除尘器

炼胶车间除尘通风系统设计

作者:广州新瑞环保    来源:www.xinruiep.com    发布时间:2019-05-09 15:01:47

摘要:本文指出了一些橡胶厂通风除尘系统存在的问题,介绍通风除尘设计和使用中应注意的事项和除尘原理。特别指出风机和风罩的选用和设计对通风除尘效果的影响,并通过具体改造项目加以说明。

关键词:通风;除尘;风罩

1概述

在胶料混炼过程中,为了有效地控制炭黑粉尘和其它粉尘向室内扩散,避免污染作业环境,应在产生粉尘的设备上安装局部排风设备,通过除尘设备将粉尘过滤后排入大气。在有烟气、热气的地方也需安装通风罩,通过风机将其排出室外或烟囱,改善操作的作业环境,保护工人的身心健康。

在除尘、通风设计过程中,选择合适规格的除尘器和风机是除尘、通风能否达到设计要求的关键,同时决定投资的规模和今后使用、维修的费用。由于通风、除尘系统的效果好坏没有质的好坏,只有量上的区别,再加上测试手段的滞后,许多设计、使用单位对该项工作没有足够的认识,以及缺乏相关专业的技术人员,造成许多橡胶厂使用的通风、除尘系统存在一些缺陷和不足,造成除尘通风系统效果差和能量的浪费。这些缺陷归纳起来有:

A、风罩的设计、安装不合理;

B、风机风压和风量的选择与系统不匹配,多数用户虽采用风机功率很大,但通风、除尘效果远没有达到应有的要求,造成能量和投资的浪费;

C、风管直径和布置不合理;

D、除尘器和除尘风机不匹配;

E、除尘器的维护不及时,主要是脉冲阀、脉冲控制仪维修不及时,造成清灰不彻底,引起设备阻力增大,部分滤袋过滤风速增大,大大缩短滤袋的使用寿命。滤袋不能按其使用寿命进行更换,透气性能下降,风量下降,达不到应有的除尘效果。

由于通风、除尘设计计算非常复杂,往往经过计算后在实际使用中也存在某些支路风量达不到设计要求,故要求实际设计时在各支管上安装风量调节阀调节阻力改变支管流量。尽管设计计算比较繁琐,而且各个厂的实际情况差异较大,但有些设计参数和结构设计者应该了解,以便使设计、配置尽量合理。

炼胶车间除尘通风系统设计1.jpg

2除尘、通风离心风机类型和特点

离心通风机按其出口压力高低分为:低压离心通风机,通风机全压<981Pa:中压离心通风机,通风机全压介于981~2943Pa(包括2943);高压离心通风机,通风机全压介于2943~14715Pa;

按用途不同分为:一般通用离心风机,符号T,包括4-72型、4-72I型、4-79型;排尘离心通风机,符号C;防爆离心通风机,符号B;高温离心通风机,符号W等。一般橡胶厂选用的风机主要用于车间烟、汽的通风和除尘器的引风。工作温度不高,通风风机的烟、汽介质略有腐蚀性。考虑其价格问题,一般橡胶厂风机选用一般通风离心风机,型号4-72型、4-72I型、4-79均可。

必须注意,同一种类风机,在功率相同时,由于转速、机号不同,其全和流量相差很大。比如同为4-72风机,功率15KW,4-72No5风机转速2900rpm,全压3187~2019Pa,流量7728~15455m3/h;而4-72No10C风机,转速900rpm,全压1225~970Pa,流量25101-35134m3/h。由于全压不同,相同功率的风机其流量、外形尺寸相差很大。一般相同功率的风机,可以有几种机号的风机,转速越低,全压越小,流量越大,外形尺寸也大。

风机产品样本中给出每一种风机在不同全压下对于的流量值,即风机特性曲线(数值形式),选用风机时应根据工况进行选择。对于多数橡胶厂通风系统使用的风机,由于其风管阻力较小(一般小于10Pa/m),风管布置简单,长度较短,其风管阻力一般不会超过1000Pa,而通风要求有足够的风量,故要求选择低压风机,即转速低、风量大的风机。

对于布袋除尘器的引风机,除了风管阻力外,还必须考虑除尘设备的阻力。一般除尘设备阻力在600(新袋)一1500Pa.考虑到风管阻力和设计余量,要求布袋除尘器引风机全压值在1200~2000Pa.如果风机全压太低,当旧的滤袋或滤饼厚度较大时除尘器阻力大于风机全压,使风机丧失作用.但太高的风机全压也由于对滤袋的抽力太大,造成清灰不彻底,粉尘可能吸入滤袋纤维内部,使滤袋丧失过滤功能。同时由于系统阻力远小于风机全压,使风机长时间在低负荷状况下工作,耗能增加。

