新型节能降碳除尘装备—顶部垂直进风袋式除尘器*

张思平 姚群 陈志炜 罗来清 许汉渝 邵能杰 周鹏飞 刘立 冉涛 郑旭

（1.新余钢铁股份有限公司，江西 新余 338001；2.中钢集团天澄环保科技股份有限公司，武汉 430205）

0 引言

袋式除尘器阻力包括结构阻力和过滤阻力，传统袋式除尘器结构阻力占总阻力比例一般在30%~50%不等，属于无效能耗，应该尽量降低。关于气流分布，常见的长袋低压脉冲除尘器和直通均流式袋式除尘器均是侧进风，气流输送到各条滤袋的行程相差甚大，袋间坎入速度极不均匀，需要改进创新。

结构阻力大小和气流分布优劣主要取决于除尘器自身结构型式，只有在除尘器结构上进行革命性创新，才能实质性解决以上问题。中钢集团天澄环保科技股份有限公司利用“十三五”科技部国家重点研发计划项目的平台，提出了一种新型节能降耗除尘设备“顶部垂直进风袋式除尘器”，获发明专利，成果实现了全球首台套工业应用，取得了减污降碳双重效益。

1 除尘器工作原理与创新点

顶部垂直进风袋式除尘器包括灰斗、中箱体、花板、上箱体、顶部垂直进风管、惯性冲击器（芯管）、滤袋及袋笼、脉冲喷吹清灰装置和出风管等（图1），其工作原理是：含尘气体从顶部垂直进风管进入除尘器，利用惯性冲击器的作用预分离粗颗粒和火星，下降气体通过芯管以辐射状向滤袋区域均匀扩散并过滤，净化后的气体汇集到上箱体从侧面或顶部排出。

技术创新关键之一是花板和清灰装置新颖性布置，为实现模块化和标准化，花板和清灰装置围绕着垂直进风管以旋切状布置（见图1）。

技术创新关键之二是在除尘器内部设置了惯性冲击器（芯管），可以起到预除尘和火星捕集作用；优化芯管的结构，可使下降气体以辐射状向滤袋区域扩散，等量分配。

技术创新关键之三是将除尘器结构做了最大限度的简化，将结构阻力减少到极致，克服了传统袋式除尘器气流曲里拐弯流动的缺点，使流动更为简洁和平缓，大幅度减少运行阻力能耗，节能降碳（图2）。

技术创新关键之四是研发了理想的气流分布型式，即辐射状气流分布（图3）。气流能够同时段等量分配到过滤区域是判断气流分布好坏的一项指标，如果用流体中心极点到所有滤袋的行程相加的总行程来表征气流分布的效果是可行的。例如，在相同滤袋数量下（2 340条），将直通式除尘器与顶部垂直进风除尘器气流分布进行对比（图4），直通式总行程约为286 162 m，顶进式总行程约为106 633 m,顶进式总行程仅为直通式总行程的37.26%,说明顶进式气流分布更快更均匀。

2 顶部垂直进风除尘器优势

该装置的优势主要表现在以下几个方面：

1)具有粗颗粒和火星捕集预除尘功能。

2)设备阻力大幅度降低，结构阻力减少到极致，节能。

3)采用辐射状气流分布方式，风量分配和速度分布理想。

4)出风口可设置在顶部或任意一个侧面，不受场地限制，易于布置。

5)内部形成三维支撑结构，能够承受高负压工作。

6)结构简单，大板块结构，且没有喇叭口和阀门，便于制造。

7)可降低设备成本、钢耗和占地。

与传统长袋低压脉冲除尘器相比，顶部垂直进风袋式除尘器在技术经济性上占有明显优势。以处理风量332 420 m3/h为例，在过滤风速相等条件下，二者设计指标对比如表1所示。

表1 传统除尘器与顶部垂直进风除尘器设计指标比较

3 首台套示范工程与工业应用

全球首台套中型顶部垂直进风袋式除尘器于2020年10月在新余钢铁股份有限公司烧结厂原料工段上建成示范工程（图5），处理风量30万m3/h，排放质量浓度为1.3 mg/m3，设备过滤阻力300～500 Pa，实现了超低排放，取得了减污降碳双重效益。同期，该设备共投运了4台套。

2018年10月，顶部垂直进风袋式除尘器首次在农产品加工喷雾干燥酵母废气干法净化与回收项目上成功投运（图6），首次成功实现了工业化应用，开创了国内外先例。投运后装置运行可靠，性能稳定，处理风量55 000 m3/h，过滤风速0.9 m/min，颗粒物排放质量浓度为6.7～7.0 mg/m3，设备平均阻力～600 Pa，回收糖粉肥料130 t/a，实现了超低排放和节能运行。

2019年10月，顶部垂直进风袋式除尘器在宝武特钢感应分厂25、27号非真空感应炉除尘项目上成功投运（图7），处理风量30 000 m3/h，颗粒物排放质量浓度＜10 mg/m3，设备平均阻力～600 Pa，系统运行稳定。

4 结论

1）顶部垂直进风袋式除尘器是我国“十三五”科技部国家重点研发计划项目自主创新取得的最新科技成果，全球首台套示范工程实现了成功运行，技术性能指标达到国际领先水平。

2）顶部垂直进风袋式除尘器具有预除尘、阻力低、结构简单、投资省和占地小等鲜明特点，减污降碳效益显著，代表了袋式除尘技术发展方向。

3）顶部垂直进风袋式除尘器可广泛应用于钢铁、水泥、有色、石油化工、农产品加工等行业，可实现超低排放和节能运行。