玻璃炉窑袋式除尘器阻力计算分析

王 仲, 陈长征, 谷艳玲, 齐晓芳, 刘姿含

(1.沈阳工业大学振动噪声研究所,辽宁沈阳 110870; 2.东北财经大学研究生院,辽宁大连 116025)

玻璃炉窑袋式除尘器阻力计算分析

王 仲1, 陈长征1, 谷艳玲1, 齐晓芳1, 刘姿含2

(1.沈阳工业大学振动噪声研究所,辽宁沈阳 110870; 2.东北财经大学研究生院,辽宁大连 116025)

超细微小粉尘颗粒对人体危害较大,袋式除尘系统因其捕集效率高、处理流量大、性能可靠、不受粉尘比电阻的影响、对气体流量及含尘浓度适应性强等优点,因此,广泛应用于工业含尘废气净化工程中.应用智能油烟烟尘采样仪对气体含尘浓度进行测量,并采用扫描电镜对粉尘颗粒进行理化分析,比较实测玻璃窑炉压力工况和布袋除尘器正常工作的压力环境,通过对袋式除尘系统阻力的理论计算及分析,对除尘系统进行合理设计,有效减小除尘系统阻力.设备投入使用 1 a,实际应用中取得了良好的除尘效果.

玻璃炉窑; 布袋除尘器; 除尘器阻力

袋式除尘器由于其具有除尘效率高,尤其对对人体危害最大的 5μm以下的超细微小颗粒具较高的捕集效率,且处理流量大,性能可靠,不受粉尘比电阻的影响,对气体流量及含尘浓度适应性强,因此,广泛应用于工业含尘废气净化工程.但由于滤料普遍不耐高温,特殊滤料成本过高;另外在净化黏性及吸湿性强的含尘气体时,当气体温度低于露点温度则会产生糊袋现象,因此,布袋除尘器的使用受到一定限制[1].本文以某厂制瓶车间玻璃窑炉粉尘治理工程为课题研究背景,针对其复杂工况,对布袋除尘器进行优化设计.通过理论分析和实践应用,取得了良好的除尘效果.

1 窑炉数据采集

玻璃窑炉与其它窑炉不同之处在于燃烧时炉窑压力稳定性要求高.设计时采用智能油烟烟尘采样仪,设备如图 1所示.对玻璃窑炉压力进行测量,数据如表 1所示.同时对粉尘进行 XEM分析,粉尘形状如图 2所示.

图 1 智能油烟烟尘采样仪Fig.1 Intelligent oil s moke and dust sampling instrument

表 1 玻璃炉窑烟气原始数据Table 1 Glass furnace flue gas raw data

可见窑炉压力波动较小.因此设计时除尘系统阻力问题就尤为重要.一方面可以保证窑炉在稳定的压力下正常运行;另一方面可以适当调节风机的工作状态减少压力损失,起到节能的作用.

图2 粉尘形状Fig.2 Dust shape

2 除尘系统阻力计算及分析

管道中的气体处在静止状态时只受静压力作用.静压是指单位体积气体具有的势能,主要表现在气体被压缩,从而对管壁施压.处在流动状态时,则同时受到静压和动压的作用.动压是单位体积气体所具有的动能,它的表现是使管内气体改变速度,动压只作用在气体的流动方向,恒为正值.在某一点上,动压和静压的代数和即为该点的全压[3].

除尘系统的总阻力:

式中

ΔP1:布袋除尘器的阻力,Pa;

ΔP2:布袋除尘器的管道阻力,Pa;

ΔP3:其它设备阻力,Pa;

ΔP4:尘源点阻力,Pa.

而除尘系统中对阻力影响较大主要是布袋除尘器的阻力和管道阻力.

2.1 袋式除尘器的阻力

布袋除尘器的阻力是指烟气通过除尘器时的压力损失,通常用除尘器进、出口的压力差来衡量,所以,也称为“压差”[2].

袋式除尘器的阻力主要由以下 3部分组成:

式中

ΔPj:除尘器的结构阻力,Pa;

ΔPq:清洁滤料的阻力,Pa;

ΔPf:滤料上粉尘层的阻力,Pa;

除尘器的结构阻力ΔPj是指气体通过除尘器入口、出口及内部的档板等产生的阻力.结构阻力ΔPj在除尘器设计制造完成后应是基本不变的,其条件是流经除尘器的烟气流量和流速恒定.

清洁滤料的阻力ΔPq是指滤料未附着粉尘时的阻力,该阻力较小,对于相对清洁的滤袋, ΔPq约为 100～200 Pa.

洁净滤料的压力损失可用下式表示:

式中

μ:空气的黏度,Pa·s;

υ滤:过滤风速,m/s;

ξq:滤袋的阻力系数,1/m.

滤料上粉尘层的阻力ΔPf是指在滤料表面形成粉尘层后,由粉尘层产生的阻力.实际上,考虑的是在其上堆积粉尘层的条件下工作;但是,这个粉尘层的构造是随时间变化的,部分粉尘可以在通过清灰时脱落,但另一部分将进入滤袋,并残留在滤袋深层,其压力损失也会变大,这叫做滤袋的堵塞.如图 3所示.