炼胶车间除尘通风系统设计2.jpg

3布袋除尘器

3.1除尘机理

布袋除尘器过滤过程实际分成两个阶段,首先是含尘气体通过清洁滤料,此时起过滤作用的主要是纤维,当滤料上捕集的粉尘不断增加时,一部分粉尘嵌入到滤料内部,一部分附着在其表面形成粉尘层,在此阶段中,含尘气体的过滤主要是依靠粉尘层进行的。此时粉尘层起着比滤料更为重要的作用,并使捕集效率显著提高。对于工业袋滤器,过滤过程主要是在第二阶段进行的。

由此可见,布袋除尘器的捕集效率高,主要是靠滤料上形成的粉尘层的作用。滤布则主要起着形成及支撑粉尘层的作用,而且清灰时应保留粉尘初层,过度清灰会引起效率显著下降,加快滤袋损伤。

3.2影响布袋除尘器性能的主要因素

3.2.1滤袋材料的透气性

滤布必须有合适的孔隙,允许空气能顺利通过而阻挡细小的粉尘进入滤布内部。因细小颗粒的粉尘一旦进入滤布内部,就无法将其清除,造成滤布透气性能大大下降,除尘阻力增大,滤袋无法再使用。这也是为什么除尘器滤袋纤维直径要求较细、滤布较“密实”的原因。虽然细纤维制成的滤布价格较高,刚开始使用时过滤阻力较大,但在整个使用期比较稳定,使用寿命长。当然现在有了防止粉尘进入滤布内部而透气性能又不降低的新型材料,比如在滤袋与粉尘接触表面涂或覆盖一层超薄氟化树脂微孔膜,惰性树脂是完全蔬水的,光滑的表面不但不会粘上粉尘,而且对含水率较高的粉尘也会大大降低由粘附产生糊袋现象。也有用专用滤袋处理粉剂喷涂滤袋表面,使之表面形成极薄的滤饼,从而孔隙度比较均匀、细小。对滤布表面进行压光或烧结等特殊工艺处理可以达到同样的目的。三防(防汕、防水、防静电)滤布在炭黑除尘行业得到广泛应用。

炼胶车间除尘通风系统设计3.jpg

3.2.2过滤速度

过滤速度是代表布袋除尘器处理气体能力的重要技术经济指标,同时滤速对捕集效率亦有显著影响。实验证明,过滤速度增大一倍,粉尘通过率可能增加2倍甚至4倍以上。刚清灰后由于滤料上的粉尘大部分被清除,致使捕集效率短期显著下降,随着积尘量的增加,效率不断增加,压降也增加,至清灰前效率最高。过滤速度高还会导致滤料上迅速形成粉尘层,引起清灰频繁。因此通常总是希望过滤速度选择得低一些。

除尘器的过滤风速和处理风量在参考除尘器样本时一定注意,样本中给出的过滤风速和处理风量是一般性粉尘(比如沙尘、煤灰等),由于这些粉尘粘性小,倾注密度大,颗粒尺寸大,清灰容易。过滤风速和风量较大,一般过滤风速可取2~4m/min。对于橡胶厂使用的炭黑,由于其粘性大,容易产生静电吸附,倾注密度小,细粉含量大,它的除尘、清灰比较困难,要求过滤风速较小。一般炭黑脉冲布袋除尘器气力输送用过滤风速0.8-1.1m/min,车间总除尘过滤风速<1.8m/min。振打、风机清灰过滤风速1m/min以下。

3.2.3清灰性能

通常滤料上沉积的粉尘负荷量为0.1-0.3Kg/m2,压降达1000~1500Pa时,即需要进行清灰,一般滤袋阻力达到250mmH2O(2500Pa)要求更换滤袋。

不同的清灰方式效果各不相同。一般机械清灰比逆气流清灰效果好,但滤布损坏较严重。对于粘性大,倾注密度小的粉尘,必须在清灰的时候停止风机的抽吸(停风机或关闭阀门),否则清灰不彻底甚至无法清灰。脉冲清灰是目前主要的清灰方式,是各种清灰方式中过滤速度最高的。脉冲分室反吹清灰可以防止粉尘的二次污染,清灰效果更好。但脉冲分室反吹清灰结构复杂,制造成本高,维修费用大。风机分室反吹清灰效果没有脉冲清灰效率高,要求其过滤风速要比脉冲清灰的过滤风速小。但由于结构简单,风机使用寿命一般远高于脉冲阀,对于大型除尘器(比如车间总除尘)采用风机分室反吹可以大大降低投资成本,维修费用也可降低。

对于新滤袋的车间总除尘器和新的密炼机或密炼机进行了大修,由于密炼机内部清洗汕、防锈汕较多,此时使用除尘器很容易造成糊袋现象,使滤袋彻底报废。为了安全起见,建议在调试或用户在密炼机工作前开启除尘和风机,人工在密炼机加料口加炭黑使其进入滤袋表面,在滤袋表面形成滤饼,防止汕、汽对新滤袋的直接接触引起糊袋。

