玻璃爐窯袋式除塵器阻力計(jì)算分析

王 仲, 陳長(zhǎng)征, 谷艷玲, 齊曉芳, 劉姿含

(1.沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)振動(dòng)噪聲研究所,遼寧沈陽(yáng) 110870; 2.東北財(cái)經(jīng)大學(xué)研究生院,遼寧大連 116025)

玻璃爐窯袋式除塵器阻力計(jì)算分析

王 仲1, 陳長(zhǎng)征1, 谷艷玲1, 齊曉芳1, 劉姿含2

(1.沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)振動(dòng)噪聲研究所,遼寧沈陽(yáng) 110870; 2.東北財(cái)經(jīng)大學(xué)研究生院,遼寧大連 116025)

超細(xì)微小粉塵顆粒對(duì)人體危害較大,袋式除塵系統(tǒng)因其捕集效率高、處理流量大、性能可靠、不受粉塵比電阻的影響、對(duì)氣體流量及含塵濃度適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),因此,廣泛應(yīng)用于工業(yè)含塵廢氣凈化工程中.應(yīng)用智能油煙煙塵采樣儀對(duì)氣體含塵濃度進(jìn)行測(cè)量,并采用掃描電鏡對(duì)粉塵顆粒進(jìn)行理化分析,比較實(shí)測(cè)玻璃窯爐壓力工況和布袋除塵器正常工作的壓力環(huán)境,通過(guò)對(duì)袋式除塵系統(tǒng)阻力的理論計(jì)算及分析,對(duì)除塵系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)計(jì),有效減小除塵系統(tǒng)阻力.設(shè)備投入使用 1 a,實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的除塵效果.

玻璃爐窯; 布袋除塵器; 除塵器阻力

袋式除塵器由于其具有除塵效率高,尤其對(duì)對(duì)人體危害最大的 5μm以下的超細(xì)微小顆粒具較高的捕集效率,且處理流量大,性能可靠,不受粉塵比電阻的影響,對(duì)氣體流量及含塵濃度適應(yīng)性強(qiáng),因此,廣泛應(yīng)用于工業(yè)含塵廢氣凈化工程.但由于濾料普遍不耐高溫,特殊濾料成本過(guò)高;另外在凈化黏性及吸濕性強(qiáng)的含塵氣體時(shí),當(dāng)氣體溫度低于露點(diǎn)溫度則會(huì)產(chǎn)生糊袋現(xiàn)象,因此,布袋除塵器的使用受到一定限制[1].本文以某廠制瓶車間玻璃窯爐粉塵治理工程為課題研究背景,針對(duì)其復(fù)雜工況,對(duì)布袋除塵器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì).通過(guò)理論分析和實(shí)踐應(yīng)用,取得了良好的除塵效果.

1 窯爐數(shù)據(jù)采集

玻璃窯爐與其它窯爐不同之處在于燃燒時(shí)爐窯壓力穩(wěn)定性要求高.設(shè)計(jì)時(shí)采用智能油煙煙塵采樣儀,設(shè)備如圖 1所示.對(duì)玻璃窯爐壓力進(jìn)行測(cè)量,數(shù)據(jù)如表 1所示.同時(shí)對(duì)粉塵進(jìn)行 XEM分析,粉塵形狀如圖 2所示.

圖 1 智能油煙煙塵采樣儀Fig.1 Intelligent oil s moke and dust sampling instrument

表 1 玻璃爐窯煙氣原始數(shù)據(jù)Table 1 Glass furnace flue gas raw data

可見(jiàn)窯爐壓力波動(dòng)較小.因此設(shè)計(jì)時(shí)除塵系統(tǒng)阻力問(wèn)題就尤為重要.一方面可以保證窯爐在穩(wěn)定的壓力下正常運(yùn)行;另一方面可以適當(dāng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)減少壓力損失,起到節(jié)能的作用.

圖2 粉塵形狀Fig.2 Dust shape

2 除塵系統(tǒng)阻力計(jì)算及分析

管道中的氣體處在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)只受靜壓力作用.靜壓是指單位體積氣體具有的勢(shì)能,主要表現(xiàn)在氣體被壓縮,從而對(duì)管壁施壓.處在流動(dòng)狀態(tài)時(shí),則同時(shí)受到靜壓和動(dòng)壓的作用.動(dòng)壓是單位體積氣體所具有的動(dòng)能,它的表現(xiàn)是使管內(nèi)氣體改變速度,動(dòng)壓只作用在氣體的流動(dòng)方向,恒為正值.在某一點(diǎn)上,動(dòng)壓和靜壓的代數(shù)和即為該點(diǎn)的全壓[3].

除塵系統(tǒng)的總阻力:

式中

ΔP1:布袋除塵器的阻力,Pa;

ΔP2:布袋除塵器的管道阻力,Pa;

ΔP3:其它設(shè)備阻力,Pa;

ΔP4:塵源點(diǎn)阻力,Pa.

