粉塵捕集效率與定風(fēng)量閥應(yīng)用研究

劉秋新　陳芬　向金童　蔡美元　吳炯

（武漢科技大學(xué)　武漢430065）

粉塵捕集效率與定風(fēng)量閥應(yīng)用研究

劉秋新陳芬向金童蔡美元吳炯

（武漢科技大學(xué)武漢430065）

分析了造成除塵系統(tǒng)風(fēng)量阻力不平衡的因素，提出在除塵支管上裝設(shè)定風(fēng)量閥來(lái)穩(wěn)定各吸塵點(diǎn)風(fēng)量，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，在除塵管網(wǎng)支管上裝設(shè)定風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，可以有效的消除系統(tǒng)阻力不平衡和管網(wǎng)壓力波動(dòng)造成的吸塵點(diǎn)風(fēng)量偏差問(wèn)題。

定風(fēng)量閥 風(fēng)量平衡 吸塵點(diǎn)

0　引言

除塵系統(tǒng)是天生的異程管網(wǎng)，系統(tǒng)阻力不平衡是必然的。為了除塵系統(tǒng)高效安全的運(yùn)行，除塵系統(tǒng)運(yùn)行的首要問(wèn)題是解決管網(wǎng)系統(tǒng)的阻力平衡問(wèn)題。管網(wǎng)阻力不平衡的系統(tǒng) ，風(fēng)量沒(méi)有按需分配，造成部分抽風(fēng)點(diǎn)因風(fēng)量偏小導(dǎo)致風(fēng)管積灰堵塞，所以除塵效果差，而有的吸塵點(diǎn)因風(fēng)量過(guò)大易抽走有用物料或引起風(fēng)管彎頭及風(fēng)量調(diào)節(jié)閥磨穿。這些問(wèn)題嚴(yán)重影響著生產(chǎn)工藝或生產(chǎn)環(huán)境，因此為了保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行，需要對(duì)除塵系統(tǒng)風(fēng)量進(jìn)行調(diào)試，保證各吸塵點(diǎn)風(fēng)量滿足要求。隨著產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，近年來(lái)除塵系統(tǒng)規(guī)模越來(lái)越大，集中式除塵系統(tǒng)往往包含幾十乃至上百個(gè)吸塵罩 ，并聯(lián)管路繁多，管網(wǎng)不平衡性也越加嚴(yán)重，造成了除塵系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中問(wèn)題眾多甚至系統(tǒng)功能喪失。

針對(duì)目前除塵系統(tǒng)存在的風(fēng)量不平衡問(wèn)題，現(xiàn)有的解決方法是使用風(fēng)量調(diào)節(jié)閥或節(jié)流孔板來(lái)調(diào)節(jié)并聯(lián)支管之間的阻力不平衡，但由于影響除塵系統(tǒng)阻力不平衡的因素較多，單單一個(gè)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥很難全面的滿足除塵系統(tǒng)各吸塵點(diǎn)風(fēng)量平衡，且在實(shí)際運(yùn)行中 ，系統(tǒng)管網(wǎng)壓力實(shí)際波動(dòng)也會(huì)給各吸塵點(diǎn)造成風(fēng)量偏差，影響除塵效果等問(wèn)題。針對(duì)目前除塵系統(tǒng)壓力變化導(dǎo)致吸塵點(diǎn)風(fēng)量偏差而不能動(dòng)態(tài)及時(shí)調(diào)節(jié)的問(wèn)題，本文提出運(yùn)用定風(fēng)量閥來(lái)動(dòng)態(tài)有效地保證各吸塵點(diǎn)風(fēng)量分配，定風(fēng)量閥依靠風(fēng)管內(nèi)氣流壓力來(lái)定位控制閥門(mén)的位置，從而在一定壓力差范圍內(nèi)將氣流保持在預(yù)先設(shè)定的流量上，保證系統(tǒng)管網(wǎng)風(fēng)量的穩(wěn)定。

