袋式除塵器噴吹管的改進

何雪輝， 邱太鈺， 顧璽

（江西中煙工業有限責任公司 贛州卷煙廠，江西贛州341000）

0 引言

脈沖噴吹型袋式除塵器是煙草行業常用的一種用于分離粉塵的設備，含塵氣流經進氣口進入中箱體，大顆粒粉塵因重力作用掉落，小顆粒粉塵經濾袋捕集被攔截過濾，過濾后的潔凈氣體通過凈氣室排出。粉塵則在濾袋外表面聚集，粉塵積聚量的增加會使得系統阻力增大，處理風量下降，降低過濾效率，因此必須在一定時間內進行清灰處理，將粉塵層從濾袋表面剝離，清灰過程即濾料再生過程。除塵器工作過程以過濾為主、清灰為輔，清灰是過濾的再生要求，二者按照一定的設計周期不斷交替循環構成了袋式除塵器的工作過程[1]。

除塵器的清灰過程就是當濾袋的阻力隨之升高到一定程度時，壓差控制器發出指令，脈沖閥順序動作，壓縮空氣從各噴吹管（如圖1）上的孔噴出，對各濾袋順序噴吹，使濾袋迅速膨脹、抖動，粉塵隨之脫落，從而使除塵器的阻力保持在較低的水平，除塵器可長期連續運行[2]。在除塵器的運行過程中，發現各除塵器頻繁出現壓差超過0.7 kPa的情況，并且經過多次更換同規格濾袋，大概半個月左右后壓差又出現偏高的情況。

圖1 噴吹管結構示意圖

針對除塵器壓差持續偏高的問題，通過分析確定產生原因為噴吹管破裂，對其進行結構改進，并對改進效果進行驗證。

1 原因分析

根據參考文獻[3]，袋式除塵器的清灰系統失效的原因主要為結構缺陷和參數設置不合理，因此針對這兩方面進行原因查找。

1.1 除塵器系統參數影響分析

袋式脈沖除塵器的主要參數為脈沖壓力、脈沖間隔和脈沖寬度[4]，除塵器的脈沖間隔主要通過除塵器壓差和壓差儀設定值的對比來實現，因此通過分析增大脈沖壓力設定值、壓差值和噴吹時長后除塵器運行狀況，分析系統參數對除塵器壓差穩定的影響[5-6]。

在對參數分別進行單項和多項調整后，除塵器穩定運行的時長如圖2所示。

由圖2可知，在對除塵器的參數調整后，除塵器的穩定運行時間相對加長，多個參數相對于單個參數時長增加幅度增大，但是3個參數均增加時，時長增幅降低，且壓縮空氣的使用量隨著參數調整逐漸增大。綜上所述，參數調整雖然可以增加正常運行時長，但是造成壓縮空氣大量浪費。

1.2 結構缺陷分析

1.2.1 結構和工藝分析

為進一步確定結構方面是否存在破損，現場對除塵器的各結構進行排查，排查發現除塵器大部分噴吹管產生了不同程度破損（如圖3），而且所有噴吹管的破損部位都位于上端的扁平安裝處。

圖3 噴吹管破損情況

在破損的噴吹管入氣口通入壓縮空氣，發現由于噴吹管存在較大尺寸的破損，當脈沖壓縮空氣進入噴吹管時，大量壓縮空氣從破損處噴出，造成噴吹孔噴吹的壓力不夠，粉塵在濾袋表面大量積聚，在離心風機拉動下粉塵滲透到濾袋內層，從而造成除塵器壓差頻繁偏高。

為確定噴吹管結構破損原因，對噴吹管的制作工藝和受力進行分析。除塵器噴吹管整體的材質為鍍鋅管，上端固定部位所采用的工藝為圓管直接壓扁并在中間開U形槽用來安裝螺栓。通過對破損部位的壁厚進行測量，發現使用該工藝會減小扁平部分和圓管之間過渡部分的壁厚，而噴吹管在工作中長期受到壓力在0.45～0.50 MPa壓縮空氣脈沖沖擊作用，因此容易發生破損。