图 3 残留在滤袋深层的粉尘Fig.3 The dust left in the deep bag

下式表示滤料的压力损失:

ξ:容尘滤料的阻力系数,1/m;

ξf:堆积粉尘层阻力系数,1/m;

α:堆积粉尘层平均比阻力,m/kg;

m:滤袋上粉尘负荷,kg/m2.

一般情况下,ξf约为 108～10111/m,m值在0.1～1.0 kg/m2范围之内.

经多次测量,烟气流量均值为 29 137 m3/h.选择规格为 Φ130 mm×2 450 mm布袋 512条.由于该炉窑排放气体温度较高,所以,除尘系统滤料选用上海博格 PTFE覆膜高温布袋,该布袋由 100%玻纤组成,厚度为 1.3 mm,透气量在2.1～3.8 m3/m2.根据上述公式及布袋特性计算可得,袋式除尘器的阻力约为 1 800 Pa.

2.2 袋式除尘器的管道阻力

除尘系统设计过程中,首先确定净化工艺,再配置设备与管道,布置如图 4所示.管道系统配置应从总体考虑,统一规划,合理布局,力求简单、紧凑、适用、美观,而且安装、操作、维修方便,并尽可能缩短管线长度,减少占地与空间,节省投资[4].管道布置应力求顺直,减小阻力.一般圆形管道强度大,耗用材料少,但占用空间大;矩形管道占用空间小,易布置.管道与墙、梁、柱、设备及管道之间要保持一定距离,以满足安装、施工、管理、维修及热胀冷缩等诸因素的要求[5].

图 4 设备与管道配置Fig.4 Equipment and channel layout plan

根据对现有窑炉进行实测,矩形管道与圆形管道压缩比

其中,a—实测矩形管道长,m;

b—实测矩形管道宽,m.

可见设计除尘系统管道时选择圆形管道比较好.

2.2.1 除尘系统管路直线部分阻力

λ:摩擦阻力系数;

υ均:风管内气体的平均流速,m/s;

ρ:气体的密度,kg/m3;

l:风管长度,m;

D:圆形风管的直径,m.

管道选用 Q235,λ/D=0.5,测量知风管平均流速为υ均=7 m/s,l=20 m.

标准状态下烟气的密度按下式计算:

式中

φi:高温烟气中某一成份的体积分数;

Mi:高温气体中某一成份的相对分子质量.

根据实测烟气成份,计算可得 ρ0=200 kg/m3.

实际状态下烟气的密度:

式中

t:烟气温度,℃;

P:管道内气体的绝对压力,kPa.

求得气体密度ρ=1.25 kg/m3,可得管路直线部分阻力

2.2.2 除尘系统管路弯头部分阻力

为了减小管路弯头局部压力损失,在设计中在弯头部分加入导流叶片,如图 5所示.

综上所述,除尘器的全部阻力

ΔP=1 800+306.25+310≈2 416.25 Pa

n:弯头数量;

ΔPw:弯头局部压力损失,Pa;

ξ:局部阻力系数;

υ:气体流速,m/s;

ρ:气体密度,kg/m3.

风管平均流速为υ=7 m/s,气体密度ρ= 1.25 kg/m3,查表得ξ=1.45.

可得管路弯头局部压力损失:

图5 导流叶片Fig.5 Guide vane

2.3 风机选择

除尘器的阻力是影响尘源点负压大小和抽风量的主要因素.除尘器阻力变化,会引起系统各点负压变化.除尘系统的阻力是由其所配套的风机压头来克服的.一般风机可产生的负压有一个最大值.在烟气流量Q一定的条件下,风机压头是恒定的.只有将除尘器阻力控制在一定的范围内,才能保证烟尘捕集达到设计效果.

因此,根据上述计算结果及测量风量选择离心风机,型号 Y5-47-11,转数 1 480 r/min,流量25 663～48 410 m3/h,全压 3 050～2 216 Pa.

3 结 论

(1)采用上述理论分析设计的布袋除尘器,达到了理想的除尘效果,粉尘浓度由原来的211.07 mg/m3降到 39 mg/m3.达到了《工业炉窑大气污染物排放标准》(G B9078-1996)二级标准的规定要求,粉尘浓度排放极限 100 mg/m3.

(2)除尘器已投入使用 1 a,设备及玻璃炉窑运行稳定,累计积尘量达 20余 t,大大较少了玻璃窑炉气体对大气的污染,给厂区及周围居民提供了更加洁净的生活环境.

[1] 胡传鼎.通风除尘设备设计手册[M].北京:化学工业出版社,2003:23-38.

[2] 金国淼.除尘设备 [M].北京:化学工业出版社, 2002:323-342.

[3] 唐敬麟,张禄虎.除尘装置系统及设备设计选用手册[M].北京:化学工业出版社,2003:87-116.

[4] 孙一坚.简明通风设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1997:237-248.

[5] 陈强.袋式除尘器内气流均匀性的数值模拟研究[D].上海:东华大学,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,辽宁沈阳人,硕士研究生在读,主要从事设备故障诊断及控制的研究.

陈长征(1964-),男,辽宁新民人,教授,博士,主要从事设备故障诊断及控制的研究.