旋風(fēng)布袋聯(lián)合除塵試驗(yàn)臺(tái)除塵效率分析研究

旋風(fēng)布袋聯(lián)合除塵試驗(yàn)臺(tái)除塵效率分析研究摘要：為了改善大氣環(huán)境，在現(xiàn)有工業(yè)通風(fēng)除塵方式的基礎(chǔ)上，將旋風(fēng)除塵器與布袋除塵器相組合，構(gòu)成旋風(fēng)布袋聯(lián)合除塵試驗(yàn)臺(tái)，并以某熱電廠排灰為樣灰，通過(guò)轉(zhuǎn)變樣灰的濃度、質(zhì)量和種類，利用聯(lián)合除塵試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)討論在不同狀態(tài)下含塵氣流中PM2.5、PM10的去除效率，以確定旋風(fēng)布袋聯(lián)合除塵效果。關(guān)鍵詞：工業(yè)除塵；布袋除塵器；旋風(fēng)除塵器；旋風(fēng)布袋聯(lián)合除塵試驗(yàn)臺(tái)工業(yè)通風(fēng)是掌握工業(yè)污染物對(duì)室內(nèi)外空氣環(huán)境影響和破壞的一門技術(shù)，其任務(wù)是有效掌握污染源散發(fā)的粉塵和有害有毒氣體，使工作場(chǎng)所或生活環(huán)境的粉塵和有害氣體濃度掌握在標(biāo)準(zhǔn)濃度規(guī)定值以下，以保證環(huán)境高質(zhì)量，保障人們的身體健康。隨著電廠容量越來(lái)越大，用煤量增多，燃煤鍋爐產(chǎn)生的煙氣使很多城市和地區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量嚴(yán)峻惡化，加強(qiáng)對(duì)燃煤電廠排出的廢氣進(jìn)行除塵非常重要。為了從源頭改善環(huán)境污染問(wèn)題，我們對(duì)目前的除塵方式進(jìn)行優(yōu)化，選擇旋風(fēng)布袋聯(lián)合除塵器為討論對(duì)象對(duì)其除塵效率進(jìn)行分析。1除塵器的除塵原理1.1旋風(fēng)除塵器的除塵原理旋風(fēng)除塵器是一種干式除塵器，主要原理是通過(guò)離心力和重力來(lái)進(jìn)行除塵。當(dāng)含塵氣體進(jìn)入旋風(fēng)除塵器筒體后，沿外壁由上而下作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這股向下旋轉(zhuǎn)的氣流稱為外渦旋。在這一過(guò)程中，含塵氣流中的塵粒質(zhì)量遠(yuǎn)大于氣體質(zhì)量，塵粒受較大離心力的作用而碰向筒體壁面，又在重力的作用下落入灰斗。含塵氣體外渦旋運(yùn)動(dòng)到筒底之后，轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)渦旋沿筒體向上運(yùn)動(dòng)，其中大部分塵粒已在外渦旋的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中除去，得到較潔凈的氣體。之后，較潔凈的氣體沿筒體軸線自下向上旋轉(zhuǎn)，經(jīng)排風(fēng)口排出。這股向上旋轉(zhuǎn)的氣流稱為內(nèi)渦旋。1.2袋式除塵器的除塵原理袋式除塵器也屬于干式除塵器，是利用纖維加工而成的袋式過(guò)濾原件（濾袋）進(jìn)行過(guò)濾除塵。含塵氣體進(jìn)入濾袋之后，在濾袋內(nèi)表面將粉塵分別捕集，凈化后的空氣透過(guò)濾袋從排氣筒排出。由于濾料本身網(wǎng)孔直徑較大，一般為20μm～50μm，所以新制濾袋的除塵效率不高，只有待濾袋有了粉塵初層后除塵效率才會(huì)高。也就是說(shuō)，含塵氣體經(jīng)過(guò)濾料時(shí)，氣體中的粉塵一部分由于慣性碰撞直接落入灰斗中，另一部分則被阻留在濾料外表面，隨著附著在濾料外表面的粉塵量增加，會(huì)在濾料表面形成粉塵初層。袋式除塵器的過(guò)濾作用就是依靠粉塵初層進(jìn)行的。1.3旋風(fēng)布袋除塵器的除塵原理旋風(fēng)布袋除塵器是將旋風(fēng)除塵器與袋式除塵器串聯(lián)，以旋風(fēng)除塵器為粗除塵設(shè)備、袋式除塵器為細(xì)除塵設(shè)備的聯(lián)合除塵器。該聯(lián)合除塵器包括了上述旋風(fēng)除塵器和袋式除塵器的全部構(gòu)造及特點(diǎn)。含塵氣體進(jìn)入旋風(fēng)除塵器，在重力和離心力共同作用下完成對(duì)含塵氣體的粗除塵，粗除塵的氣體進(jìn)入布袋除塵器后，通過(guò)濾袋外表面的粉塵初層，一部分被阻留并附著在濾袋外表面連續(xù)形成粉塵初層，另一部分由于慣性碰撞落入灰斗中，凈化的氣體則從濾袋內(nèi)部排出。2聯(lián)合除塵試驗(yàn)臺(tái)除塵效率討論2.1試驗(yàn)裝置聯(lián)合除塵試驗(yàn)臺(tái)主要由風(fēng)機(jī)電機(jī)、風(fēng)機(jī)、出風(fēng)管、除塵工作區(qū)、落灰斗、操作臺(tái)、進(jìn)風(fēng)管、鋼絲橡膠軟管、投料口、進(jìn)風(fēng)管、圓筒體、圓錐體、灰斗等組成，詳細(xì)裝置如圖1所示。2.2試驗(yàn)?zāi)康脑囼?yàn)以含塵氣體中PM2.5和PM10濃度為指標(biāo)，定量評(píng)價(jià)旋風(fēng)布袋聯(lián)合除塵試驗(yàn)臺(tái)效率。