高温除尘用金属滤袋的设计要点

文 _ 谢敏 福建龙净环保股份有限公司

国家发展改革委、环保部、国家能源局联合下发的《煤电节能减排升级改造行动计划(2014－2020)》要求，燃煤电厂的大气污染物排放满足超低排放。袋式除尘器具有过滤精度高、排放稳定、适用范围广等优点，特别是电袋复合除尘器，更是综合了电除尘与袋除尘的优点，适用范围更广。但是，当前普遍使用的化纤滤袋是由PPS、PTFE纤维纺织制成，可承受环境温度低于200℃，这限制了电袋复合除尘器、布袋除尘器在高温烟气工况的适用范围。因此，目前很多厂家都在研制耐高温滤袋，如金属滤袋、陶瓷滤袋等。本文是结合金属滤袋中试过程中出现的问题，在解决问题过程中取得的经验，对金属滤袋设计要点的小结。

金属滤袋也称为金属纤维毡滤袋，是由纯金属纤维经过无纺铺制后烧结而成，具有耐高温、耐腐蚀、方便回收等优点。其过滤方式与现有化纤滤袋类似，如图1所示。含尘气体由外表面向内通过金属滤袋，粉尘被拦截在滤袋的外表面，随着粉尘厚度增加，滤袋内外压差越来越大，再采用脉冲的方式清灰，在滤袋口吹入压缩空气使得粉尘剥离并落入灰斗，集中排出。

图1 金属滤袋表层过滤示意图

1 金属滤袋结构特点分析

在工程运用中金属滤袋与化纤滤袋的主要区别有：

（1）滤袋不同于普通的长化纤滤袋，长化纤滤袋可以折叠，所以它与袋笼的连接安装可以直接在现场进行，其对接是依靠每段袋笼的扩张成型，实现与袋笼连接。但是金属滤袋是不可以折叠的，因此每一段滤袋都需要先在厂里整体焊接成型，再运往现场安装,为方便运输、安装需采用分节设计。

（2）滤袋可以采用龙骨一体化设计，化纤滤袋需要在内部安装独立袋笼作为骨架。

（3）金属滤袋无法像化纤滤袋那样采用弹性卡箍通过张紧力与花板实现密封，金属滤袋袋口多是采用法兰式密封结构。

（4）金属纤维烧结毡是刚性滤材，化纤是柔性滤材，因此金属滤袋清灰机制与化纤滤袋不同。

2 金属滤袋结构设计

金属滤袋与化纤滤袋在工程运用中具有不同点，因此，金属滤袋结构设计时需要注意以下几方面问题。

2.1 分节连接结构设计

工程运用中为了降低设备占地面积、提高设备经济性，一般采用长滤袋设计方式，通常滤袋长度均在8m以上，化纤滤袋采用折叠的方式装入包装箱；而金属滤袋由于自身结构特点，无法折叠。因此，在金属滤袋的结构设计中，将其分为头段、中段、尾部，采用3段分开发货，在安装现场再将上述3段金属滤袋组件进行拼装，此步骤的重点是：①保证连接位置不泄露；②分节连接结构能方便现场安装。

目前采用的有法兰连接式和旋扣式对接结构。法兰连接式是在分节处采用法兰盘设计，加上密封垫，周圈分布若干个螺栓，通过锁紧螺栓，来达到密封。该设计具有连接可靠的优点，但存在不足是安装时需要锁紧大量的螺栓，现场工作量偏大，若采用在法兰背面开螺栓固定槽并配上棘轮扳手可大大提高安装速度。

旋扣式对接结构是采用旋转斜槽卡扣让上节凸端压紧密封垫，再用插销固定防止上下节相互转动，起到防松紧固效果（图2）。该结构在设计与法兰连接式最大的不同在于压紧密封垫的预紧力是由安装工人双手带动滤袋旋转来提供，法兰连接式则是靠锁紧法兰周边螺栓来提供预紧力。该结构虽然省去了锁紧螺栓的工作，达到加快安装速度，减少现场工作量的目的，但人工旋转产生的预紧力能否使密封垫达到设定的压紧形变，需要进一步测试。

