防爆除尘器的设计与选用研究

韩飞跃，史亚臣

（1.清华大学 天津高端装备研究院，天津 300304；2.中信国安化工有限公司，山东 菏泽 274500）

0 引言

随着社会的不断进步，企业细分领域越来越多和规模越来越大，国家对环境的要求也越来越高，对除尘设备的设计和选用也越来越严格，特别是对于易燃易爆的粉尘选用除尘器时更加严格，需要保证易燃易爆粉尘在输送和收集过程中安全可靠，排放的气体符合国家标准，从而保证员工的人身健康和企业安全生产。用于过滤一般粉尘的除尘器在工业中已得到广泛应用，在设计和选用方面都比较成熟，但是对于处理易燃易爆粉尘的除尘器在设计和选用方面的认知相对比较少。防爆除尘器分为干式防爆和湿式防爆，本文主要研究分析两种防爆除尘器在设计和选用方面的差异。

1 防爆除尘器常用机械结构和应用特点

防爆除尘器可分干式防爆除尘器和湿式防爆除尘器，两者的明显区别就是过滤材质不一样，干式防爆除尘器过滤材质采用防静电滤布做成的滤袋，内部是用钢丝制成的骨架做支撑，采用负压式结构对粉尘进行捕集，其基本结构如图1所示。湿式防爆除尘器的过滤介质主要是工业用水，是通过分散洗涤液体或分散含尘气流而生成的液滴、液膜或气泡，使含尘气体中的尘粒得以分离捕集[1]，其基本结构如图2所示。

图1 袋式防爆除尘器结构示意图

图2 湿式防爆除尘器结构示意图

1.1 抽尘口与补风口

除尘器一般会对多台工艺设备进行粉尘清理，由于设备摆放位置不同，从设备到除尘器的除尘管道长短也不一样，使各个抽尘口处的吸力相差很大，所以要在每个抽尘口处安装调风阀，普通除尘器调整调风阀的旋钮使管道的风速和风压相对均衡，满足使用即可，但防爆除尘器对管道的设计风速有严格要求，例如：铝镁制品抛光、打磨加工的除尘器进风管，其设计风速按照风管内的粉尘浓度不大于爆炸下限的25%计算，且不小于23 m/s[2]，以防止粉尘堆积在管道中。在工艺设备所需风量不需要达到设计的额定风量时就需要将调风阀关闭一定角度，进风口变小就会影响到除尘分支管道和主管道的风速要求，产生安全隐患。为解决风速问题，特意在靠近抽尘口端部增加补风口，当抽尘口的调风阀关小后补风阀的调风阀增大，保证管道内风速不低于指定值，为方便检测分支管道内的风速，需要在分支管道上设计风速检测口，同时主管道上也要安装有风速传感器，时刻检测管道内的风速并反馈至控制系统。

1.2 隔爆阀和泄爆装置

在普通的除尘器发生爆炸后，不仅使除尘器本身损坏严重甚至报废，而且还会影响周边环境的安全，严重时火焰还会沿着管道到达车间并发生二次爆炸，造成厂房损坏和人员伤亡。为阻止除尘器爆炸，在设计除尘器时在除尘器本体和管道上安装隔爆阀和泄爆装置降低风险，不同类型的除尘器安装隔爆阀和泄爆装置的位置也不一样。袋式防爆除尘器是把泄爆装置安装在除尘器的侧面或顶部,隔爆阀安装在主管道上，当爆炸发生时在冲击波的作用下将隔爆阀关闭，除尘器内部爆炸压力继续上升，当达到泄爆装置的泄爆压力点后泄爆片打开，火焰从泄爆口喷出。由于结构原因湿式防爆除尘器是把泄爆装置和隔爆阀都安装在主管道上，泄爆装置靠近除尘器主体，隔爆阀和泄爆装置一般组合使用。

1.3 检测装置

为预防发生爆炸，经常在除尘器上安装多种检测仪器，例如温度检测仪、气压检测仪、风速检测仪、压差检测仪、可燃气体检测仪等。温度检测仪主要监测灰斗和袋式除尘器中温度[3]，当温度＞70 ℃时除尘器发出报警信号[2]；气压检测主要用于袋式除尘器的脉冲装置的气压检测，当气压低于设定值时不能有效地反吹滤袋上的粉尘，容易使滤袋堵塞，高于最大设定值时又会降低滤袋的寿命；风速检测仪用于检测管道内的风速，风速过低时粉尘容易在管道内堆积；压差检测仪主要用于对袋式除尘器的滤袋里外两侧的压差检测，当压差大于设定值时滤袋有可能堵塞，当压差低于设定值时滤袋有可能破损；可燃气体检测仪主要用于湿式除尘器检测易燃易爆的粉尘经过水净化后产生的可燃气体浓度。