公式如下：<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009042329420359.png”alt=“1.png”width=“388”height=“76”/式中：η為聯(lián)合除塵試驗(yàn)臺(tái)效率；ρ1為聯(lián)合除塵試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)風(fēng)口氣體密度；ρ2為聯(lián)合除塵試驗(yàn)臺(tái)出風(fēng)口氣體密度。2.3試驗(yàn)步驟步驟一，用濃度儀正確連接試驗(yàn)臺(tái)和電腦設(shè)備，留意濃度儀導(dǎo)管與氣流方向相反安裝；步驟二，調(diào)整風(fēng)量調(diào)整閥，打開(kāi)風(fēng)機(jī)，記錄此時(shí)風(fēng)速；步驟三，風(fēng)機(jī)運(yùn)行10min后，將試驗(yàn)樣灰1勻稱、緩慢地放入旋風(fēng)除塵器粉塵盒；步驟四，觀看顯示器上進(jìn)、出風(fēng)口濃度變化曲線，待曲線不再變化時(shí)，將濃度變化曲線導(dǎo)出為表格形式；步驟五，徹底關(guān)閉風(fēng)機(jī)后，啟動(dòng)氣泵，進(jìn)行反吹清灰；步驟六，重復(fù)步驟二至步驟五3次；步驟七，保持風(fēng)機(jī)風(fēng)速不變，選用試驗(yàn)樣灰2重復(fù)步驟三至步驟五；步驟八，連續(xù)使用試驗(yàn)樣灰2，轉(zhuǎn)變風(fēng)機(jī)風(fēng)速，重復(fù)步驟三至步驟五3次；步驟九，先關(guān)閉風(fēng)機(jī)、氣泵，然后關(guān)閉設(shè)備總電源。2.4試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總（1）相同風(fēng)量下，同種灰塵進(jìn)行不同試驗(yàn)次數(shù)，分析除塵效率。試驗(yàn)時(shí)，我們進(jìn)行了大量重復(fù)的試驗(yàn)，在此選擇了4組試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行試驗(yàn)分析。第一次試驗(yàn)分析的結(jié)果見(jiàn)表1；其次次試驗(yàn)分析的結(jié)果見(jiàn)表2；第三次試驗(yàn)分析的結(jié)果見(jiàn)表3；第四次試驗(yàn)分析的結(jié)果見(jiàn)表4；不同次數(shù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析見(jiàn)圖2。表1PM2.5、PM10的質(zhì)量濃度及除塵效率分析表（試驗(yàn)一）<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009042329421084.png”alt=“1.png”width=“410”height=“148”/表2PM2.5、PM10的質(zhì)量濃度及除塵效率分析表（試驗(yàn)二）<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009042329424471.png”alt=“2.png”width=“407”height=“152”/表3PM2.5、PM10的質(zhì)量濃度及除塵效率分析表（試驗(yàn)三）<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009042329432785.png”alt=“3.png”width=“411”height=“149”/<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009042329434354.png”alt=“4.png”width=“655”height=“346”/圖1旋風(fēng)布袋聯(lián)合除塵試驗(yàn)臺(tái)表4PM2.5、PM10的質(zhì)量濃度及除塵效率分析表（試驗(yàn)四）<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009042329433478.png”alt=“1.png”width=“419”height=“151”/由圖2可以看出，在相同風(fēng)量、相同質(zhì)量的同種灰塵的4次試驗(yàn)中（每次試驗(yàn)都未清灰），PM2.5、PM10的除塵效率呈上升趨勢(shì)。由此可以得出結(jié)論：在袋式除塵器清灰過(guò)程中，同種灰體在同一風(fēng)量的抽吸下進(jìn)行除塵，隨著試驗(yàn)次數(shù)的增加，除塵效率逐步增加并趨于穩(wěn)定，但假如次數(shù)過(guò)多時(shí)，試驗(yàn)設(shè)備積攢灰塵太多，難以清理，導(dǎo)致除塵效率下降。（2）同種灰塵在不同流量的狀況下，除塵效率的對(duì)比分析。第一，聯(lián)合除塵器風(fēng)量的計(jì)算。查閱資料得知，皮托管的測(cè)量原理如圖3所示，在試驗(yàn)室我們測(cè)得的聯(lián)合除塵器有兩個(gè)截面——Ⅰ—Ⅰ、Ⅱ—Ⅱ（如圖3所示）。在皮托管探針前，Ⅰ—Ⅰ截面沒(méi)有任何流淌截面的影響，塵埃流體光束是平行的，它們形成一個(gè)定期的流速分布，對(duì)等于靜壓各點(diǎn)的橫截面；Ⅱ—Ⅱ截面流淌受到影響，流體流束密集，氣流的流速加快，其靜壓降低。由2個(gè)截面上的伯努利方程整理得到的公式為：<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009042329433744.png”alt=“1.png”width=“408”height=“68”/式中：P2為總壓力，Pa；P1為靜壓力，Pa。