1　除塵系統(tǒng)風(fēng)量不平衡分析

1.1設(shè)計(jì)階段的風(fēng)量不平衡

設(shè)計(jì)時(shí)本身存在阻力不平衡問(wèn)題。除塵系統(tǒng)在設(shè)計(jì)階段，管網(wǎng)要做風(fēng)量平衡和阻力平衡計(jì)算 ，即各支管所分配的風(fēng)量與設(shè)計(jì)風(fēng)量一致，并聯(lián)管路之間的阻力損失基本相等，阻力損失不平衡率不宜超過(guò)10%［1］。而在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，很難滿足所有并聯(lián)管路間的阻力損失不平衡率都小于10%，因?yàn)楫?dāng)不平衡率大于10%時(shí)，一般會(huì)調(diào)整吸塵點(diǎn)所在支管的管徑和風(fēng)速，直到不平衡率小于10%，而除塵系統(tǒng)并聯(lián)管路多，系統(tǒng)復(fù)雜，調(diào)整管徑意味著系統(tǒng)配置要重新修改，以保證每個(gè)并聯(lián)管路都滿足阻力平衡，計(jì)算和圖紙修改工作量大，一般設(shè)計(jì)者不會(huì)進(jìn)行精確的水力計(jì)算求取。所以在除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)上很難做到系統(tǒng)的完全平衡，最終導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行中各除塵點(diǎn)的風(fēng)量分配不平衡，達(dá)不到高效的除塵效果。而且管徑變小后，對(duì)于大型除塵系統(tǒng) ，支管流速可能會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)流速，導(dǎo)致對(duì)管道的磨損加重，局部管件一旦磨損壞，從而造成新的不平衡。

1.2施工過(guò)程導(dǎo)致阻力不平衡

施工人員在施工過(guò)程中，不會(huì)百分之百的按圖施工，一般會(huì)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)備管道布置與鋪設(shè)，與設(shè)計(jì)圖紙有些許差異 ，導(dǎo)致設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)平衡發(fā)生變化。例如施工中，可能設(shè)計(jì)時(shí)采用的是圓弧型彎頭，由于受實(shí)際施工空間布局的局限 ，只能采用直角彎頭；或者是受空間的限制，施工過(guò)程中會(huì)適當(dāng)減小風(fēng)管管徑。這些施工過(guò)程中的變更，都會(huì)造成系統(tǒng)阻力的變化導(dǎo)致阻力不平衡從而引起各吸塵點(diǎn)風(fēng)量偏差。

1.3調(diào)試階段的風(fēng)量不平衡

目前除塵系統(tǒng)的風(fēng)量和阻力平衡大都采用在吸塵支管上安裝風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，通過(guò)調(diào)整閥門(mén)開(kāi)度改變支路的流動(dòng)阻力，從而達(dá)到阻力平衡［2］。除塵系統(tǒng)管網(wǎng)阻力調(diào)試從干管開(kāi)始 ，再到吸塵點(diǎn)支管，首先依次調(diào)節(jié)各干管的閥門(mén)開(kāi)度，使之分別接近各自的設(shè)計(jì)風(fēng)量；再逐個(gè)調(diào)節(jié)吸塵點(diǎn)支管上的閥門(mén)開(kāi)度；風(fēng)量大的干管，則吸塵點(diǎn)支管閥門(mén)開(kāi)度減小 ，風(fēng)量小的干管，則吸塵點(diǎn)支管閥門(mén)開(kāi)度增大，邊調(diào)節(jié)邊進(jìn)行測(cè)試，使之分別接近各自的設(shè)計(jì)風(fēng)量，直到各吸塵點(diǎn)運(yùn)行風(fēng)量與原始設(shè)計(jì)風(fēng)量之差百分比的絕對(duì)值均不大于25%，除塵系統(tǒng)管網(wǎng)阻力平衡為止。而調(diào)節(jié)閥通常采用蝶閥或插板閥，使用時(shí)存在偏流現(xiàn)象，磨損及漏風(fēng)嚴(yán)重，且閥門(mén)只在除塵系統(tǒng)調(diào)試時(shí)操作 ，一旦調(diào)試完成后，基本不再操作，實(shí)際使用率很低，導(dǎo)致實(shí)際運(yùn)行中閥門(mén)因銹蝕或粉結(jié)等原因無(wú)法動(dòng)作，形同虛設(shè)［3］。且在風(fēng)量調(diào)節(jié)過(guò)程中，由于管網(wǎng)系統(tǒng)中各支路之間的耦合關(guān)系，通過(guò)每個(gè)支路的流量變化都會(huì)引起其他支路流量變化，使各個(gè)支路風(fēng)量相互干擾很難實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的分配，經(jīng)常是已經(jīng)調(diào)好的風(fēng)量又發(fā)生變化，不得不反復(fù)調(diào)試，且系統(tǒng)吸塵點(diǎn)較多時(shí)，系統(tǒng)平衡調(diào)試難度大，工作量也大，很難調(diào)至完全平衡。

