高溫除塵用金屬濾袋的設計要點

文 _ 謝敏 福建龍凈環保股份有限公司

國家發展改革委、環保部、國家能源局聯合下發的《煤電節能減排升級改造行動計劃(2014－2020)》要求，燃煤電廠的大氣污染物排放滿足超低排放。袋式除塵器具有過濾精度高、排放穩定、適用范圍廣等優點，特別是電袋復合除塵器，更是綜合了電除塵與袋除塵的優點，適用范圍更廣。但是，當前普遍使用的化纖濾袋是由PPS、PTFE纖維紡織制成，可承受環境溫度低于200℃，這限制了電袋復合除塵器、布袋除塵器在高溫煙氣工況的適用范圍。因此，目前很多廠家都在研制耐高溫濾袋，如金屬濾袋、陶瓷濾袋等。本文是結合金屬濾袋中試過程中出現的問題，在解決問題過程中取得的經驗，對金屬濾袋設計要點的小結。

金屬濾袋也稱為金屬纖維氈濾袋，是由純金屬纖維經過無紡鋪制后燒結而成，具有耐高溫、耐腐蝕、方便回收等優點。其過濾方式與現有化纖濾袋類似，如圖1所示。含塵氣體由外表面向內通過金屬濾袋，粉塵被攔截在濾袋的外表面，隨著粉塵厚度增加，濾袋內外壓差越來越大，再采用脈沖的方式清灰，在濾袋口吹入壓縮空氣使得粉塵剝離并落入灰斗，集中排出。

圖1 金屬濾袋表層過濾示意圖

1 金屬濾袋結構特點分析

在工程運用中金屬濾袋與化纖濾袋的主要區別有：

（1）濾袋不同于普通的長化纖濾袋，長化纖濾袋可以折疊，所以它與袋籠的連接安裝可以直接在現場進行，其對接是依靠每段袋籠的擴張成型，實現與袋籠連接。但是金屬濾袋是不可以折疊的，因此每一段濾袋都需要先在廠里整體焊接成型，再運往現場安裝,為方便運輸、安裝需采用分節設計。

（2）濾袋可以采用龍骨一體化設計，化纖濾袋需要在內部安裝獨立袋籠作為骨架。

（3）金屬濾袋無法像化纖濾袋那樣采用彈性卡箍通過張緊力與花板實現密封，金屬濾袋袋口多是采用法蘭式密封結構。

（4）金屬纖維燒結氈是剛性濾材，化纖是柔性濾材，因此金屬濾袋清灰機制與化纖濾袋不同。

2 金屬濾袋結構設計

金屬濾袋與化纖濾袋在工程運用中具有不同點，因此，金屬濾袋結構設計時需要注意以下幾方面問題。

2.1 分節連接結構設計

工程運用中為了降低設備占地面積、提高設備經濟性，一般采用長濾袋設計方式，通常濾袋長度均在8m以上，化纖濾袋采用折疊的方式裝入包裝箱；而金屬濾袋由于自身結構特點，無法折疊。因此，在金屬濾袋的結構設計中，將其分為頭段、中段、尾部，采用3段分開發貨，在安裝現場再將上述3段金屬濾袋組件進行拼裝，此步驟的重點是：①保證連接位置不泄露；②分節連接結構能方便現場安裝。

目前采用的有法蘭連接式和旋扣式對接結構。法蘭連接式是在分節處采用法蘭盤設計，加上密封墊，周圈分布若干個螺栓，通過鎖緊螺栓，來達到密封。該設計具有連接可靠的優點，但存在不足是安裝時需要鎖緊大量的螺栓，現場工作量偏大，若采用在法蘭背面開螺栓固定槽并配上棘輪扳手可大大提高安裝速度。

旋扣式對接結構是采用旋轉斜槽卡扣讓上節凸端壓緊密封墊，再用插銷固定防止上下節相互轉動，起到防松緊固效果（圖2）。該結構在設計與法蘭連接式最大的不同在于壓緊密封墊的預緊力是由安裝工人雙手帶動濾袋旋轉來提供，法蘭連接式則是靠鎖緊法蘭周邊螺栓來提供預緊力。該結構雖然省去了鎖緊螺栓的工作，達到加快安裝速度，減少現場工作量的目的，但人工旋轉產生的預緊力能否使密封墊達到設定的壓緊形變，需要進一步測試。