1.2.2 結構受力分析

為更加精確地確定噴吹管的受力情況和破損原因，建立了噴吹管的三維模型，并通過ANSYS計算出在脈沖力的作用下噴吹管的應力分布。

1）脈沖壓力確定。除塵器噴吹清掃過程中噴吹時間為0.2 s，噴吹管在工作中的脈沖壓縮空氣的壓力為0.45～0.50 MPa，因此采用MATLAB建立隨機脈沖壓力，如圖4所示。

2）有限元模型建立。將噴吹管的三維模型導入到ANSYS中，并對其進行網格劃分，建立噴吹管的有限元模型，如圖5所示。

3）結果分析。通過ANSYS分析，計算出噴吹管各部位的應力分布，如圖6所示。

圖4 脈沖壓力

圖5 噴吹管的有限元模型

圖6 脈沖力作用下噴吹管的應力分布圖

從圖6可以看出，在脈沖力的作用下，噴吹管壓扁安裝處前端過渡部分應力值最大，與實際噴吹管破損位置相同，且其值為118.14 MPa，過渡部分兩側壓力也大于其它部位。噴吹管壓扁安裝處采用的是鍍鋅管直接壓扁的工藝，故在過渡部分處壁厚變薄，在脈沖壓力的作用下中間部分易發生破裂開孔，兩側則易發生脹裂。

1.2.3 小結

通過對除塵器的參數和結構進行排查和實驗分析，確定除塵器壓差持續偏高的原因為噴吹管上端扁平安裝部位發生破損造成大量壓縮空氣損失，使得清掃噴吹壓力不夠。通過有限元分析和結構測量，噴吹管破損的原因為噴吹管上端扁平安裝部位采用圓管直接壓扁制作，從而減小了中間過渡部分的壁厚，產生應力集中，從而引起結構破損。

2 方案制定

根據上述對噴吹管破裂原因分析，采用壓扁工藝方法制作的噴吹管管壁會變薄，從而容易引起噴吹管破裂。因此，在原壓扁安裝端擬采用“45圓鋼+鐵板”的結構形式，并采用焊接工藝來取代原設計中采用壓扁工藝制作的噴吹管安裝端[7-10]，改進后結構及其局部放大圖，如圖7～圖8所示。

圖7 改進后噴吹管結構示意圖

圖8 噴吹管結構局部放大圖

同時考慮到煙灰堿性大，對噴吹管會產生腐蝕，故加工后對其表面進行鍍鉻處理。

3 效果驗證

3.1 應力改善驗證

為驗證改進后噴吹管的效果，通過建立改進后噴吹管的三維模型，通過ANSYS計算出噴吹管上的應力分布，如圖9所示。

圖9 改進后噴吹管的應力分布圖

從圖9可以看出，改進后噴吹管最大應力點出現在45圓鋼的內部，且最大應力值為63.004 MPa，與原設計相比較應力下降了46.67%，可有效降低脈沖力對噴吹管結構的破壞和噴吹管功能的影響。

3.2 實施效果驗證

改進除塵器噴吹管后，該除塵器連續運行1 a多濾袋未進行一次更換，檢查噴吹管未出現孔洞、開裂現象，壓差顯示正常，除塵負壓穩定，保障了除塵的負壓需求。2019年1—12月份清理和更換除塵器濾袋19臺次共計1140只，比2018年1—12月份清理和更換除塵器濾袋36臺次共計2480只，分別減少了47%和54%。

4 結論

針對脈沖噴吹型袋式除塵器噴吹管在脈沖力的作用下發生破裂的問題，通過對噴吹管的現場檢查和對原設計的有限元分析，確定其破損原因為噴吹管的安裝端采用壓扁工藝，使得其管與安裝部位過渡部分管壁變薄，根據上述原因，對噴吹管的結構進行改進，將其原壓扁安裝部位結構改為“45圓鋼+鐵板”的結構形式，并采用焊接工藝連接。結果表明，改進后噴吹管最大應力值下降42.33%，且產生部位為45圓鋼內部，降低了脈沖力對噴吹管結構和功能的影響，改進后除塵器持續穩定運行，且濾袋更換和清理次數同比下降。