1.4系統(tǒng)后期改建導(dǎo)致平衡失調(diào)

除塵系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)風(fēng)量一般會(huì)在系統(tǒng)的計(jì)算風(fēng)量上附加20%的富余風(fēng)量，往往比實(shí)際需求的風(fēng)量大，系統(tǒng)建成后會(huì)在這20%附加的風(fēng)量范圍內(nèi)新增吸塵點(diǎn)，破壞原有系統(tǒng)的平衡，造成各吸塵點(diǎn)風(fēng)量出現(xiàn)偏差，除塵系統(tǒng)效果變差。系統(tǒng)新增吸塵點(diǎn)后，一般工人是不會(huì)再去調(diào)試系統(tǒng)的風(fēng)量平衡，一是大型的除塵系統(tǒng)平衡調(diào)試工作復(fù)雜且量大，二是支管上的風(fēng)量調(diào)節(jié)閥長(zhǎng)期不動(dòng)作 ，導(dǎo)致實(shí)際運(yùn)行中閥門(mén)因銹蝕或粉結(jié)等原因無(wú)法動(dòng)作，無(wú)法進(jìn)行有效調(diào)節(jié)。所以針對(duì)后期新增吸塵點(diǎn)的系統(tǒng)，很難保證系統(tǒng)風(fēng)量平衡。

影響除塵系統(tǒng)阻力平衡的因素眾多，常規(guī)的阻力平衡調(diào)節(jié)方法不僅不能考慮到所有影響各吸塵點(diǎn)風(fēng)量的因素，還不能動(dòng)態(tài)跟蹤管網(wǎng)壓力的實(shí)際波動(dòng)從而保證系統(tǒng)風(fēng)量分配。所以本文提出在各吸塵點(diǎn)的垂直支管上安裝定風(fēng)量閥裝置 ，保證各吸塵點(diǎn)風(fēng)量滿足設(shè)計(jì)要求，管網(wǎng)壓力波動(dòng)時(shí)，可自行調(diào)節(jié)維持風(fēng)量穩(wěn)定。

2　定風(fēng)量調(diào)節(jié)閥在除塵系統(tǒng)中的應(yīng)用

除塵系統(tǒng)投入使用中，管網(wǎng)壓力也是動(dòng)態(tài)波動(dòng)，導(dǎo)致各吸塵點(diǎn)的風(fēng)量動(dòng)態(tài)變化，偏離設(shè)計(jì)流量，相互干擾，單靠風(fēng)量調(diào)節(jié)閥也很難保證各吸塵點(diǎn)風(fēng)量平衡。

