的應用效果都良好。

長袋低壓大型脈沖袋式除塵器在過濾、清灰、主要部件工況等方面都獲得良好結果，受到用戶和有關方面的好評。該設備過濾風速高、設備阻力低、清灰周期長、設備投資少、運行費用低。這種大型除塵系統(tǒng)的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益都相當顯著。