焚烧炉布袋除尘器的改进设计

唐 婷 张剑鸿 唐莉莉 向柏霖

(怀化学院化学与材料工程学院 湖南 怀化 418008)

1 前言

城市生活垃圾焚烧法具有最大限度的减量化、无害化、资源化等优势,在我国城市中的应用日益递增,并逐渐成为优先推荐的生活垃圾处理方式,同时由于垃圾焚烧技术兴起所带来的焚烧残留物的分量也逐渐增大,焚烧后产生的灰渣约占垃圾焚烧量的20%～30 %[1]。根据中统局公开的数据,2021年我国日常生活废弃物烧毁、净化的质量高达18019.67万吨,比2020年增加了23.4%。而垃圾焚烧的残留物根据在垃圾焚烧系统中收集的位置不同分为底灰与飞灰,其中底灰主要是垃圾经焚烧之后在炉床上收集到的残留物;飞灰主要是在垃圾焚烧炉中烟气净化系统中收集到的细颗粒粉末物质,约占垃圾焚烧残留物总量的10%～20%,同时焚烧飞灰中含有可浸出重金属以及二噁英类等难以自然降解的有毒物质,属于危险废物[2]。

针对焚烧炉产生的尾气中所含粉尘的通行解决设备大致分为旋风,喷雾,自然沉降等[3],其中旋风的整体过滤效果较差,烟气中一些质地较轻的粉尘还是会随着排出,喷雾主要是通过向密闭容器中喷洒水雾,提高烟气中粉尘重量来实现除尘的目的的,自然沉降虽然整体的除尘效果较佳,但是整体除尘的效率较慢。布袋式除尘是控制工业烟气细颗粒物和实现超低排放的主流技术,应用极为广泛,在工业领域众多除尘装备中的应用比例分别是: 钢铁行业 95%、水泥行业 90%、铝行业 90%、电力行业 30%、垃圾焚烧100%等[4]。当前,我国袋式除尘单台套最大处理能力已达 500 万 m3/h,出口颗粒物排放质量浓度小于10 mg /m3已成常态化,成为我国工业烟气细颗粒物 PM 2.5控制的主流除尘装备。

布袋除尘设备的除尘效果和效率都很高,但作为过滤的布袋具有1)需要定期更换2)焚烧炉尾气的温度较高,可能会引燃布袋3)易被吹风清扫而脱落4)产生板结磨损而穿孔等缺点[5-8]。因此改进布袋除尘设备既保证除尘效率,又减少布袋更换频率,成为减少垃圾焚烧飞灰的关键技术之一。

2 改进设计

布袋除尘器常见的两个结构特点及其造成的问题有:

(1)滤袋位置固定。会导致粉尘沾水附着在滤袋上后,粉尘会堵塞布袋上的每一个过滤孔隙,导致过滤效率急速下降。

(2)滤袋纵向安装的模式无法充分提高喷雾管与布袋的相对接触面积,会造成部分水资源浪费。

根据以上两个比较常见的布袋除尘器结构特点及所造成问题,提出了以下几点改进思路:

(1)布袋笼可以增加一个能使得布袋笼旋转的装置和一些毛刷,布袋笼通过转动增加了转向力,可以将沾水的粉尘甩离布袋笼,而毛刷可以将无法甩离的沾水粉尘刷落。

(2)布袋笼可以被设计成横向安装结构,还可以增加调节器,它可以调节布袋笼横向位置,可以充分利用水资源。

(3)布袋笼可以增加一个弧形装置来提高水资源利用率。

利用上述改进思路,我们对布袋除尘器改进后的结构设计图如图1所示。

1为密闭的净化箱、2为密闭的除尘室、3为轴管、4为转轴、5为喷雾管、6为第一笼板、7为第二笼板、8为笼筋、9为电机、10为驱动轴、11为驱动齿轮、12为从动齿轮、13为定位套、14为出气管、15为换位驱动座、16为波浪纹、17为支架、18为弧形板、19为轴头、20为弧形穹顶、21为喷雾嘴、22为进气管、23为排污管、24为第一套管、25为第二套管、26为支架板

如图1所示,布袋除尘器改进后总结构含有26个部件,分为动力区间、工作区间、调节区间三个部分。

2.1 动力区间结构及作用

图 1 布袋除尘器改进后结构设计总示意图

图2 动力区间结构示意图

图2是动力区间结构示意图。主要包含了3轴管、9电机、10驱动轴、11驱动齿轮、12从动齿轮、13定位套、14出气管、24第一套管、25第二套管等部件。其中,电机9为整套装置提供动力;驱动轴10、驱动齿轮11、从动齿轮12起到传动的作用;支架板26、定位套13起到固定和支撑作用;14起到运输气体作用。

动力区间结构功能说明:

该电机9的动力输出轴端穿过除尘室2与驱动轴10对接,该驱动轴10的端部与设置在除尘室2内的支架板26间隙滑动配合,支架板26固定安装在除尘室2内,驱动轴10上安装有驱动齿轮11,该主动齿轮11的一侧设置有与其啮合配合的从动齿轮12,轴管3 的端部通过键槽配合的方式依次穿过与其轴向间隙滑动配合的从动齿轮12和定位套13并延伸出除尘室2,定位套13与除尘室2转动连接配合,所述净化箱1内设置有出气管14,该出气管14的一端可以贴合轴管3的内壁间隙滑动配合,该出气管14的一端延伸出净化箱1。