把定風(fēng)量閥運(yùn)用到除塵系統(tǒng)，根據(jù)定風(fēng)量閥可自身調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，可以滿足除塵系統(tǒng)管網(wǎng)壓力的實(shí)際波動(dòng)，動(dòng)態(tài)地維持各吸塵的的風(fēng)量穩(wěn)定，保證除塵系統(tǒng)高效的運(yùn)行。同時(shí)定風(fēng)量閥是一種機(jī)械式自動(dòng)裝置，機(jī)械式定風(fēng)量調(diào)節(jié)閥簡(jiǎn)化了除塵系統(tǒng)繁雜的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，消除了并聯(lián)管網(wǎng)間風(fēng)量變化的相互影響，當(dāng)管段壓力發(fā)生變化時(shí)，定風(fēng)量閥會(huì)根據(jù)壓力的變化做出動(dòng)作，補(bǔ)償壓力變化量，從而維持風(fēng)量在設(shè)計(jì)值下，穩(wěn)定風(fēng)量。定風(fēng)量閥風(fēng)量控制不需要外加動(dòng)力，它依靠風(fēng)管內(nèi)氣流力來(lái)定位控制閥門(mén)的位置，從而在整個(gè)壓力差范圍內(nèi)將氣流保持在預(yù)先設(shè)定的流量上。

圖1 除塵系統(tǒng)

圖1是定風(fēng)量閥在除塵系統(tǒng)中應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)測(cè)試除塵系統(tǒng)圖，試驗(yàn)臺(tái)由旋風(fēng)除塵器、4個(gè)吸塵點(diǎn)、風(fēng)機(jī)一臺(tái)、除塵管道、定風(fēng)量閥、風(fēng)量調(diào)節(jié)閥搭建而成，粉塵采用滑石粉進(jìn)行試驗(yàn)，定風(fēng)量閥風(fēng)量見(jiàn)表1。除塵系統(tǒng)初始有1、3、4號(hào)3個(gè)吸塵點(diǎn)，1、2、4號(hào)吸塵點(diǎn)垂直管上接定風(fēng)量閥 ，3號(hào)吸塵點(diǎn)接風(fēng)量調(diào)節(jié)閥；2號(hào)吸塵點(diǎn)是后期改建新增吸塵點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)參數(shù)如下：

（1）風(fēng)機(jī)額定風(fēng)量1 828 m3/h，全壓為833 Pa。

（2）系統(tǒng)漏風(fēng)率測(cè)試為7.78%。

（3）定風(fēng)量閥規(guī)格120×120。

表1　定風(fēng)量閥風(fēng)量對(duì)應(yīng)表　m3/h

除塵初始系統(tǒng)1、3、4號(hào)吸塵點(diǎn)并聯(lián)管路間阻力不平衡率計(jì)算值均小于10%，系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本平衡，系統(tǒng)初始風(fēng)量分配見(jiàn)表2。人為改變各支管閥門(mén)前后壓差，各吸塵點(diǎn)風(fēng)量分配見(jiàn)表3。在1、3號(hào)吸塵點(diǎn)之間新增一個(gè)吸塵點(diǎn)，系統(tǒng)各吸塵點(diǎn)風(fēng)量分配見(jiàn)表4。

表2　吸塵點(diǎn)風(fēng)量初始分配表

表3　改變閥前后壓差吸塵點(diǎn)風(fēng)量分配表

表4　新增吸塵點(diǎn)后吸塵點(diǎn)風(fēng)量分配表

各吸塵點(diǎn)初始風(fēng)量偏差都小于2%，除塵效果較好，系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，平衡性好，現(xiàn)改變各支管閥門(mén)前后壓差，測(cè)試管道壓力改變后，各吸塵點(diǎn)的實(shí)際風(fēng)量值見(jiàn)表3。從表中可以看出，改變支管壓力值，裝有定風(fēng)量閥的吸塵點(diǎn)，其實(shí)際風(fēng)量基本穩(wěn)定在設(shè)定值附近，最大的風(fēng)量波動(dòng)也只有1.86%，除塵效果較好；而裝有風(fēng)量調(diào)節(jié)閥的支管處的吸塵點(diǎn)風(fēng)量隨壓力的波動(dòng)很大，閥前后壓差改變?cè)酱?，吸塵點(diǎn)風(fēng)量越小，吸塵效果越差。此現(xiàn)象說(shuō)明，定風(fēng)量閥能很好地穩(wěn)定管道壓力波動(dòng)時(shí)除塵系統(tǒng)吸塵點(diǎn)風(fēng)量，保證除塵效果，而一般的風(fēng)量調(diào)節(jié)閥做不要這一點(diǎn)。

