濕式除塵器優(yōu)化設(shè)計(jì)探討

崔茂展 巨李娜

摘 ?要：霧霾天氣形成的原因之一，在于燃煤鍋爐細(xì)微顆粒排放負(fù)荷較大，需采取濕式除塵器去除氣體酸霧與細(xì)顆粒物?；诖耍恼轮饕詽袷匠龎m器模型為切入點(diǎn)，從除塵風(fēng)量、過(guò)濾單元及脫水單元這幾方面出發(fā)，對(duì)濕式除塵器性能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，測(cè)試結(jié)果滿足過(guò)濾要求，以期為相關(guān)工作者提供參考。

關(guān)鍵詞：濕式除塵器;除塵效率;過(guò)濾;優(yōu)化設(shè)計(jì)

引言

我國(guó)作為能源消費(fèi)與生產(chǎn)大國(guó)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展下電力工業(yè)穩(wěn)定、持續(xù)的增長(zhǎng)，煤炭逐漸在發(fā)電與一次能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位，預(yù)計(jì)2050年一次能源中煤炭占比超過(guò)50%。而煤炭不完全燃燒會(huì)有諸多環(huán)境污染物產(chǎn)生，對(duì)人類健康及生態(tài)環(huán)境造成污染，特別是細(xì)顆粒物污染成為形成灰霾天氣、降低大氣能見(jiàn)度的最主要原因。濕式除塵器作為處理顆粒與粉塵的重要設(shè)備，能夠去除含濕氣體的酸霧、粉塵等，為提高處理效率，需優(yōu)化濕式除塵器設(shè)計(jì)，以改進(jìn)現(xiàn)有設(shè)備的不足。

一、濕式除塵器模型

某公司熱電二期工程中，鍋爐濕式除塵器為2*150t/h物理模型見(jiàn)圖1。主要是根據(jù)除塵器裝置，應(yīng)用Gambit2.4.6完成繪制，建立物理模型的尺寸、結(jié)構(gòu)嚴(yán)格參照反應(yīng)器與設(shè)備CAD圖紙資料。

根據(jù)除塵器圖紙，簡(jiǎn)化除塵器便于建模，其簡(jiǎn)化內(nèi)容為不考慮鋼支撐細(xì)微結(jié)構(gòu)，忽略內(nèi)部鋼支撐結(jié)構(gòu)，接口均采取無(wú)縫連接。根據(jù)物理模型劃分網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)模型。濕式除塵器多孔介質(zhì)與主體部分應(yīng)用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)出口部分選用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)絡(luò)填充，多孔板安裝的復(fù)雜空間則采取非結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)劃分。考慮計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力、計(jì)算精度，加密處理陽(yáng)極板安裝區(qū)域，其余網(wǎng)格密度較小，網(wǎng)格質(zhì)量經(jīng)過(guò)檢查符合要求。

二、濕式除塵器性能優(yōu)化設(shè)計(jì)

除塵過(guò)程中，濕式除塵器關(guān)鍵環(huán)節(jié)是除塵風(fēng)量、脫水降塵與過(guò)濾除塵，需以此為研究重點(diǎn)，進(jìn)行性能優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1.除塵風(fēng)量設(shè)計(jì)

濕式除塵器在工作過(guò)程中，除塵風(fēng)量對(duì)于工作效率、質(zhì)量具有直接影響，控制室內(nèi)溫度23℃，大氣壓744.9mmHg下，按照進(jìn)口處氣體混塵產(chǎn)塵，通過(guò)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，改變除塵器進(jìn)口風(fēng)速，按照風(fēng)速確定粉塵濃度，通過(guò)計(jì)算公式獲得除塵器除塵效率，以此明確進(jìn)口風(fēng)速與除塵效率的變化規(guī)律。為直觀形象描述不同風(fēng)量下除塵器除塵效率與出口粉塵濃度，繪制示意圖見(jiàn)圖2。

以此可知，除塵器進(jìn)風(fēng)口速度增加，出口粉塵濃度減少，風(fēng)速超過(guò)13.6m/s后粉塵出口濃度增加，為保證除塵效果良好，需綜合考慮除塵效率、出口粉塵濃度曲線，控制除塵器風(fēng)速為13.6-14.5m/s，控制除塵器處理量為4700-5011m3/h，提高除塵效果，除塵效率超過(guò)99.89%。

2.過(guò)濾單元設(shè)計(jì)

濕式除塵器在過(guò)濾布置中，其處于風(fēng)機(jī)與噴霧單元之間，為負(fù)壓除塵模式，此種模式除塵與噴霧霧滴接觸時(shí)間較短，霧滴與粉塵未充分混合就已經(jīng)達(dá)到過(guò)濾單元，主要是依靠過(guò)濾單元中通過(guò)噴霧形成水膜攔截粉塵，預(yù)濕潤(rùn)較短，達(dá)到過(guò)濾單元前，霧滴捕捉粉塵不足，降低了除塵效率。而正壓除塵方式，可有效彌補(bǔ)負(fù)壓除塵霧滴與粉塵接觸短的問(wèn)題，過(guò)濾單元處于風(fēng)機(jī)后，通過(guò)風(fēng)機(jī)對(duì)噴霧霧滴和粉塵高速混合攪拌，能夠達(dá)到良好霧滴霧化效果，有助于粉塵捕捉，予以霧滴粉塵捕捉時(shí)間，以過(guò)濾單元攔截，可提高除塵效率。并且，過(guò)濾單元能夠凝聚小顆粒霧滴為大顆粒霧滴，安裝在風(fēng)機(jī)后可提高脫水效率。在驗(yàn)證過(guò)程中，根據(jù)負(fù)壓除塵、正壓除塵布置方式，其他條件相同展開(kāi)試驗(yàn)（見(jiàn)表1）。