而除塵系統(tǒng)中對(duì)阻力影響較大主要是布袋除塵器的阻力和管道阻力.

2.1 袋式除塵器的阻力

布袋除塵器的阻力是指煙氣通過(guò)除塵器時(shí)的壓力損失,通常用除塵器進(jìn)、出口的壓力差來(lái)衡量,所以,也稱為“壓差”[2].

袋式除塵器的阻力主要由以下 3部分組成:

式中

ΔPj:除塵器的結(jié)構(gòu)阻力,Pa;

ΔPq:清潔濾料的阻力,Pa;

ΔPf:濾料上粉塵層的阻力,Pa;

除塵器的結(jié)構(gòu)阻力ΔPj是指氣體通過(guò)除塵器入口、出口及內(nèi)部的檔板等產(chǎn)生的阻力.結(jié)構(gòu)阻力ΔPj在除塵器設(shè)計(jì)制造完成后應(yīng)是基本不變的,其條件是流經(jīng)除塵器的煙氣流量和流速恒定.

清潔濾料的阻力ΔPq是指濾料未附著粉塵時(shí)的阻力,該阻力較小,對(duì)于相對(duì)清潔的濾袋, ΔPq約為 100～200 Pa.

潔凈濾料的壓力損失可用下式表示:

式中

μ:空氣的黏度,Pa·s;

υ濾:過(guò)濾風(fēng)速,m/s;

ξq:濾袋的阻力系數(shù),1/m.

濾料上粉塵層的阻力ΔPf是指在濾料表面形成粉塵層后,由粉塵層產(chǎn)生的阻力.實(shí)際上,考慮的是在其上堆積粉塵層的條件下工作;但是,這個(gè)粉塵層的構(gòu)造是隨時(shí)間變化的,部分粉塵可以在通過(guò)清灰時(shí)脫落,但另一部分將進(jìn)入濾袋,并殘留在濾袋深層,其壓力損失也會(huì)變大,這叫做濾袋的堵塞.如圖 3所示.

圖 3 殘留在濾袋深層的粉塵Fig.3 The dust left in the deep bag

下式表示濾料的壓力損失:

ξ:容塵濾料的阻力系數(shù),1/m;

ξf:堆積粉塵層阻力系數(shù),1/m;

α:堆積粉塵層平均比阻力,m/kg;

m:濾袋上粉塵負(fù)荷,kg/m2.

一般情況下,ξf約為 108～10111/m,m值在0.1～1.0 kg/m2范圍之內(nèi).

經(jīng)多次測(cè)量,煙氣流量均值為 29 137 m3/h.選擇規(guī)格為 Φ130 mm×2 450 mm布袋 512條.由于該爐窯排放氣體溫度較高,所以,除塵系統(tǒng)濾料選用上海博格 PTFE覆膜高溫布袋,該布袋由 100%玻纖組成,厚度為 1.3 mm,透氣量在2.1～3.8 m3/m2.根據(jù)上述公式及布袋特性計(jì)算可得,袋式除塵器的阻力約為 1 800 Pa.

2.2 袋式除塵器的管道阻力

除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中,首先確定凈化工藝,再配置設(shè)備與管道,布置如圖 4所示.管道系統(tǒng)配置應(yīng)從總體考慮,統(tǒng)一規(guī)劃,合理布局,力求簡(jiǎn)單、緊湊、適用、美觀,而且安裝、操作、維修方便,并盡可能縮短管線長(zhǎng)度,減少占地與空間,節(jié)省投資[4].管道布置應(yīng)力求順直,減小阻力.一般圓形管道強(qiáng)度大,耗用材料少,但占用空間大;矩形管道占用空間小,易布置.管道與墻、梁、柱、設(shè)備及管道之間要保持一定距離,以滿足安裝、施工、管理、維修及熱脹冷縮等諸因素的要求[5].

圖 4 設(shè)備與管道配置Fig.4 Equipment and channel layout plan

根據(jù)對(duì)現(xiàn)有窯爐進(jìn)行實(shí)測(cè),矩形管道與圓形管道壓縮比

其中,a—實(shí)測(cè)矩形管道長(zhǎng),m;

b—實(shí)測(cè)矩形管道寬,m.

可見(jiàn)設(shè)計(jì)除塵系統(tǒng)管道時(shí)選擇圓形管道比較好.

2.2.1 除塵系統(tǒng)管路直線部分阻力

λ:摩擦阻力系數(shù);

υ均:風(fēng)管內(nèi)氣體的平均流速,m/s;

ρ:氣體的密度,kg/m3;

l:風(fēng)管長(zhǎng)度,m;

D:圓形風(fēng)管的直徑,m.

管道選用 Q235,λ/D=0.5,測(cè)量知風(fēng)管平均流速為υ均=7 m/s,l=20 m.

標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煙氣的密度按下式計(jì)算:

式中

φi:高溫?zé)煔庵心骋怀煞莸捏w積分?jǐn)?shù);

Mi:高溫氣體中某一成份的相對(duì)分子質(zhì)量.

