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隨著汙染物排放總(zǒng)量控製的實施,國家對汙染物排放限值提出了更高要求,如自2005年起新建的水泥廠,其生產設備排放的煙粉(fěn)塵濃度不能超過(guò)50mg/Nm³和30mg/Nm³ ,自2004年起新建的(de)火(huǒ)電廠,煙塵排放濃度不(bú)能超過50mg/Nm³。為(wéi)了滿足這日趨嚴格的排放標準,高效率的淨化設備得到廣泛應用。袋式除塵器是眾多除塵器中效率高的設備,它能使煙粉(fěn)塵(chén)出口濃度降至10mg/Nm3以下,所以在(zài)冶金、建材、化工行業得到廣泛應用。目前一些火(huǒ)電廠鍋爐除塵也逐漸轉向采用袋式除塵器,一些上了靜電除塵器的廠家也將改造為袋式除塵器;同時(shí)垃圾焚燒、垃圾焚燒發(fā)電廠、燃煤工業鍋爐及水泥、瀝青混凝土(tǔ)拌和(hé)站均在(zài)廣泛使用袋式除塵器,所以袋式(shì)除塵器的應用前景和發展形勢是非常好的(de)。
設計袋式除塵器好關鍵在兩個方麵:一是類型和材料選擇,包括布料和清灰方(fāng)式;二是參數設計,包括(kuò)過濾(lǜ)風速、阻力降和效率核算。但現實中,工程人員在設計袋式除塵器時,往往不會認(rèn)真計算,僅僅憑一些經驗參數做一些粗略估(gū)算,就開始製作設備,大多數情(qíng)況下,這些設備也能將煙(yān)粉塵處理達標,究其原因,是袋式除塵(chén)器除塵效率很高,給設計人員的誤差範圍很大,從而掩蓋了設計人員所犯的錯誤,這種(zhǒng)設備就長期穩定運轉來說是達不(bú)到要求的。所以,從技術方麵來說,袋式(shì)除塵器設計,也應該和其他除塵器設計一樣,必須進(jìn)行較為詳細(xì)的設計計算和驗(yàn)算,才能做(zuò)到(dào)既能保證汙染物達標排放,又能做到(dào)節能和設(shè)備的長期穩定過程。
目前工程上應用的布袋除塵(chén)器主要有兩類,一是脈(mò)衝袋式除塵器,二是反吹袋式除塵器,脈衝袋式除塵器因(yīn)清灰效果好、過濾風速大(dà)、設備體(tǐ)積小(xiǎo),在各行業獲得日益廣泛的應用。脈衝袋式除塵器普(pǔ)遍使用針(zhēn)刺氈濾袋,過濾風(fēng)速取值範(fàn)圍較大(dà),可在0.6~1.5m/min之間選取,正因為範圍較大,所以工程(chéng)設計時,究竟取多大值必(bì)須加以研(yán)究。而(ér)反(fǎn)吹袋式除(chú)塵器一般(bān)使用織造布,過濾風速常在0.4~0.5m/min之間選取,因取值範圍小,工程設計時一般取中間(jiān)值0.45m/min即(jí)可。本文主要(yào)對(duì)脈衝(chōng)袋(dài)式除塵器的過濾風速的設計作一(yī)些實驗探討。因為過濾風速的(de)大小是決定布袋除塵器除塵效(xiào)率高(gāo)低和(hé)能否長期有(yǒu)效運轉的關鍵參數。
1 過濾風速與煙粉塵粒徑之間的關係分析
經分析,袋式除塵器過濾風速(也稱氣布(bù)比(bǐ))一般與被處理(lǐ)的廢氣(qì)的溫度、含塵濃度和塵的粒徑密切相關,即
V=f (T, C, dp)
在這三個參數中,主要還是(shì)粒子的(de)粒(lì)徑,為(wéi)了弄清過濾風速(sù)與粒徑之間的關(guān)係,我們作了如下實(shí)驗。
作者在2003~2005年(nián)間設計製造了70餘台袋式除塵器,分別用在冶金(鐵合(hé)金(jīn)、煉鋼)、水泥(ní)、燃煤鍋爐、機械加工(電焊、除(chú)鏽)、化工(生產電石)等行業,經反複調試和(hé)改造,絕大部分設備除塵效率都達到99.9%以上,煙粉塵(chén)排放濃度小於30mg/Nm3,有的甚至小於10mg/Nm3。
這裏選取了用在鐵合金礦熱(rè)爐煙氣除塵(chén)的19台(tái)除塵器,鐵(tiě)合(hé)金礦熱爐煙塵由於煙塵粒徑細、煙(yān)氣溫(wēn)度高,治理難度極大,不論機械式除塵器、濕式除塵(chén)器,還是靜電除塵器,均不能達標,隻有采用布袋除塵器,且布袋除塵器中又隻能(néng)選取脈衝清灰和逆氣流反吹清灰才行,因(yīn)此19台(tái)除塵器均采用長袋低壓脈衝袋(dài)式除(chú)塵器,所有(yǒu)礦熱爐煙(yān)氣在進入除塵器前,經冷(lěng)卻將溫度降低至200℃左(zuǒ)右,廢氣中煙(yān)塵濃度在進入除(chú)塵器前均在1.2~2.0g/Nm3之間,這樣就基(jī)本排除了煙塵濃度和煙氣濃度對過濾風(fēng)速的影響。具體參數見表1。

