湿式除尘器优化设计探讨

崔茂展 巨李娜

摘  要：雾霾天气形成的原因之一，在于燃煤锅炉细微颗粒排放负荷较大，需采取湿式除尘器去除气体酸雾与细颗粒物。基于此，文章主要以湿式除尘器模型为切入点，从除尘风量、过滤单元及脱水单元这几方面出发，对湿式除尘器性能进行优化设计，测试结果满足过滤要求，以期为相关工作者提供参考。

关键词：湿式除尘器;除尘效率;过滤;优化设计

引言

我國作为能源消费与生产大国，经济发展下电力工业稳定、持续的增长，煤炭逐渐在发电与一次能源结构中占据主导地位，预计2050年一次能源中煤炭占比超过50%。而煤炭不完全燃烧会有诸多环境污染物产生，对人类健康及生态环境造成污染，特别是细颗粒物污染成为形成灰霾天气、降低大气能见度的最主要原因。湿式除尘器作为处理颗粒与粉尘的重要设备，能够去除含湿气体的酸雾、粉尘等，为提高处理效率，需优化湿式除尘器设计，以改进现有设备的不足。

一、湿式除尘器模型

某公司热电二期工程中，锅炉湿式除尘器为2*150t/h物理模型见图1。主要是根据除尘器装置，应用Gambit2.4.6完成绘制，建立物理模型的尺寸、结构严格参照反应器与设备CAD图纸资料。

根据除尘器图纸，简化除尘器便于建模，其简化内容为不考虑钢支撑细微结构，忽略内部钢支撑结构，接口均采取无缝连接。根据物理模型划分网络，构建网络模型。湿式除尘器多孔介质与主体部分应用结构化网络，进出口部分选用结构化网络填充，多孔板安装的复杂空间则采取非结构网络划分。考虑计算机运算能力、计算精度，加密处理阳极板安装区域，其余网格密度较小，网格质量经过检查符合要求。

二、湿式除尘器性能优化设计

除尘过程中，湿式除尘器关键环节是除尘风量、脱水降尘与过滤除尘，需以此为研究重点，进行性能优化设计。

1.除尘风量设计

湿式除尘器在工作过程中，除尘风量对于工作效率、质量具有直接影响，控制室内温度23℃，大气压744.9mmHg下，按照进口处气体混尘产尘，通过风量调节阀调节，改变除尘器进口风速，按照风速确定粉尘浓度，通过计算公式获得除尘器除尘效率，以此明确进口风速与除尘效率的变化规律。为直观形象描述不同风量下除尘器除尘效率与出口粉尘浓度，绘制示意图见图2。

以此可知，除尘器进风口速度增加，出口粉尘浓度减少，风速超过13.6m/s后粉尘出口浓度增加，为保证除尘效果良好，需综合考虑除尘效率、出口粉尘浓度曲线，控制除尘器风速为13.6-14.5m/s，控制除尘器处理量为4700-5011m³/h，提高除尘效果，除尘效率超过99.89%。

2.过滤单元设计

湿式除尘器在过滤布置中，其处于风机与喷雾单元之间，为负压除尘模式，此种模式除尘与喷雾雾滴接触时间较短，雾滴与粉尘未充分混合就已经达到过滤单元，主要是依靠过滤单元中通过喷雾形成水膜拦截粉尘，预湿润较短，达到过滤单元前，雾滴捕捉粉尘不足，降低了除尘效率。而正压除尘方式，可有效弥补负压除尘雾滴与粉尘接触短的问题，过滤单元处于风机后，通过风机对喷雾雾滴和粉尘高速混合搅拌，能够达到良好雾滴雾化效果，有助于粉尘捕捉，予以雾滴粉尘捕捉时间，以过滤单元拦截，可提高除尘效率。并且，过滤单元能够凝聚小颗粒雾滴为大颗粒雾滴，安装在风机后可提高脱水效率。在验证过程中，根据负压除尘、正压除尘布置方式，其他条件相同展开试验（见表1）。

以此可知，相较于负压除尘，正压除尘效率、脱水效率较为优秀，但在工艺流程中，含尘气流需经过风机后过滤，易磨损风机，不适宜强腐蚀性、颗粒粗的气流除尘。根据现场使用情况，热电工作中粉尘多为烟尘、煤尘，不具有腐蚀性，且配套工艺中，前端吸尘罩有骨架风筒与大颗粒阻拦网，能够在该阶段沉降大颗粒粉尘，通过拦截网实现二次拦截，所以该工程可选用正压除尘方式。

而在过滤网设计中，原本采取单层不锈钢过滤网，受到颗粒物与风速的作用，易造成过滤网损坏，平均应用周期为1个月，孔隙是610μm，可拦截较大粉尘颗粒，小颗粒粉尘拦截率不高。多层组合过滤网能够高效拦截粉尘，由间隔结构层与多层过滤网构成，可分级拦截粒径不同的粉尘，结构层具有增加使用周期，加强过滤强度的作用，保持过滤网固定间隙，以免粉尘夹杂于过滤网中堵塞过滤单元。而不同过滤网层数受到风速不同，除尘效率和阻力不同，经过分析可知，风速越高，阻力越大，降低了除尘效率，过滤网层数多，则除尘效率也有所提高，根据综合考虑，过滤网选择初级滤网1层+精细滤网2层的组合模式。

3.脱水单元设计

在除尘器中，脱水单元作为最后降尘环节，能够在脱水器下将尘雾滴下变成尘水，将其流出除尘器，以满足除尘效果。湿式除尘器中旋流脱水应用广泛，也是原本机型应用的结构，但外形尺寸、结构阻力较大，脱水效率不足，运行中出水口可见水雾较多。而波纹板脱水结构拥有小尺寸、脱水效率高特点，国内应用少，主要是研究波纹板性能少。因此，试验中通过研究波纹板脱水器参数，测试不同风速下该设备脱水效率、设备阻力，获得脱水速率、风速及阻力之间关系。以此可知，风速处于12.8-14.1m/s范围时，脱水效率超过98.5%，风速低于12.8m/s或高于14.1m/s，降低了脱水效率，能够在除尘器尾部看到诸多水雾，设计中风速越高，设备断面积随之减小，外形尺寸也减小，在风速设计中选择14.1m/s，以达到良好脱水效率。

三、湿式除尘器性能测试

测试湿式除尘器性能，选用325目滑石粉为试验粉尘，将其融于酒精后搅拌，做成载玻片，获得粉尘粒径分布，在发尘量4.7g/m³，水量13.5gal/min下测试14.1m/s的湿式除尘器效率，采样时间为10min（见表2）。

以此可知，湿式除尘器在14.1m/s时，采样效率分别是99.93%、99.72%、99.08%，平均效率是99.57%，而发尘量效率是99.54%、99.71%、99.14%，平均效率是99.46%，数据接近，表明结果准确性，其效率满足工作要求。

总结：

综上所述，在我国工业化进程推进下，环境污染与经济发展矛盾日益突出，增加了环保压力，特别是部分地区严重的雾霾现象，阻碍出行。为此，应当结合湿式除尘器结构模型，通过多方面的优化设计，应用选择初级滤网1层+精细滤网2层的组合，控制风速14.1m/s，其平均除尘效率达到99.46%，满足工作要求。

参考文献

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[2] 徐超，仲兆平.湿式电除尘器流场模拟与优化设计[J].电站系统工程，2018，34（05）：9-12.

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