根據(jù)實(shí)測(cè)煙氣成份,計(jì)算可得 ρ0=200 kg/m3.

實(shí)際狀態(tài)下煙氣的密度:

式中

t:煙氣溫度,℃;

P:管道內(nèi)氣體的絕對(duì)壓力,kPa.

求得氣體密度ρ=1.25 kg/m3,可得管路直線部分阻力

2.2.2 除塵系統(tǒng)管路彎頭部分阻力

為了減小管路彎頭局部壓力損失,在設(shè)計(jì)中在彎頭部分加入導(dǎo)流葉片,如圖 5所示.

綜上所述,除塵器的全部阻力

ΔP=1 800+306.25+310≈2 416.25 Pa

n:彎頭數(shù)量;

ΔPw:彎頭局部壓力損失,Pa;

ξ:局部阻力系數(shù);

υ:氣體流速,m/s;

ρ:氣體密度,kg/m3.

風(fēng)管平均流速為υ=7 m/s,氣體密度ρ= 1.25 kg/m3,查表得ξ=1.45.

可得管路彎頭局部壓力損失:

圖5 導(dǎo)流葉片F(xiàn)ig.5 Guide vane

2.3 風(fēng)機(jī)選擇

除塵器的阻力是影響塵源點(diǎn)負(fù)壓大小和抽風(fēng)量的主要因素.除塵器阻力變化,會(huì)引起系統(tǒng)各點(diǎn)負(fù)壓變化.除塵系統(tǒng)的阻力是由其所配套的風(fēng)機(jī)壓頭來(lái)克服的.一般風(fēng)機(jī)可產(chǎn)生的負(fù)壓有一個(gè)最大值.在煙氣流量Q一定的條件下,風(fēng)機(jī)壓頭是恒定的.只有將除塵器阻力控制在一定的范圍內(nèi),才能保證煙塵捕集達(dá)到設(shè)計(jì)效果.

因此,根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果及測(cè)量風(fēng)量選擇離心風(fēng)機(jī),型號(hào) Y5-47-11,轉(zhuǎn)數(shù) 1 480 r/min,流量25 663～48 410 m3/h,全壓 3 050～2 216 Pa.

3 結(jié) 論

(1)采用上述理論分析設(shè)計(jì)的布袋除塵器,達(dá)到了理想的除塵效果,粉塵濃度由原來(lái)的211.07 mg/m3降到 39 mg/m3.達(dá)到了《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(G B9078-1996)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求,粉塵濃度排放極限 100 mg/m3.

(2)除塵器已投入使用 1 a,設(shè)備及玻璃爐窯運(yùn)行穩(wěn)定,累計(jì)積塵量達(dá) 20余 t,大大較少了玻璃窯爐氣體對(duì)大氣的污染,給廠區(qū)及周圍居民提供了更加潔凈的生活環(huán)境.

[1] 胡傳鼎.通風(fēng)除塵設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003:23-38.

[2] 金國(guó)淼.除塵設(shè)備 [M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2002:323-342.

[3] 唐敬麟,張祿虎.除塵裝置系統(tǒng)及設(shè)備設(shè)計(jì)選用手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003:87-116.

[4] 孫一堅(jiān).簡(jiǎn)明通風(fēng)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1997:237-248.

[5] 陳強(qiáng).袋式除塵器內(nèi)氣流均勻性的數(shù)值模擬研究[D].上海:東華大學(xué),2005:17-31.

Calculation and Analysis on the Resistance of the Glass Furnace Bag Type Dust Collector

WANG Zhong1, CHEN Chang-zheng1, GU Yan-ling1, Q I Xiao-fang1, L IU Zi-han2
(1.Shenyang U niversity of Technology,Shenyang110870,China; 2.D ongbei U niversity of Finance&Econom ics,D alian116025,China)

U ltra-fine tiny dust particles can cause a greator harm to hum an body,bag dust rem oval system for its collection efficiency,and the processing large flow,reliable perform ance,free from dust resistivity influence on the gas flow and dust concentration strong adaptability,etc.,therefore it is w idely used in industrial dust-laden waste gas purification project.In this paper,intelligent soot dust sampling instrum ent was used to m easure the gas dust concentration,and the physical and chem ical of dust particles was analysised by scanning electron m icroscopy,by comparing the m easured pressure of the glass furnace operating conditions,and bag filter norm alw orking pressure of the environm ent,through theoretical calculating and analysising the dust bag system resistance,the dust rem oval system was designed reasonably to effectively reduce its resistance.The equipm ent has been put into use for one year,the actual application of the equipm ent has achieved good results.

glass furnace; bag type dust collector; resistance of the bag type dust collector

X513

A

1004-4639(2010)03-0271-04

2009-12-14

王仲(1983-),男,遼寧沈陽(yáng)人,碩士研究生在讀,主要從事設(shè)備故障診斷及控制的研究.

陳長(zhǎng)征(1964-),男,遼寧新民人,教授,博士,主要從事設(shè)備故障診斷及控制的研究.