玻璃爐窯袋式除塵器阻力計算分析

王 仲, 陳長征, 谷艷玲, 齊曉芳, 劉姿含

(1.沈陽工業大學振動噪聲研究所,遼寧沈陽 110870; 2.東北財經大學研究生院,遼寧大連 116025)

玻璃爐窯袋式除塵器阻力計算分析

王 仲1, 陳長征1, 谷艷玲1, 齊曉芳1, 劉姿含2

(1.沈陽工業大學振動噪聲研究所,遼寧沈陽 110870; 2.東北財經大學研究生院,遼寧大連 116025)

超細微小粉塵顆粒對人體危害較大,袋式除塵系統因其捕集效率高、處理流量大、性能可靠、不受粉塵比電阻的影響、對氣體流量及含塵濃度適應性強等優點,因此,廣泛應用于工業含塵廢氣凈化工程中.應用智能油煙煙塵采樣儀對氣體含塵濃度進行測量,并采用掃描電鏡對粉塵顆粒進行理化分析,比較實測玻璃窯爐壓力工況和布袋除塵器正常工作的壓力環境,通過對袋式除塵系統阻力的理論計算及分析,對除塵系統進行合理設計,有效減小除塵系統阻力.設備投入使用 1 a,實際應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,尤其對對人體危害最大的 5μm以下的超細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,對氣體流量及含塵濃度適應性強,因此,廣泛應用于工業含塵廢氣凈化工程.但由于濾料普遍不耐高溫,特殊濾料成本過高;另外在凈化黏性及吸濕性強的含塵氣體時,當氣體溫度低于露點溫度則會產生糊袋現象,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,針對其復雜工況,對布袋除塵器進行優化設計.通過理論分析和實踐應用,取得了良好的除塵效果.

1 窯爐數據采集

玻璃窯爐與其它窯爐不同之處在于燃燒時爐窯壓力穩定性要求高.設計時采用智能油煙煙塵采樣儀,設備如圖 1所示.對玻璃窯爐壓力進行測量,數據如表 1所示.同時對粉塵進行 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據Table 1 Glass furnace flue gas raw data

可見窯爐壓力波動較小.因此設計時除塵系統阻力問題就尤為重要.一方面可以保證窯爐在穩定的壓力下正常運行;另一方面可以適當調節風機的工作狀態減少壓力損失,起到節能的作用.

圖2 粉塵形狀Fig.2 Dust shape

2 除塵系統阻力計算及分析

管道中的氣體處在靜止狀態時只受靜壓力作用.靜壓是指單位體積氣體具有的勢能,主要表現在氣體被壓縮,從而對管壁施壓.處在流動狀態時,則同時受到靜壓和動壓的作用.動壓是單位體積氣體所具有的動能,它的表現是使管內氣體改變速度,動壓只作用在氣體的流動方向,恒為正值.在某一點上,動壓和靜壓的代數和即為該點的全壓[3].

除塵系統的總阻力:

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:其它設備阻力,Pa;

ΔP4:塵源點阻力,Pa.

而除塵系統中對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除塵器時的壓力損失,通常用除塵器進、出口的壓力差來衡量,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:除塵器的結構阻力,Pa;

ΔPq:清潔濾料的阻力,Pa;

ΔPf:濾料上粉塵層的阻力,Pa;

除塵器的結構阻力ΔPj是指氣體通過除塵器入口、出口及內部的檔板等產生的阻力.結構阻力ΔPj在除塵器設計制造完成后應是基本不變的,其條件是流經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的阻力,該阻力較小,對于相對清潔的濾袋, 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:過濾風速,m/s;

ξq:濾袋的阻力系數,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,由粉塵層產生的阻力.實際上,考慮的是在其上堆積粉塵層的條件下工作;但是,這個粉塵層的構造是隨時間變化的,部分粉塵可以在通過清灰時脫落,但另一部分將進入濾袋,并殘留在濾袋深層,其壓力損失也會變大,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,1/m;

ξf:堆積粉塵層阻力系數,1/m;

α:堆積粉塵層平均比阻力,m/kg;

m:濾袋上粉塵負荷,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.