如圖3所示，若在物體B點(diǎn)開(kāi)一個(gè)孔，由于勻稱流場(chǎng)中靜壓力相等，則P1=P2=P0；令P2=P1，v1=v，則式（2）就變成為：<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009042329444712.png”alt=“2.png”width=“388”height=“104”/式中：P-P0為流場(chǎng)中某一點(diǎn)流體的動(dòng)壓力。其次，風(fēng)量計(jì)算。試驗(yàn)裝置的進(jìn)氣管道直徑D=0.1m，氣流密度ρ=1.30kg/m3，試驗(yàn)數(shù)據(jù)與計(jì)算的結(jié)果如表5所示。第三，計(jì)算結(jié)論分析說(shuō)明。試驗(yàn)過(guò)程中，由于設(shè)備及條件的限制，我們做了一些數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)略估算。首先，忽視了含塵氣流的密度變化。正常狀況下，試驗(yàn)中整個(gè)含塵氣流的密度ρ是應(yīng)當(dāng)發(fā)生變化的。其次，忽視了含塵氣流在整個(gè)除塵過(guò)程中的壓降損失。正常狀況下，試驗(yàn)中含塵氣流從管道的進(jìn)口到出口，氣流的流量是不全都的，但考慮到試驗(yàn)室的試驗(yàn)裝置比較小，濾袋的面積也比較小，我們把計(jì)算的修正系數(shù)都考慮為1，忽視了這一部分壓降損失。通過(guò)這些數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)化，能夠便利地計(jì)算出所需要的風(fēng)量。第四，相同質(zhì)量不同流量的含塵氣流的試驗(yàn)分析。相同質(zhì)量濃度的含塵煙氣在不同的流量下，分析其除塵效率是分析袋式除塵器性能的重要指標(biāo)，所以要進(jìn)行其除塵效率對(duì)比。在0.013m3/s的流量下，30g灰塵的除塵效率分析結(jié)果見(jiàn)表6；在0.018m3/s的流量下，30g灰塵的除塵效率分析結(jié)果見(jiàn)表7；在0.022m3/s的流量下，30g灰塵的除塵效率分析結(jié)果見(jiàn)表8；相同質(zhì)量不同流量的含塵氣流的試驗(yàn)結(jié)果分析對(duì)比結(jié)果見(jiàn)圖4。<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009042329440782.png”alt=“1.png”width=“527”height=“310”/圖24次試驗(yàn)PM2.5、PM10除塵效率折線圖<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009042329443669.png”alt=“2.png”width=“559”height=“319”/圖3皮托管原理圖表5試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009042329449250.png”alt=“1.png”width=“676”height=“83”/表6PM2.5、PM10的質(zhì)量濃度及除塵效率分析表（流量為0.013m3/s）<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009042329447322.png”alt=“1.png”width=“411”height=“149”/表7PM2.5、PM10的質(zhì)量濃度及除塵效率分析表（流量為0.018m3/s）<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009042329451863.png”alt=“1.png”width=“414”height=“154”/表8PM2.5、PM10的質(zhì)量濃度及除塵效率分析表（流量為0.022m3/s）<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009042329453686.png”alt=“2.png”width=“414”height=“153”/通過(guò)以上3組試驗(yàn)，我們得出了相應(yīng)的數(shù)據(jù)并建立了相應(yīng)的數(shù)據(jù)表格。通過(guò)以上表格，可觀看到一些數(shù)據(jù)的變化，為了更直觀地反映這種變化，用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)曲線圖來(lái)進(jìn)行走勢(shì)分析（見(jiàn)圖4）。從圖4可以看出：袋式除塵器的除塵效率隨著含塵氣體流量的增加而增加。但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，風(fēng)量和風(fēng)速都不能太大。風(fēng)速太大含塵氣流的流速就會(huì)過(guò)大，一方面會(huì)使袋式除塵器的濾料發(fā)生抖動(dòng)簡(jiǎn)單脫落，另一方面會(huì)把吸附在濾料表面的粉塵以及粉塵初層吹掉，反而降低除塵效率。所以，在使用過(guò)程中，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)娘L(fēng)量、風(fēng)速來(lái)進(jìn)行除塵，千萬(wàn)不能適得其反。<imgsrc=“/UploadFiles/2020001/20209/Env/202009042329456664.png”alt=“1.png”width=“576”heig