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工业防爆布袋除尘器设计要点
发布时间:2019-02-15 17:51

1前言

随着环保意识的加强,人们对企业向大气排放的污染气体的要求也越来越严,而布袋除尘器正是治理大气污染的高效除尘设备。布袋除尘器优点是运行稳定,应用范围广泛,除尘效率很高,粉尘排放浓度可达10mg/m³以下,正是因为布袋除尘器这些优点,已在众多企业中得到应用。但随着布袋除尘器普及,布袋除尘器粉尘爆炸事故也时有发生,因此布袋除尘器防爆设计势在必行,日趋严格。

含尘气体燃烧爆炸必须同时具备以下三个条件:①含尘气体浓度处于爆炸极限范围内;②氧含量大于13%;③存在引燃的火种或强烈的热源。

布袋除尘器应用于可燃粉尘场合,在设计时就要采取有效措施抑制上述三个条件的产生,也就是说降低系统对爆炸的敏感性能,减少爆炸的可能性。

2布袋除尘器系统设计

2.1箱体设计

防爆布袋除尘器箱体的耐压强度要比一般除尘器高,通常按10000~15000Pa设计。

布袋除尘器内作为除尘设备,使粉尘的浓度时刻低于爆炸下限,经济上不划算,也很难做到;但不让大量粉尘堆积是可以做到的。

可燃粉尘在堆积状态下,氧化速率超过散热速率就会产生自燃,如煤粉仓的堆积温度在60℃以下比较安全,超过120~150℃时即容易自燃,而且储量越大,存积时间越长,自燃的可能性越多。可见,消除积灰以防其自燃是布袋除尘器防爆设计考虑的第一问题。

为了防止可燃粉尘在除尘器内部构件上积灰,除尘器内部壁板应是平滑的,在除尘器壁板外部设计加筋。所有梁、分离板等均设置防尘板,而防尘板的角度均为70°以上,溜角大于70°。

除尘器箱体花板下的支撑槽钢、工字钢都应消除积灰,如图1所示。

2.2灰斗设计

为防止两斗壁间90°夹角积灰,两相邻侧板焊上溜料板,加大谷角,消除粉尘的沉积。另外考虑到由于操作不正常和含尘气体湿度大时出现灰斗结露堵塞,在对除尘器壳体保温的同时也要对除尘器灰斗进行保温。对高寒地区除尘器灰斗下部设计成双层结构,并可在两层之间加设电加热装置。

灰斗上加设加热器,必要时应对灰斗进行加热保温。振动器和料位计的作用是避免灰斗内部积灰以及了解灰斗内部情况。

卸料装置采用回转下料器,四棱锥形灰斗的卸灰方式主要有两种,即采用双翻板阀和回转下料器。对浓度高且有一定水分的煤粉,采用回转下料器较为可靠,因其动作连续,不易结料。

为了适应高浓度煤粉的特点,将叶轮改为浅斗型,避免煤粉的堆积;同时,减小叶轮与壳体的接触面,以减小对煤粉的挤压。改进后的回转下料器主要特点是:卸料量减少了约30%,减少了回转下料器内煤粉的压力;另外,浅型灰斗不易积料,尤其适应于有一定水分的煤粉。

2.3箱体密封性设计

布袋除尘器系统密封不好,漏风造成大量空气进入箱体或灰斗,也是导致粉尘自燃的主要原因。布袋除尘器箱体漏风主要来自检修门,灰斗漏风主要来自卸灰阀,解决这两个环节漏风极为重要。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。设计中应控制漏风率≤2%为宜。

此外对布袋除尘器壳体进行接地,确保接地电阻小于4Ω,以消除静电效应引起的灾难。

3泄压装置设计

抗爆就是将设备内可燃物质爆炸扑灭在初始阶段,从而避免过高爆炸压力的措施,一个成功的抑爆系统能够在爆炸压力1×10⁴Pa时动作,抑制后设备内大压力低于1×10⁴Pa。如果发生爆炸,泄压是保护布袋除尘器可靠和经济的手段。

3.1防爆泄压面积的计算

对于高浓度燃爆粉体的除尘设备,防爆通风面积过小不能满足要求,防爆太大亦没必要浪费。爆炸泄压以泄压面积与除尘器容积之比表示,一般在(1∶5)~(1∶50)范围内,视粉尘爆炸指数大小而定。燃煤粉尘的泄压面积与除尘设备容积之比一般取1∶35(m2/m³)左右。确定高浓度、防爆型布袋除尘器泄压面积。

3.2防爆泄压装置压力

设计中宜将泄爆压力设置为袋室设计压力的一半,即5~7.5kPa卸压,大不超过10kPa。即当布袋除尘器内部的压力达到此值时,防爆泄压装置及时打开并进行压力释放。

3.3防爆装置的设计

根据计算出的防爆通风面积将防爆装置设置在布袋除尘器的侧面,装置设计成有一定的倾角,目的是当防爆装置打开泄压后,装置靠其自身的重力自动复位,减少空气的进入。

此外,为了能够迅速泄压,必须要有足够大的空间,故应慎重考虑爆炸泄压口的位置。对室内布袋除尘器,常可用管道将排气口接至室外进行安全泄压。图2是应用焦粉除尘器的泄爆装置。

3.4泄爆装置

设置泄爆装置是保障煤磨除尘器及系统安全生产的重要措施。即设置有:可调式防爆安全阀、防爆膜片、重锤式安全阀以及弹簧式泄爆装置等。

3.5平台栏杆

泄压装置下部应设检修平台和栏杆,此平台只在检查泄爆装置时候用,平时用链条拦住,不允许自由通行。

4配套件选用

4.1防静电滤料选择

滤袋工作时与粉尘摩擦,极易产生并积聚静电荷,大量吸附粉尘,造成积灰。积灰可达015~2mm左右,在布袋表面形成较厚的粉尘,静电荷放电产生的电火花还有造成粉尘爆炸的危险。