經多次測量,煙氣流量均值為 29 137 m3/h.選擇規格為 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.根據上述公式及布袋特性計算可得,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

除塵系統設計過程中,首先確定凈化工藝,再配置設備與管道,布置如圖 4所示.管道系統配置應從總體考慮,統一規劃,合理布局,力求簡單、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度,減少占地與空間,節省投資[4].管道布置應力求順直,減小阻力.一般圓形管道強度大,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 設備與管道配置Fig.4 Equipment and channel layout plan

根據對現有窯爐進行實測,矩形管道與圓形管道壓縮比

其中,a—實測矩形管道長,m;

b—實測矩形管道寬,m.

可見設計除塵系統管道時選擇圓形管道比較好.

2.2.1 除塵系統管路直線部分阻力

λ:摩擦阻力系數;

υ均:風管內氣體的平均流速,m/s;

ρ:氣體的密度,kg/m3;

l:風管長度,m;

D:圓形風管的直徑,m.

管道選用 Q235,λ/D=0.5,測量知風管平均流速為υ均=7 m/s,l=20 m.

標準狀態下煙氣的密度按下式計算:

式中

φi:高溫煙氣中某一成份的體積分數;

Mi:高溫氣體中某一成份的相對分子質量.

根據實測煙氣成份,計算可得 ρ0=200 kg/m3.

實際狀態下煙氣的密度:

式中

t:煙氣溫度,℃;

P:管道內氣體的絕對壓力,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 除塵系統管路彎頭部分阻力

為了減小管路彎頭局部壓力損失,在設計中在彎頭部分加入導流葉片,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:彎頭數量;

ΔPw:彎頭局部壓力損失,Pa;

ξ:局部阻力系數;

υ:氣體流速,m/s;

ρ:氣體密度,kg/m3.

風管平均流速為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 導流葉片Fig.5 Guide vane

2.3 風機選擇

除塵器的阻力是影響塵源點負壓大小和抽風量的主要因素.除塵器阻力變化,會引起系統各點負壓變化.除塵系統的阻力是由其所配套的風機壓頭來克服的.一般風機可產生的負壓有一個最大值.在煙氣流量Q一定的條件下,風機壓頭是恒定的.只有將除塵器阻力控制在一定的范圍內,才能保證煙塵捕集達到設計效果.

因此,根據上述計算結果及測量風量選擇離心風機,型號 Y5-47-11,轉數 1 480 r/min,流量25 663～48 410 m3/h,全壓 3 050～2 216 Pa.

3 結 論

(1)采用上述理論分析設計的布袋除塵器,達到了理想的除塵效果,粉塵濃度由原來的211.07 mg/m3降到 39 mg/m3.達到了《工業爐窯大氣污染物排放標準》(G B9078-1996)二級標準的規定要求,粉塵濃度排放極限 100 mg/m3.

(2)除塵器已投入使用 1 a,設備及玻璃爐窯運行穩定,累計積塵量達 20余 t,大大較少了玻璃窯爐氣體對大氣的污染,給廠區及周圍居民提供了更加潔凈的生活環境.

[1] 胡傳鼎.通風除塵設備設計手冊[M].北京:化學工業出版社,2003:23-38.

[2] 金國淼.除塵設備 [M].北京:化學工業出版社, 2002:323-342.

[3] 唐敬麟,張祿虎.除塵裝置系統及設備設計選用手冊[M].北京:化學工業出版社,2003:87-116.

[4] 孫一堅.簡明通風設計手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,1997:237-248.

[5] 陳強.袋式除塵器內氣流均勻性的數值模擬研究[D].上海:東華大學,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,遼寧沈陽人,碩士研究生在讀,主要從事設備故障診斷及控制的研究.

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