炼胶车间除尘通风系统设计4.jpg

3.2.4工业喷吹压力

唢吹压力是指脉冲喷吹的压缩空气压力。喷吹压力越大,诱导的二次气流越多,所形成的反吹气速越大,清灰效果越好,袋滤器压降下降越明显。在布袋除尘器压降限定后,喷吹压力越高,处理能力越大。在喷吹间隔及喷吹时间不变的情况下,喷吹压力增加,允许入口含尘浓度可以相应提高。但喷吹压力过高,也会出现过度清灰现象,反而影响净化效率,即布袋除尘器出现瞬问“冒灰”现象。同时耗气量增加,浪费能源。由此可见,喷吹压力过低或过高都会影响过滤效果。

压缩空气的压力相当大的一部分消耗在克服喷吹系统本身的阻力上,其数值可达0.2MPa以上,其中脉冲阀的阻力占很大部分。近年来出现几种低阻脉冲阀,如直通脉冲阀和双膜片低脉冲阀等。由于其内阻降低很多,也使喷吹压力相应降低,喷吹压力最低可达0.2~0.3MPa。此外,加大气包及喷吹管直径,以喷嘴代替喷孔等均可降低喷吹压力。DMF-F直通脉冲阀属于低压脉冲阀,而DMF-Z角式脉冲阀为高压脉冲阀,它们本身的压力损失不同,要求喷吹压力也应不同。喷吹压力除了考虑脉冲阀阻力外,还应考虑滤袋长度,短滤袋采用低的喷吹压力,长滤袋喷吹压力要相应增大。对于滤袋长为2000mm、低压直通脉冲阀,喷吹压力一般不大于0.5MPa。布袋除尘器多数采用高压角式脉冲阀,喷吹压力可适当提高到0.6MPa。

3.2.5喷吹间隔

喷吹间隔的长短直接影响到袋滤器的压降。对采用定时控制的脉冲布袋除尘器,喷吹间隔由脉冲控制仪设定,定时喷吹。通过调整脉冲间隔,可使除尘器在压降基本保持稳定状态下运行。在不影响正常运行的条件下,应尽量延长脉冲间隔,这样不但可以减少压缩空气耗量,还可以减少脉冲阀膜外及滤袋的损坏,延长使用寿命。喷吹间隔还影响耗电量,喷吹间隔短,压缩空气耗量多。延长喷吹间隔,唢吹系统耗电量虽然少了,但由于除尘器压降增加过多,会增加引风机的耗电量。炭黑气力输送除尘器喷吹间隔一般在12~15s,车间总除尘喷吹间隔可以在20~30s。

3.2.6喷吹时间(脉冲宽度)

喷吹时间即脉冲阀开启喷吹的时间。一般喷吹时间越长,喷入滤袋内的压缩空气量也越多,清灰效果好。但喷吹时间增加到一定值后,对清灰效果的影响并不明显。喷吹时间的增加,除尘器压降下降很快,而喷吹时间达到一定值时,压降下降很少,但压缩空气量却成倍增加。因此想通过调节喷吹时间来降低除尘器的压降是有限的。一般喷吹时间在0.1~0.2s,通常取0.15s。



炼胶车间除尘通风系统设计5.jpg

4除尘风罩和风管的设计

车间总除尘、小料除尘以及车间通风均采用风罩收尘。罐上除尘和炭黑秤、密炼机后加料装置没有风罩,但储罐结构或风管与设备的连接形式对除尘器的负载影响很大,直接影响除尘器的使用寿命。储罐在粉尘进入除尘器前最好设置挡板,一方而使风速均匀,保护滤袋;同时使风速下降,由于颗粒碰撞作用,使部分粉尘在重量作用下进入罐内,除尘负载降低。炭黑秤、后加料装置与除尘风管相连接时,尽量在设备与风管之间有一个缓冲管或装置或者变径管,使进口风速下降,粉尘浓度下降。

风罩的设计在通风、除尘设计中占有极其重要的地位。可以说它设计的好坏直接影响除尘器过滤面积和风机的大小以及除尘效果。除了风罩位置非常关键外,风罩结构、大小对除尘风量和效果有显著影响。风罩设计除了考虑污染源面积(决定风罩大小)外,风罩断面风速是极其重要的参数。在风罩设计中,在参考通风除尘手册中介绍的结构和参数外,还必须考虑:

A、在影响操作和维修的情况下风罩应尽量靠近污染源,在考虑安装、维修条件下最好采用全封闭结构,可以大大减少除尘风量。如不允许采用全封闭结构,可以考虑加软挡边封闭结构。