法蘭連接式經中試平臺使用檢驗，結果表明該連接方式可靠，無泄露現象。

圖2 旋扣式對接結構簡圖

2.2 龍骨可采用一體式集成設計

金屬纖維氈濾袋因為本身采用金屬結構具有良好的焊接性，設計時可將龍骨直接采用一體式集成，無需另外設計袋籠，該設計有利于減少運輸發貨體積，提高現場安裝效率。

2.3 袋口密封改進設計

金屬纖維氈濾袋由金屬纖維制成，柔韌性不足，因此無法像化纖濾袋那樣采用彈性卡箍通過張緊力與花板實現密封，金屬濾袋多是采用法蘭式密封結構。

中試過程中發現采用法蘭式密封結構的金屬濾袋袋口與花板連接處容易發生密封不嚴，導致泄露。

進一步分析導致密封不嚴的原因可能有：①花板或濾袋端部法蘭配合面平面度不夠，存在變形；②花板和金屬濾袋端部法蘭配合面粗超度與選用的墊片匹配不達標；③兩個配合面存在焊渣等雜質，影響密封。

針對上述問題的處理方法如下：

（1）提高花板設計剛度，轉變花板設計思路

化纖濾袋是通過在袋口設置彈性卡箍，靠張緊力使化纖和花板孔內表面緊密配合來實現密封，該結構嚴格控制的是花板孔內表面的加工圓度、粗超度，安裝時花板平面存在稍微輕量的變形仍然能密封，金屬濾袋是靠花板上表面和金屬濾袋法蘭背面緊密配合壓緊密封墊片來實現密封，對于花板我們應該嚴格保證的是上表面的平面度，而對于花板孔內表面的圓度和粗糙度要求并不高，舊形式的花板在安裝中很容易變形，因此采用金屬濾袋需要改進花板結構設計，可采用增加花板厚度、布置加強筋等辦法提高花板剛度。

（2）設計合適的表面粗糙度，與密封墊相匹配

正因為金屬濾袋是靠花板上表面和金屬濾袋法蘭背面緊密配合壓緊密封墊片來實現密封，設計花板上表面和金屬濾袋法蘭配合面的表面粗糙度是否與所選用的密封墊相匹配，就直接決定了密封是否可靠無泄漏。不同的密封墊對法蘭配合面粗糙度可見表1。

表1 不同密封墊法蘭密封面的表面粗糙度

（3）安裝時重點清潔密封面，不能存在顆粒雜質

工程安裝現場難免會有焊渣、砂石等各種顆粒雜質，設計圖紙上應標注特別提醒安裝時需要對密封面重點清潔，避免因為顆粒雜質影響了密封效果。

2.4 設置合適的脈沖清灰制度

壓力峰值和最大反向加速度是衡量清灰性能好壞的重要指標，脈沖噴吹瞬間由于噴吹裝置噴出的清灰氣流使濾壁產生的最大壓力值稱為壓力峰值；脈沖噴吹時由于噴吹氣流使濾袋膨脹，由于濾袋張力作用而產生最大反向加速度。壓力峰值和越大最大反向加速度越大，清灰效果越好。

在脈沖清灰時，由于金屬纖維燒結氈是剛性濾材，濾材本身不會有較大變形，所以除塵器使用一段時間后金屬濾袋阻力逐漸增高，現場可通過逐漸提高氣包壓力的方法使除塵器的阻力保持在設計值之內，此時應注意氣包壓力不是越大越好，因為清灰強度太大不僅增大壓縮空氣耗氣量，又會降低濾袋使用壽命，所以設計合適的脈沖清灰制度對金屬濾袋的正確運用具有重要作用。

3 小結

金屬濾袋具有比化纖濾袋更廣闊的適用工況范圍，例如燃煤電廠高溫無塵脫硝、垃圾焚燒、電爐煉鋼等高溫煙氣除塵行業領域，目前有技術人員在研發折疊式、可伸縮式等不同結構金屬濾袋，總結金屬濾袋使用經驗，對我國大氣環保工作具有積極意義。

[1]蘇娜,楊延安,左彩霞,陽清.金屬纖維氈濾袋在高溫煙氣除塵領域的優勢[J].中國環保產業,2016(02):35-36.

[2]婁可賓,羅英.有色冶金用袋式除塵器濾料技術進展及應用分析[J].暖通空調,2010,40(09):6-11,54.

[3]黃武振,黃雪鵬,李泱,童欣,黃煌輝,張翔.利用旋扣式結構實現長金屬濾袋對接[J].科技視界,2017(07):224+234.

[4]zaoyu2006,密封墊的選用[J].百度文庫，2014-11-20.

[5]易玉枚,李顯杰,廖可兵,姜文,于杰,禹璐.濾料脈沖噴吹清灰效果評價指標的試驗研究[J].中國安全科學學報,2014,24(07):135-139.

[6]孫鵬,孟文妍,白文峰,李天賜.除塵用金屬纖維燒結氈過濾性能研究[J].過濾與分離,2015,25(02):30-32.

[7]徐平安.脈噴袋除塵器清灰機理及技術分析[J].中國環保產業,2006(08):30-33.

[8]王沁淘,張明星,賴小林,陳海焱,錢云樓.高溫濾袋的有效清灰強度[J].環境工程學報,2015,9(03):1318-1322.