前 言
對空壓機、鼓風機和汽輪機等高速運轉的機器來講,塵粒、粉塵是影響機器長周期正常運行的主要原因之一。高速氣流中的粉塵顆粒(≥4μm)使機器主要部件表面磨損;粉塵在設備內部結垢會影響氣流運動,破壞葉輪的動平衡,導致轉子的軸振動加劇或超標,使喘振曲線漂移,甚至被迫停車檢修;腐蝕性的粉塵還會對設備產生化學腐蝕。因此,在這些機器的進氣管前均配有空氣過濾器。
常見的空氣過濾器根據過濾除塵機理可分為濕式和干式兩種。濕式過濾器如鏈帶式、拉西環式等,過濾原理是靠油膜黏附大氣中的灰塵,達到除塵的目的,但過濾精度低且氣流中帶有油分。干式過濾器如干帶式、布袋式、框板式和筒式(濾紙),過濾原理是空氣通過各種動植物或化學纖維的織物表面、內層時,由于重力、慣性擴散、接觸阻留和靜電吸附等作用使空氣中的灰塵滯留在濾料濾紙的外側(在內部建立了粉塵膜),達到除塵目的。
1 自潔式空氣過濾器簡介
空分設備上常用的自潔式過濾器是干式過濾器的一種,過濾后粒度≤2μm,效率>99.95%。20世紀70年代中期由美國一家公司推出, 20世紀80年代末,隨成套空分設備進入中國。其過濾元件多為剛性筒狀,內部過濾材料采用合成濾紙。配備的自潔反吹系統包括自潔噴嘴、反吹管、文氏管、儲氣筒和過濾筒等。控制系統包括編程控制儀(含PLC控制系統)、隔膜電磁閥、壓差變送器、測壓傳感器和液晶顯示屏等附件。由計算機編程控制儀根據前后壓差超過某一設定值時,發出自潔反吹的模式指令,有定時(程序)自潔模式(可自行設定)或定壓差自潔模式(可自行設定)。當壓差超過報警值時會自動報警,并由計算機控制調節反吹的脈沖寬度,間隔進行連續自動反吹。也可進入手動模式進行自潔反吹,直到壓差保持在規定的范圍內。自潔式空氣過濾器自動反吹過濾系統工作原理如圖1所示。
自潔式空氣過濾器的初阻力一般在100Pa左右,正常阻力范圍一般設定在400~700Pa,報警阻力一般設定在800~1000Pa,終阻力設定在1200~1500Pa (可根據空壓機及生產需要設定)。設定阻力值過低會消耗較多的反吹自潔氣量,使隔膜電磁閥頻繁動作,縮短閥的使用壽命并使濾筒使用周期縮短,運行成本大幅增加;而且由于頻繁自潔反吹破壞了濾芯層的粉塵膜,導致氣體過濾的精度、效率大幅下降。
近十幾年,這種自潔式空氣過濾器廣泛應用于鋼鐵、石化、空分、煤化工以及高爐鼓風等行業,是各類大型空壓機、鼓風機和汽輪機入口空氣過濾的主要設備。與傳統的卷簾式、布袋式過濾器相比,自潔式空氣過濾器的優點是接近零維護,完全可以做到不停車更換濾筒元件,具有過濾精度高、過濾面積大、阻力小和故障少等特點,特別適用于干旱地區的大型空分設備。缺點是成本相對較高;在持續大霧、陰雨天氣或持續沙塵暴天氣時,阻力大,容易產生高位運行情況(>1200Pa)。
2 自潔式空氣過濾器在特殊天氣條件下阻力過大的原因及解決方案
在連續陰雨、大霧或持續沙塵暴天氣狀況下,自潔式空氣過濾器會經常出現阻力大于1200Pa,甚至嚴重超標的情況。長時間發生這種狀況會危及空壓機的**運行,并使空壓機運行偏離正常工況,吸入氣量減少,運行成本增加,嚴重的還會造成空壓機二級葉輪振動超標和被迫停車檢修。
2.1 連續陰雨或持續大霧天氣
自潔式空氣過濾器的過濾材料一般選用木漿纖維紙質的濾紙,這種濾紙由多層薄紙復合而成,每層紙的平均微孔大約在20~70μm,微孔交錯縱橫排列,具有一定透氣度。空氣透過濾紙在很低的過濾速度下阻力值較小(初阻力一般在100Pa以下)。
這種濾紙在干燥環境下使用效果很好,但在連續陰雨或大霧天氣條件下,空氣的相對濕度很大(96%~100%),濾紙在纖維受潮后膨脹,使部分微孔縮小或堵塞。若濾紙已使用一段時間,在濾紙的外表面和紙芯層有粉塵存在,受潮后也會膨脹封堵微孔,使濾紙的透氣度大幅下降甚至造成糊筒,在較低的反吹壓力下自潔清灰的效果也大大下降。為解決這種天氣下濾紙阻力超高問題,可以采用以下應對方法。
(1)我國南方沿江、沿海或多霧的地區(如重慶等)相對濕度較大(>80%),在過濾器的選型上,濾筒濾紙的選配要適合當地氣候條件。一般在選型上要增加實際處**體的富裕量(應增加1~1.5倍)。濾筒的濾紙要選用復合纖維材料(20%聚酯+80%木漿纖維)或其他抗拉強度大、挺度高的防水型進口濾紙。
(2)空分設備一般提供的反吹氣源壓力偏低(為0.47MPa),特別是在相對濕度很大時,要提高反吹自潔的效果應提高反吹的壓力。理想的反吹壓力可提高到0.75~0.85MPa,并用干燥的氮氣或空氣進行反吹,自潔效果比偏低壓力時的反吹可提高1倍以上。若采用設置就地小空壓機增加反吹壓力時,應注意在儲氣筒入口配置過濾器、氣液分離器和疏水閥等必要的附件,以濾除反吹氣源中的雜質及水氣。