以此可知，相較于負(fù)壓除塵，正壓除塵效率、脫水效率較為優(yōu)秀，但在工藝流程中，含塵氣流需經(jīng)過(guò)風(fēng)機(jī)后過(guò)濾，易磨損風(fēng)機(jī)，不適宜強(qiáng)腐蝕性、顆粒粗的氣流除塵。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用情況，熱電工作中粉塵多為煙塵、煤塵，不具有腐蝕性，且配套工藝中，前端吸塵罩有骨架風(fēng)筒與大顆粒阻攔網(wǎng)，能夠在該階段沉降大顆粒粉塵，通過(guò)攔截網(wǎng)實(shí)現(xiàn)二次攔截，所以該工程可選用正壓除塵方式。

而在過(guò)濾網(wǎng)設(shè)計(jì)中，原本采取單層不銹鋼過(guò)濾網(wǎng)，受到顆粒物與風(fēng)速的作用，易造成過(guò)濾網(wǎng)損壞，平均應(yīng)用周期為1個(gè)月，孔隙是610μm，可攔截較大粉塵顆粒，小顆粒粉塵攔截率不高。多層組合過(guò)濾網(wǎng)能夠高效攔截粉塵，由間隔結(jié)構(gòu)層與多層過(guò)濾網(wǎng)構(gòu)成，可分級(jí)攔截粒徑不同的粉塵，結(jié)構(gòu)層具有增加使用周期，加強(qiáng)過(guò)濾強(qiáng)度的作用，保持過(guò)濾網(wǎng)固定間隙，以免粉塵夾雜于過(guò)濾網(wǎng)中堵塞過(guò)濾單元。而不同過(guò)濾網(wǎng)層數(shù)受到風(fēng)速不同，除塵效率和阻力不同，經(jīng)過(guò)分析可知，風(fēng)速越高，阻力越大，降低了除塵效率，過(guò)濾網(wǎng)層數(shù)多，則除塵效率也有所提高，根據(jù)綜合考慮，過(guò)濾網(wǎng)選擇初級(jí)濾網(wǎng)1層+精細(xì)濾網(wǎng)2層的組合模式。

3.脫水單元設(shè)計(jì)

在除塵器中，脫水單元作為最后降塵環(huán)節(jié)，能夠在脫水器下將塵霧滴下變成塵水，將其流出除塵器，以滿足除塵效果。濕式除塵器中旋流脫水應(yīng)用廣泛，也是原本機(jī)型應(yīng)用的結(jié)構(gòu)，但外形尺寸、結(jié)構(gòu)阻力較大，脫水效率不足，運(yùn)行中出水口可見(jiàn)水霧較多。而波紋板脫水結(jié)構(gòu)擁有小尺寸、脫水效率高特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)應(yīng)用少，主要是研究波紋板性能少。因此，試驗(yàn)中通過(guò)研究波紋板脫水器參數(shù)，測(cè)試不同風(fēng)速下該設(shè)備脫水效率、設(shè)備阻力，獲得脫水速率、風(fēng)速及阻力之間關(guān)系。以此可知，風(fēng)速處于12.8-14.1m/s范圍時(shí)，脫水效率超過(guò)98.5%，風(fēng)速低于12.8m/s或高于14.1m/s，降低了脫水效率，能夠在除塵器尾部看到諸多水霧，設(shè)計(jì)中風(fēng)速越高，設(shè)備斷面積隨之減小，外形尺寸也減小，在風(fēng)速設(shè)計(jì)中選擇14.1m/s，以達(dá)到良好脫水效率。

三、濕式除塵器性能測(cè)試

測(cè)試濕式除塵器性能，選用325目滑石粉為試驗(yàn)粉塵，將其融于酒精后攪拌，做成載玻片，獲得粉塵粒徑分布，在發(fā)塵量4.7g/m3，水量13.5gal/min下測(cè)試14.1m/s的濕式除塵器效率，采樣時(shí)間為10min（見(jiàn)表2）。

以此可知，濕式除塵器在14.1m/s時(shí)，采樣效率分別是99.93%、99.72%、99.08%，平均效率是99.57%，而發(fā)塵量效率是99.54%、99.71%、99.14%，平均效率是99.46%，數(shù)據(jù)接近，表明結(jié)果準(zhǔn)確性，其效率滿足工作要求。

總結(jié)：

綜上所述，在我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程推進(jìn)下，環(huán)境污染與經(jīng)濟(jì)發(fā)展矛盾日益突出，增加了環(huán)保壓力，特別是部分地區(qū)嚴(yán)重的霧霾現(xiàn)象，阻礙出行。為此，應(yīng)當(dāng)結(jié)合濕式除塵器結(jié)構(gòu)模型，通過(guò)多方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)，應(yīng)用選擇初級(jí)濾網(wǎng)1層+精細(xì)濾網(wǎng)2層的組合，控制風(fēng)速14.1m/s，其平均除塵效率達(dá)到99.46%，滿足工作要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 李剛，王運(yùn)敏，金龍哲.移動(dòng)式礦用濕式振弦旋流除塵器的機(jī)理分析及實(shí)驗(yàn)研究[J].金屬礦山，2019（09）：167-171.

[2] 徐超，仲兆平.濕式電除塵器流場(chǎng)模擬與優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].電站系統(tǒng)工程，2018，34（05）：9-12.

2594501705246