從表4中可以看出，當(dāng)在原有的除塵系統(tǒng)上新增一個(gè)吸塵點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)各并聯(lián)支管之間的阻力平衡被打破，從而引起原有各吸塵點(diǎn)的風(fēng)量改變 ，但是從表4中可以看出，設(shè)有定風(fēng)量閥的支管，其吸塵點(diǎn)的風(fēng)量變化率很小，基本上等于設(shè)計(jì)風(fēng)量，說(shuō)明定風(fēng)量閥能自發(fā)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)阻力變化引起的風(fēng)量變化，穩(wěn)定風(fēng)量在設(shè)定值附近，而裝風(fēng)量調(diào)節(jié)閥的吸塵點(diǎn)，其風(fēng)量明顯偏離風(fēng)量設(shè)定值 ，造成除塵效果較差。

從上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)分析可以看出，定風(fēng)量閥能自發(fā)地穩(wěn)定系統(tǒng)壓力波動(dòng)下各吸塵點(diǎn)的風(fēng)量在設(shè)計(jì)值附近，維持除塵支管之間風(fēng)量平衡，保證除塵功能，且定風(fēng)量閥本身不額外消耗能量，性能優(yōu)于傳統(tǒng)的風(fēng)量調(diào)節(jié)閥。

3　結(jié)論

（1）現(xiàn)有除塵系統(tǒng)風(fēng)量平衡調(diào)試復(fù)雜，需反復(fù)調(diào)試，工作量大，運(yùn)用定風(fēng)量閥，可以簡(jiǎn)化除塵系統(tǒng)復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工作。

（2）現(xiàn)有的除塵系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中很難平衡吸塵點(diǎn)風(fēng)量 ，運(yùn)用定風(fēng)量調(diào)節(jié)閥可以有效的穩(wěn)定吸塵點(diǎn)風(fēng)量，在一定壓力波動(dòng)范圍內(nèi)免去管網(wǎng)壓力實(shí)際波動(dòng)對(duì)吸塵點(diǎn)風(fēng)量的影響，保證各吸塵點(diǎn)高效運(yùn)行。

［1］GB 50736—2012民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］孫軍軍，常麗.阻力平衡器在除塵管網(wǎng)中的應(yīng)用［J］.工業(yè)安全與環(huán)保，2007，33（10）：13-14.

［3］黃勇波.除塵管網(wǎng)阻力平衡與節(jié)能運(yùn)行研究［J］.鋼鐵技術(shù)，2010（5）：51-54.

Efficiency of Dust Catching and Application of Constant Air Flow Valve
in the Dust Removal System

LIU Qiuxin CHEN Fen XIANG Jintong CAIMeiyuan WU Jiong
（Wuhan University of Science and Technology Wuhan 430065）

Dust removal system air flow resistance unbalance is analyzed，and itis proposed to set constant air flow valve in dust manifold tops to stabilize each vacuuming point air flow.Through the experiment，it is proved that the setting of constant air volume valve in dust pipe manifold tops can effectively eliminate the air flow deviation caused by unbalanced system resistance and pipe network pressure fluctuations.

constant air volume valve air volume balance vacuuming point air

劉秋新，男，1956年生 ，博士，教授，碩士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)榕照{(diào)、供熱與通風(fēng)除塵、大氣污染控制、冰蓄冷技術(shù)。

（2016-03-09）