法兰连接式经中试平台使用检验，结果表明该连接方式可靠，无泄露现象。

图2 旋扣式对接结构简图

2.2 龙骨可采用一体式集成设计

金属纤维毡滤袋因为本身采用金属结构具有良好的焊接性，设计时可将龙骨直接采用一体式集成，无需另外设计袋笼，该设计有利于减少运输发货体积，提高现场安装效率。

2.3 袋口密封改进设计

金属纤维毡滤袋由金属纤维制成，柔韧性不足，因此无法像化纤滤袋那样采用弹性卡箍通过张紧力与花板实现密封，金属滤袋多是采用法兰式密封结构。

中试过程中发现采用法兰式密封结构的金属滤袋袋口与花板连接处容易发生密封不严，导致泄露。

进一步分析导致密封不严的原因可能有：①花板或滤袋端部法兰配合面平面度不够，存在变形；②花板和金属滤袋端部法兰配合面粗超度与选用的垫片匹配不达标；③两个配合面存在焊渣等杂质，影响密封。

针对上述问题的处理方法如下：

（1）提高花板设计刚度，转变花板设计思路

化纤滤袋是通过在袋口设置弹性卡箍，靠张紧力使化纤和花板孔内表面紧密配合来实现密封，该结构严格控制的是花板孔内表面的加工圆度、粗超度，安装时花板平面存在稍微轻量的变形仍然能密封，金属滤袋是靠花板上表面和金属滤袋法兰背面紧密配合压紧密封垫片来实现密封，对于花板我们应该严格保证的是上表面的平面度，而对于花板孔内表面的圆度和粗糙度要求并不高，旧形式的花板在安装中很容易变形，因此采用金属滤袋需要改进花板结构设计，可采用增加花板厚度、布置加强筋等办法提高花板刚度。

（2）设计合适的表面粗糙度，与密封垫相匹配

正因为金属滤袋是靠花板上表面和金属滤袋法兰背面紧密配合压紧密封垫片来实现密封，设计花板上表面和金属滤袋法兰配合面的表面粗糙度是否与所选用的密封垫相匹配，就直接决定了密封是否可靠无泄漏。不同的密封垫对法兰配合面粗糙度可见表1。

表1 不同密封垫法兰密封面的表面粗糙度

（3）安装时重点清洁密封面，不能存在颗粒杂质

工程安装现场难免会有焊渣、砂石等各种颗粒杂质，设计图纸上应标注特别提醒安装时需要对密封面重点清洁，避免因为颗粒杂质影响了密封效果。

2.4 设置合适的脉冲清灰制度

压力峰值和最大反向加速度是衡量清灰性能好坏的重要指标，脉冲喷吹瞬间由于喷吹装置喷出的清灰气流使滤壁产生的最大压力值称为压力峰值；脉冲喷吹时由于喷吹气流使滤袋膨胀，由于滤袋张力作用而产生最大反向加速度。压力峰值和越大最大反向加速度越大，清灰效果越好。

在脉冲清灰时，由于金属纤维烧结毡是刚性滤材，滤材本身不会有较大变形，所以除尘器使用一段时间后金属滤袋阻力逐渐增高，现场可通过逐渐提高气包压力的方法使除尘器的阻力保持在设计值之内，此时应注意气包压力不是越大越好，因为清灰强度太大不仅增大压缩空气耗气量，又会降低滤袋使用寿命，所以设计合适的脉冲清灰制度对金属滤袋的正确运用具有重要作用。

3 小结

金属滤袋具有比化纤滤袋更广阔的适用工况范围，例如燃煤电厂高温无尘脱硝、垃圾焚烧、电炉炼钢等高温烟气除尘行业领域，目前有技术人员在研发折叠式、可伸缩式等不同结构金属滤袋，总结金属滤袋使用经验，对我国大气环保工作具有积极意义。

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