2.2 工作区间结构及作用

图3 工作区间结构、总体结构示意图

图3是工作区间结构示意图。各个部分作用:

转轴4、第一笼板6、第二笼板7、笼筋8、支架板26起到支撑固定作用;弧形穹顶20,喷雾管5能提高水资源的利用率;进气管22起到运输气体的作用;排污管23起到排污作用;第一套管24、第二套管25起到固定和支撑作用。

结构功能说明:

除尘室2内的顶部设置有一个与布袋笼同心的弧形穹顶20,该弧形穹顶20的内圆面处安装有数排沿其长度方向布置的毛刷21,该毛刷21的刷毛端直接抵在滤袋的外圆面上,所述的喷雾管5位于弧形穹顶20内,该喷雾管5沿弧形穹顶20的长度方向布置,喷雾管5上安装有若干个等距排列的喷雾嘴21。

布袋笼包含相互对称设置的第一笼板6与第二笼板7,所述第一笼板6与第二笼板7之间通过若干个周向布置的笼筋8连接固定成一个圆柱形结构,所述的布袋笼上设置有有一层包裹在笼筋8上的滤袋,所述第一笼板6上固定安装有与布袋笼内部相通的轴管3,所述的第二笼板7上固定安装有转轴4。

净化箱1上安装有进气管22,该进气管22的一端穿过净化箱1延伸至除尘室2内;在净化箱1上安装有排污管23,该排污管23的一端穿过净化箱1延伸至除尘室2内的底部。从动齿轮12两端的端面处分别通过转盘轴承与第一套管24和第二套管25对接,所述第一套管24的端部固定安装在除尘室2的内壁上,所述第二套管25的端部固定安装在支架板26上。

2.3 调节区间结构及作用

图4为调节区间结构示意图。各个部件作用:

支架17起到支撑作用;弧形板18、波浪纹16起到调节布笼袋横向移动。

结构说明:

转轴4的一端穿过与其转动连接配合的除尘室2与换位驱动座15固定连接,该换位驱动座15整体为一个圆柱形结构,换位驱动座15的外圆面处铣削出一道首尾贯通的波浪纹16,所述除尘室2的外壁上安装有一个安装支架17,该安装支架17上安装有一个可以贴合换位驱动座15外圆面处的弧形板18,所述弧形板18的内侧面处旋接固定有一个可以与波浪纹16间隙滑动配合的轴头19。

图4 调节区间结构示意图

2.4 喷雾管结构改进及功能

图5是喷雾管特色改进结构示意图。其中,5是喷雾管,17是支架、18是弧形板、19是轴头、20是弧形穹顶、21是喷雾嘴。

喷雾管5将水雾化,以提高水滴与布笼袋的接触面积,从而提高水资源的利用率;弧形穹顶20可以将雾化的水滴集中在一个区域内,以防造成浪费,从而提高水资源利用率;弧形穹顶20、毛刷21可以最大程度上刷洗布笼袋的污渍。

支架17上安装有一个可以贴合换位驱动座15外圆面处的弧形板18,所述弧形板18的内侧面处旋接固定有一个可以与波浪纹16间隙滑动配合的轴头19。

3 改进后布袋除尘器的工作原理

对常见布袋除尘器进行结构改进后,其工作原理也发生改变:首先将进气管22通过软管与焚烧炉的排气口对接,将出气管14的端部通过软管与下一级的过滤设备中的抽真空设备对接,将排污管23的端部通过水管与集污池对接,进入到除尘室2的含尘烟气,由于净化箱1和除尘室2为全封闭的结构,烟气只能经过布袋笼上滤袋的过滤,并最终经过轴管3和出气管14排出。

启动电机9带动驱动轴10和驱动齿轮11转动,在驱动齿轮11的过程中带动从动齿轮12转动,从动齿轮12在转动的过程中由于从动齿轮12与轴管3之间是通过键槽方式配合的,因此可以通过轴管3带动定位套13和布袋笼以及换位驱动座15转动,换位驱动座15在转动的过程中利用轴头19与波浪纹16间隙滑动配合的方式带动布袋笼在转动的过程中来回运动,结合喷雾管5的同时喷雾结合毛刷21,能够实现对布袋笼上布袋的全方位无死角的清洗,大大的降低了布袋的更换频率,同时整个布袋都处于最佳的过滤效率。

4 结论

本文改进设计了一种高效环保焚烧炉尾气净化处理装置,它包含密闭的净化箱、除尘室、圆柱形布袋笼,利用驱动器在转动布袋笼的同时轴动,并利用布袋笼的正上方的喷雾管和毛刷对布袋的不间断的轴向和周向的刷洗,提高了整个布袋的过滤效率,降低了布袋的更换频次,最关键的是能够有效的杜绝了布袋的燃烧。