目前,国内外有很多用以解决滤料静电吸附性的途径,归纳起来大致有两大类:

(1)使用改性涤纶。通过一定的化学处理,使涤纶改变它的疏水性,产生离子,将积聚的静电荷泄漏,使纤维及其织物具有耐久的抗静电性能。

抗静电机理为:在共纺丝过程中,经混炼形成的抗静电剂和涤纶(PET)混炼物均匀地分散,抗静电剂中的一组分子的微纤状态沿着纤维轴间分布,且因微纤之间有连结,便在纤维内形成由里向外的吸湿、导电通道,且易与另一组亲水性基团相结合,将积聚于纤维上的静电荷泄漏而达到抗静电的目的。

(2)纺入金属纤维。滤料用不锈钢纤维同化学纤维混纺合成的纱为原料。由于不锈钢纤维具有良好的导电性能与化学纤维混纺后具有永久的抗静电性能。

不锈钢金属纤维(4~20μm)具有良好的导电性能,且很容易和其他纤维进行混纺,它具有挠性好、机械性能、导电性能好、耐酸碱及其它化学腐蚀、耐高温等特点。

不锈钢金属纤维主要技术性能:

容重/g/cm³:7.96~8.02;

纤维束根数/根/束:10000~25000;

纤维束不匀率/%:≤3;

单纤维室温电阻/Ω/cm:220~50;

初始模量/kg/cm²:10000~11000;

断裂伸长率/%:0.8~1.8;

耐热熔点/℃:1400~1500。

防静电滤料性能见表1。

4.2防爆脉冲阀

脉冲布袋除尘器用在有燃爆场合,应选防爆脉冲阀。防爆脉冲阀有两类,一类是加强电磁阀的密封,提高防护绝缘等级。

一类是把电磁先导阀装在防爆电磁导阀组装盒上。脉冲阀与防爆电磁导阀组装盒用气管连通。前一类防爆型电磁脉冲阀有防爆型电磁先导阀,其防爆电磁头,应用了一种特殊的树脂。这种特殊的树脂把线圈内所有的金属导线均包含在其内部并牢固粘合,形成一体化结构。这种构造保证了线圈内的导线绝对不会接触到爆炸性环境,从而彻底杜绝了爆炸的可能性。这种先进的结构把传统的隔离线圈火花外溢的被动防爆升华到主动防爆。电源线也被胶接密封在电磁头内的接线柱上,防止两者松动时火花的产生,应用于对防爆等级有特殊要求的场合。

4.3灭火装置

(1)除尘器防燃、防爆应配有温度预警装置和自动灭火装置。当CO₂在空气中的浓度达30%~40%时,一般可燃物质的燃烧能窒息;40%~50%时能抑制汽油蒸汽以及其他气体的爆炸。对于粉尘而言,CO₂自动灭火装置有固定的CO₂供给源,通过与之相连的带喷嘴的固定管道,向被保护设备直接释放CO₂灭火剂。图3为水泥厂煤粉制备工艺所配备的CO₂自动灭火装置。

该装置的启动分为手动和自动两种。一般都使用手动式,当室内无人时,可以转换为自动式。当采用自动式时,探测器(感温和感烟探头)在探测到发生火灾后,即发出声响报警,并通过控制盘打开启动容器的瓶头阀,放出启动气体来打开选择阀和CO₂储存钢瓶的瓶头阀,从而放出CO₂灭火。当采用手动式时,则直接打开手动启动装置,按下按钮,接通电源,仍按以上程序放出CO₂灭火。从图3可以看出:粗粉分离以及细粉分离器、煤粉仓上都配置了防爆阀,一旦有险情,防爆阀先破裂,从而使设备和人身得到保护。

(2)防阴燃氮气保护装置。除尘器每个灰斗配置一套防阴燃氮气保护装置。防阴燃氮气保护装置由电阻温度计、控制系统、电磁阀、氮气喷吹管(1.5英寸)等组成。当灰斗内灰的温度超过120℃(控制温度为100~200℃可调,一般设定在120℃),则自动打开电磁阀喷氮气,喷氮气时间为0~30分可调,由PLC机控制,一般喷氮气10~20min,并同时报警。

4.4空气炮

灰斗防起拱空气炮应采用氮气气源,一般不用压缩空气作气源。

4.5报警装置

(1)超温报警系统。进口、出口和灰斗装有温度测量元件,当任一点温度超过限值(高、低随热风来源的不同而不同)时,中央控制室发出声、光警报,采取措施进行降温或紧急切断系统、停止运行。

(2)采用CO自动监测仪。当除尘器内部发生局部燃烧时,易于生成CO,从而成为爆炸事故的主要原因,所以控制系统CO含量成为控制爆炸事故的主要措施之一,设计中CO含量控制在≤300cm³/m³。

此外,操作人员能对设备进行安全操作,也是预防粉尘爆炸的关键,因此加强人员的管理很重要的。

①对操作人员进行理论常识的培训,是操作人员意识到粉尘爆炸危险性及如何有效地防尘防爆; 

②加强劳动纪律,在工作中时刻注意布袋除尘器运行情况; 

③绝对禁止在布袋除尘器工作时间对其进行电焊、气割等操作和明火进入除尘器。

5结束语

布袋除尘器的防燃防爆是非常重要的。在防爆布袋除尘器的设计中,箱体设计、防爆装置设计以及主要配套件的选择,每一个环节都要慎重、精心,切不可疏忽大意,以免出现除尘器事故,造成损失。

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