根(gēn)據圖1的曲線形式(shì),可初(chū)步估計過濾風速與煙塵粒徑有明確(què)的函(hán)數關係,將表1的數據進行曲線擬合(hé)分析,可得到如下結果:

由此可(kě)見,長(zhǎng)袋低壓脈衝袋式除塵器的過濾風速與煙粉塵的粒徑的(de)對數成(chéng)正比關係。同時,我們在實驗室模(mó)擬時發現當粒子粒徑小於(yú)1um時,脈衝(chōng)除塵器過濾風(fēng)速不能大於0.6m/min,這表明淨化粒徑小於1um的粉塵,用(yòng)脈衝清灰除塵器(qì)和反吹清灰除塵器(qì)過濾風速基本一樣(yàng)(反吹清灰除塵器過濾風速一般為0.45m/min),但反(fǎn)吹清灰除塵器的造價比(bǐ)相同過濾麵積的脈衝除塵器要小得多,因此在淨化粒徑小於1um的粒子時,宜采用反吹清灰除塵器,這樣既能保證除塵的(de)效果,又能節約投資。
2 過濾風速(sù)與溫(wēn)度、濃度和粒徑的綜合關係(xì)
從(cóng)理論上分析,過(guò)濾風速與(yǔ)溫度之間的關係應(yīng)該不密切,隻不過淨化微細粉塵(粒(lì)徑<1um)時,溫度越高,粒子布朗擴散越強,過濾風(fēng)速宜取較小值,可使效率高一些。關(guān)於(yú)廢氣(qì)中煙粉濃度對過濾風速的影響,相對說來就要大一些:一般說來,廢氣(qì)中煙粉塵濃度越高,過濾風速就應小一些,這樣才能減少清灰(huī)次數,維持煙粉塵穩定(dìng)排放。如果濃(nóng)度較高,過濾風速也較大,不僅會發生粒子穿透,而且布袋上的粉塵層很快增厚,阻力迅速增大,相應(yīng)地清灰頻率也就(jiù)增加,脈衝布袋除塵(chén)器,因清灰(huī)力度較大,雖然不會破壞初層粉塵,但清灰(huī)後,總有一段時間,除塵效率會下(xià)降(有時甚至會低於98% ),如果清灰次數越多,那麽這種現象也就越多,進而影響(xiǎng)除(chú)塵器的總效率,這對於排放要求很嚴格的行業(如排(pái)放濃度要求小於30mg/Nm3),是不容易達到要求的。因此,需將過濾風(fēng)速取小一些,從而減少清灰次數,保持除塵器在高效率下正常運轉。
過濾(lǜ)風速(sù)到底和廢氣溫度、煙粉塵(chén)濃度有何具體關係,我們可從實驗上加以研究(jiū),表2是作者為各行業設計的除塵(chén)器的工作參數表(僅(jǐn)選取了除塵(chén)效率在9919%以上的設備或出口排放濃度小於30mg/Nm3的設備)。

從(cóng)表2的(de)數據可(kě)粗略看(kàn)出,煙塵粒徑越小,過濾(lǜ)風速(sù)就越小(xiǎo);從(cóng)圖2和圖3的關係曲線可看出廢氣中含塵濃度越高,過濾風(fēng)速就越小;廢氣溫度越高,過濾風速越(yuè)小。因此,可近似認為過濾風速(sù)與廢氣溫度、煙粉塵濃度成反比。由於廢氣溫度、煙塵濃度、煙粉塵粒徑3個變量是(shì)互不相關的獨立變量,任何獨立的隨機變量其聯合出現的概率密度等於其各自的概率密度之積,所以我們可以認為過濾風速與廢氣溫度、煙塵濃度(dù)和粒(lì)徑的綜(zōng)合關係是它們各自(zì)獨立關係的積,也即:



將表2的數據代入上式,經曲線擬(nǐ)合,我們得到如下關係式:
由此(cǐ)可(kě)見,脈(mò)衝清灰袋式除(chú)塵器過濾風速與廢氣溫度和廢氣中(zhōng)的煙粉塵濃度成反比,與煙粉塵粒徑的對數成正比。
該式雖是通過曲線擬合得到的,但我們在2005年後設計脈衝除塵器時,其過濾風速的選取均是采用該模式計算,每台除塵器的除塵效果都達(dá)到了要求(除(chú)塵效率達到99.9%或排放口(kǒu)濃度小於30g/Nm³)。
3 結 論
過濾風速的選取是袋式除(chú)塵器設計的關鍵參數,直(zhí)接關(guān)係到(dào)除塵效率的高低。本文在(zài)對工程應用中的各除塵器的相關參數測定後,通過曲線擬合,得出過濾風速與廢氣溫度、廢氣中(zhōng)的煙粉塵濃度、煙粉塵粒徑之間的數學模型。同時經檢驗采用該模型來指導設(shè)計,在一定範圍內是可行的。