(3)增大儲氣筒、反吹管的直徑和容量,使反吹時的反吹壓力穩定,減小壓力波動。儲氣筒增大到Ф159mm×6mm以上(也可增加1只3~5m³的緩沖罐)。反吹管、隔膜閥的直徑增加到38.1mm,同時每只閥控制反吹濾筒的數量應在5只以下,以增加反吹的力度和效果。
(4)調節編程控制儀,適當增加脈沖寬度,從0.1~0.15秒增加到0.25~0.4秒。縮短脈沖間隔(控制在10~15秒),使反吹循環的周期縮短。
(5)更換部分濾紙嚴重受潮的濾筒(拆下的濾筒烘干處理后可再次使用)。
(6)改變進氣方式,從室外吸氣改為從壓縮機廠房內吸氣(如圖2所示)。在連續大霧天氣時,把自潔式空氣過濾器的四周用復合纖維無紡布或彩條布(也可用捕霧絲網,但成本較高)圍起來,并另建一個吸氣通道從廠房內吸氣(流速控制在5~7m/s)。由于廠房內溫度較高,空氣中不含有微小霧滴,相對干燥,若再采用以上措施,效果會更理想。還可以考慮將小型自潔式空氣過濾器設在室內。這種方法應用在相對濕度很大、持續多霧天氣的地區,降低過濾阻力效果明顯。如邯鋼動力廠空分車間、濟南鮑德氣體公司等采用這種方法,均大幅降低了運行阻力,保證了空壓機的正常運行,取得良好使用效果和經濟效益。
2.2 多沙塵暴天氣
我國內蒙、甘肅、陜西和河南等地氣候干燥,相對濕度低,由于生態環境破壞,該地區的沙塵天氣日漸增多,惡劣的沙暴天氣在春秋季節時常發生。空氣含塵量大,持續時間長,自潔式空氣過濾器阻力超高情況常有發生。
為降低運行阻力,延長濾筒使用周期,杭氧在為大唐國際空分設備空壓機配套自潔式空氣過濾器時采取了以下應對措施。
(1)在自潔式空氣過濾器的選型配套時加大配套過濾器的實際處理量。空壓機進氣量為361000m³/h,常規選配過濾器的處理量約550000m³/h。考慮到當地沙塵暴天氣時有發生,空氣中含塵量大,在選型配套上進一步增加了富裕量,配756只DH32100濾筒,實際處理量≥860000m³/h (87.5kPa, 25℃)。濾筒實際過濾面積達到22680m²,增加了濾筒的過濾面積和容塵量,減小了實際過濾速度;選用進口濾紙,增加濾紙的強度和透氣度。
(2)采用較高的自潔反吹壓力(0.8MPa)和干燥氮氣作反吹氣源,加強反吹自潔的力度和效果。
(3)增大儲氣筒的直徑和容量。將儲氣筒直徑擴大到Ф159mm×6mm,反吹管采用38.1mm鍍鋅鋼管,配置38.1mm的進口隔膜電磁閥,反吹氣源單獨引管等,以穩定反吹自潔的壓力。
(4)過濾器的粗濾網內側增加一道復合纖維無紡布濾料(部分復合纖維無紡布技術參數見表1),如PSB/275SP300型(或PSB/290SP400型),在沙塵暴來臨時可以增加約120kg以上的容塵量。由于粗道過濾減輕了濾筒反吹自潔的負荷,減少了濾芯粉塵膜的增厚,延長了濾筒的使用周期。當沙暴天氣消除后,拆下無紡布,清洗后備用。采用該項措施可以穩定阻力,并降低過濾器的運行成本。
(5)在系統反吹自潔控制上采用每1接點并聯3只電磁閥的方法,保證過濾器(3層結構)每層都有1排(每排5只)在同時反吹。
(6)在沙暴天氣下可調節編程控制儀縮短反吹間隔,可根據沙塵暴的強弱控制每排濾筒反吹間隔為10~15秒1次,9~13分鐘內全部濾筒可自潔反吹1次,使表面的浮塵即刻得到**。
(7)在連續沙塵暴天氣的情況下,可把已達到容塵飽和的無紡布拆下,裝上新的無紡布(或更換部分新的濾筒),降低阻力。
以上采用的自潔式空氣過濾器降低阻力的措施適用于特殊惡劣氣候條件,有的方法和措施在不少企業已經取得明顯的實際效果,有的還在進一步探索中。
一些要求更高的壓縮機和燃氣輪機,要求過濾級別達到H12級以上,*好采用3級過濾:**采用過濾棉過濾(百葉窗式過濾);二級采用自潔式過濾器(筒式);三級采用高效或超高效框式過濾器。這種分級處理,可防止水氣進入,同時減輕各級負荷壓力,提高過濾精度,延長過濾元件的使用壽命,降低運行成本。
3 結束語
自潔式空氣過濾器過濾精度高,自動反吹清灰,管理方便,維護簡單,可實現不停車更換濾筒,已經廣泛在鋼鐵、石化、空分、化肥、煤化工和醫藥等行業上使用。對經常發生連續陰雨、持續大霧和沙塵暴等特殊天氣的地區可根據不同的氣候特點,在配套選用自潔式空氣過濾器時應加放足夠的處理空氣富裕量,選用合適的濾料濾筒,提高和穩定反吹自潔的壓力,并采取合理的控制/調節措施,可以避免自潔式空氣過濾器阻力增加過快或持續超高的情況發生,并延長濾筒的使用周期,降低運行成本,保證空壓機的正常運轉。