1.4 卸灰装置

每套除尘器都会配备卸灰装置，产生粉尘量少的除尘器可采用手动卸灰装置，产生粉尘量多的除尘器可采用自动卸灰装置，为袋式除尘器选用行星卸灰阀时需注意阀芯叶片的数量，保证在任意叶片角度时行星卸灰阀具有良好密封性，或者采用双层气动卸灰阀[4]。密封性不好时，由于漏风大量空气中的富氧离子与储存环境温度较高的粉尘接触极易引发自燃。因此应加强密封，减少漏风，防止因漏风形成粉尘氧化自燃[5]。

2 袋式与湿式防爆除尘器在设计上的差异

袋式与湿式防爆除尘器在设计上不仅过滤材质不同，在过滤材质的清洁方面、除尘器主体保温方面、废气排放方面等也有很大的差异。

2.1 过滤材质的清洁方面

袋式防爆除尘器对滤袋采用的清洁措施是脉冲装置，清灰时脉冲控制仪控制脉冲阀的启闭，当脉冲阀开启时气包内的压缩空气通过脉冲装置上的小孔向滤袋口喷射一股高速高压的引射气流，使滤袋内出现瞬间正压，急剧膨胀，沉积在滤袋外侧的粉尘脱落，掉入灰斗[1]。湿式除尘器对污水的清洁措施是采用循环压滤系统，当压滤系统开启后由排污泵将除尘器内的污水排入到压滤机内，污水经过压滤机过滤后再由水泵排入除尘器，污水可循环使用，粉尘经过压滤机压滤后形成粉尘饼。

2.2 除尘器主体保温方面

为防止除尘器结露、结冰及烫伤现象发生，需要在除尘器外侧或者主要管道处做保温处理，当除尘设备和管道温度≥50 ℃时，除尘器就需要采用隔热措施，一般是在外侧安装一层或多层岩棉，岩棉的厚度随处理的粉尘与环境温度的不同而不同；当除尘设备和管道的温度比较低时岩棉层仍然可以作为保温材料使用，当设备和管道内温度过低容易结冰影响正常使用，尤其是湿式除尘器，就需要对除尘器做伴热处理，除尘工程伴热通常有蒸汽伴热、热水伴热、电伴热3种类型，防爆场合必须选用防爆型电伴热带[1]。

2.3 废气排放方面

有的粉尘与水接触时间长了会发生一定化学反应并产生废气，给开门维护人员带来一定风险，所以在湿式除尘器顶部预留一个废气排放口和盖板，排放口向下倾斜一定角度，当除尘器正常运行时废气排放口盖板被吸住，停止运行时盖板靠重力自然下垂打开以保证废气及时排出。袋式除尘器在维护前也需要将全部检修门打开，通风一定时间后再进入维护。

3 防爆除尘器的选用

防爆除尘器的选用主要是从粉尘性质和经济性两方面考虑，易燃易爆粉尘种类有农业产品粉尘、炭质粉尘、化学粉尘、塑料粉尘等，每个种类的粉尘又包含了多种性质不同的粉尘，不同性质、不同中径的粉尘颗粒的爆炸下限浓度、爆炸最大压力、爆炸指数和危险等级都不一样，所以需要根据粉尘的颗粒中径和性质经过严格计算来选用隔爆阀型号和泄爆装置大小与数量。从经济上考虑，优选湿式防爆除尘器，但是湿式除尘器只适用于具有亲水性且不易与水发生化学反应的粉尘，例如铝粉、铁粉、尼龙粉尘及高温或高湿的粉尘等；袋式防爆除尘器应用就比较广泛了，除了高温或高湿的粉尘外，其他大部分粉尘过滤和收集都可以应用，例如木粉、铝粉、淀粉等粉尘。需要注意的是，不同种类的可燃性粉尘不得合用同一除尘器[6]。根据粉尘性质，在使用袋式防爆除尘器时可在除尘主管道上添加惰性粉尘或者气体以降低除尘器内部易燃易爆粉尘的浓度。也可以根据粉尘特性对除尘器功能进行扩展，例如木屑粉尘，木屑粉尘可以回收后再利用，为了方便木屑粉尘的收集可将袋式除尘器底部加高加大，储存到一定体积后再将粉尘集中回收。实际使用中还有其它防爆措施，例如抑爆装置、火星探测器、自动喷淋灭火装置等，根据粉尘性质、安装位置、实际应用特性合理选用防爆措施，达到安全可靠的目的。

4 结语

随着人们对易燃易爆粉尘的了解不断提高，可采取的检测和抑爆措施越来越先进，防爆除尘器的设计和使用会越来越安全。近几年随着我国工业自动化的快速发展，不断有新材料的产生，对工业除尘设备也提出了新的要求，智能化和自动化要求会越来越高，因此总结上述结构以供参考使用，希望能有助于做强我国的装备制造业。