B、风罩在不影响安装、维修的条件下尽量采用在罩口的中间固定挡风板,罩出口四周留通风口。这样可以大大减小风罩有效断面面积,提高风速或减小风量。在保证风速不变的前提下,面积减少的百分比等于风量减小的百分比。比如对于4500X1400的方形风罩,如加挡风板,四周留120mm间隙,通风量可以减小80%,从而可以使用较小的风机和除尘器达到基本相同的通风、除尘效果。

C、在解包机、密炼机投料口、小料投料口等部位由于存在塑料袋、纸袋或小的胶豆,如果风量太大,容易将塑料袋或纸袋吸入除尘器附在滤袋上,采用反吹清灰很难将其清除,大大影响除尘效果。如果进入排灰螺旋或旋转卸灰阀,这些杂物很可能缠绕在螺旋或卸灰阀叶片上,甚至挤入螺旋或卸灰阀间隙中,造成故障(用户时有发生),故要求在这些部位的风罩加钢板网,网孔直径在8~10mm左右。

D、风罩结构的设计在手册中有说明,在设计中可参考相关手册。当然,由于受安装条件的限制。风罩规格不一定完全按照标准设计,有时还必须考虑定期清除罩内积灰。但设计时尽量靠近标准。风罩断面风速一般取0.5-1.0m/s,风罩离污染源远取大值。如果风罩由于安装原因离污染源太远,可以将断面风速加大到2m/s左右。

炼胶车间除尘通风系统设计6.jpg

5典型举例

我们在2002年对某轮胎厂通风改造,改造项目和效果如下:

(1)270L密炼机通风系统

A、1台270L密炼机的胶片冷却系统挂胶部分,已安装有全封闭的除尘罩,采用2台30KW风机通风。全风压1395~1104Pa,流量38556~53966m3/h。风罩为胶片冷却装置顶部全封闭罩,计算风罩断面风速1.69m/s,远大于1ms的最高要求。从现场实际效果也可以感觉到风量太大。同时风机全压比较大,造成风机无用功率较大。

改进措施和效果:考虑到用户投资和现场情况,与用户协商,将该风机同时用于胶片运输带风罩的通风。考虑到原运输带风罩安装高度太高,结构不合理,基本无通风效果。重新制作带挡风板和软挡边风罩。经改造后两风罩平均有效断面风速:1.53m/s,两风罩的通风效果均很好,同时从隔离剂装置出来的烟气也由运输带风罩抽除。从计算来看,风机风量仍很大。考虑到风机使用的期限,风量有所下降。原风管除了改造部分维持原设计。

B、原有挤出压片出口风罩安装太高,结构不合理。它们与胶片运输带共用一台11KW风机,全压1511~947Pa,风量12980~24918m3/h,两个风罩基本无通风效果。

改进措施和效果:将胶片运输带风罩由原两台30KW风机负责后,重新制作带挡风板和软挡边风罩,仍采用原11KW风机负责一个风罩,经改造后风罩平均有效断面风速:1.44m/s。改造效果很好。

炼胶车间除尘通风系统设计7.jpg

(2)370L密炼机通风系统

A、2台370L密炼机的胶片冷却系统挂胶部分,没有安装有全封闭的除尘罩,采用主风管开若干风口通风。每台采用2台15KW风机通风。全风压3187~2019Pa,流量7728~15455m3/h。原配风机全压太高,在相同风机功率的条件下,风量小(这也是许多用户通风系统常犯的错误)。实际风管阻力不会超过1000Pa,再加上无封闭的风罩,基本无通风效果。

改进措施和效果:将原有2台15KW中压风机换成2台15KW低压风机,型号4-72No10C。转速900rpm,全压1225~970Pa,风量25101-35134m3/h。增加胶片冷却装置挂胶部分的全封闭罩,风罩口断面风速1.08m/s改造后效果很好。

B、2台370L密炼机挤出压片出口风罩和胶片运输带风罩安装位置太高,结构不合理。隔离剂装置风罩安装位置可以。每台密炼机的三个风罩采用一台55KW风机。转速1450rpm,全压3202~2532Pa,流量40441-56605m3/h。由于风管压力损失很小,管路系统又不太复杂,故原风机采用中压风机太保守,存在很大的资源浪费,而且挤出压片出口、隔离剂装置和胶片运输带的三个风罩吸风效果很差。风罩高度和设计明显存在缺陷。

改进措施和效果:将原有55KW高压风机换成15KW低压风机,型号4-72No10C,转速900rpm,全1225~970Pa,风量25101~35134m3/h。最新制作挤出压片出口风罩和胶片运输风罩,风罩均带挡风板和软挡边。三个罩口平均风速:1.83m/s。改造后效果很好。

有关更多炼胶车间除尘通风系统设计,或采购布袋除尘器,请联系工业除尘器厂家广州新瑞环保13322814846。