隨著污染物排放總量控制的實(shí)施,國家對污染物排放限值提出了更高要求,如自2005年起新建的水泥廠,其生產(chǎn)設(shè)備排放的煙粉塵濃度不能超過50mg/Nm3和30mg/Nm3 ,自2004年起新建的火電廠,煙塵排放濃度不能超過50mg/Nm3。為了滿足這日趨嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn),高效率的凈化設(shè)備得到廣泛應(yīng)用。袋式除塵器是眾多除塵器中效率高的設(shè)備,它能使煙粉塵出口濃度降至10mg/Nm3以下,所以在冶金、建材、化工行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。目前一些火電廠鍋爐除塵也逐漸轉(zhuǎn)向采用袋式除塵器,一些上了靜電除塵器的廠家也將改造為袋式除塵器;同時垃圾焚燒、垃圾焚燒發(fā)電廠、燃煤工業(yè)鍋爐及水泥、瀝青混凝土拌和站均在廣泛使用袋式除塵器,所以袋式除塵器的應(yīng)用前景和發(fā)展形勢是非常好的。
       設(shè)計(jì)袋式除塵器好關(guān)鍵在兩個方面:一是類型和材料選擇,包括布料和清灰方式;二是參數(shù)設(shè)計(jì),包括過濾風(fēng)速、阻力降和效率核算。但現(xiàn)實(shí)中,工程人員在設(shè)計(jì)袋式除塵器時,往往不會認(rèn)真計(jì)算,僅僅憑一些經(jīng)驗(yàn)參數(shù)做一些粗略估算,就開始制作設(shè)備,大多數(shù)情況下,這些設(shè)備也能將煙粉塵處理達(dá)標(biāo),究其原因,是袋式除塵器除塵效率很高,給設(shè)計(jì)人員的誤差范圍很大,從而掩蓋了設(shè)計(jì)人員所犯的錯誤,這種設(shè)備就長期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)來說是達(dá)不到要求的。所以,從技術(shù)方面來說,袋式除塵器設(shè)計(jì),也應(yīng)該和其他除塵器設(shè)計(jì)一樣,必須進(jìn)行較為詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算和驗(yàn)算,才能做到既能保證污染物達(dá)標(biāo)排放,又能做到節(jié)能和設(shè)備的長期穩(wěn)定過程。
       目前工程上應(yīng)用的布袋除塵器主要有兩類,一是脈沖袋式除塵器,二是反吹袋式除塵器,脈沖袋式除塵器因清灰效果好、過濾風(fēng)速大、設(shè)備體積小,在各行業(yè)獲得日益廣泛的應(yīng)用。脈沖袋式除塵器普遍使用針刺氈濾袋,過濾風(fēng)速取值范圍較大,可在0.6~1.5m/min之間選取,正因?yàn)榉秶^大,所以工程設(shè)計(jì)時,究竟取多大值必須加以研究。而反吹袋式除塵器一般使用織造布,過濾風(fēng)速常在0.4~0.5m/min之間選取,因取值范圍小,工程設(shè)計(jì)時一般取中間值0.45m/min即可。本文主要對脈沖袋式除塵器的過濾風(fēng)速的設(shè)計(jì)作一些實(shí)驗(yàn)探討。因?yàn)檫^濾風(fēng)速的大小是決定布袋除塵器除塵效率高低和能否長期有效運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵參數(shù)。

1 過濾風(fēng)速與煙粉塵粒徑之間的關(guān)系分析

      經(jīng)分析,袋式除塵器過濾風(fēng)速(也稱氣布比)一般與被處理的廢氣的溫度、含塵濃度和塵的粒徑密切相關(guān),即
V=f (T, C, dp)
      在這三個參數(shù)中,主要還是粒子的粒徑,為了弄清過濾風(fēng)速與粒徑之間的關(guān)系,我們作了如下實(shí)驗(yàn)。
      作者在2003~2005年間設(shè)計(jì)制造了70余臺袋式除塵器,分別用在冶金(鐵合金、煉鋼)、水泥、燃煤鍋爐、機(jī)械加工(電焊、除銹)、化工(生產(chǎn)電石)等行業(yè),經(jīng)反復(fù)調(diào)試和改造,絕大部分設(shè)備除塵效率都達(dá)到99.9%以上,煙粉塵排放濃度小于30mg/Nm3,有的甚至小于10mg/Nm3。
      這里選取了用在鐵合金礦熱爐煙氣除塵的19臺除塵器,鐵合金礦熱爐煙塵由于煙塵粒徑細(xì)、煙氣溫度高,治理難度極大,不論機(jī)械式除塵器、濕式除塵器,還是靜電除塵器,均不能達(dá)標(biāo),只有采用布袋除塵器,且布袋除塵器中又只能選取脈沖清灰和逆氣流反吹清灰才行,因此19臺除塵器均采用長袋低壓脈沖袋式除塵器,所有礦熱爐煙氣在進(jìn)入除塵器前,經(jīng)冷卻將溫度降低至200℃左右,廢氣中煙塵濃度在進(jìn)入除塵器前均在1.2~2.0g/Nm3之間,這樣就基本排除了煙塵濃度和煙氣濃度對過濾風(fēng)速的影響。具體參數(shù)見表1。

根據(jù)圖1的曲線形式,可初步估計(jì)過濾風(fēng)速與煙塵粒徑有明確的函數(shù)關(guān)系,將表1的數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合分析,可得到如下結(jié)果:

由此可見,長袋低壓脈沖袋式除塵器的過濾風(fēng)速與煙粉塵的粒徑的對數(shù)成正比關(guān)系。同時,我們在實(shí)驗(yàn)室模擬時發(fā)現(xiàn)當(dāng)粒子粒徑小于1um時,脈沖除塵器過濾風(fēng)速不能大于0.6m/min,這表明凈化粒徑小于1um的粉塵,用脈沖清灰除塵器和反吹清灰除塵器過濾風(fēng)速基本一樣(反吹清灰除塵器過濾風(fēng)速一般為0.45m/min),但反吹清灰除塵器的造價比相同過濾面積的脈沖除塵器要小得多,因此在凈化粒徑小于1um的粒子時,宜采用反吹清灰除塵器,這樣既能保證除塵的效果,又能節(jié)約投資。

2 過濾風(fēng)速與溫度、濃度和粒徑的綜合關(guān)系

        從理論上分析,過濾風(fēng)速與溫度之間的關(guān)系應(yīng)該不密切,只不過凈化微細(xì)粉塵(粒徑<1um)時,溫度越高,粒子布朗擴(kuò)散越強(qiáng),過濾風(fēng)速宜取較小值,可使效率高一些。關(guān)于廢氣中煙粉濃度對過濾風(fēng)速的影響,相對說來就要大一些:一般說來,廢氣中煙粉塵濃度越高,過濾風(fēng)速就應(yīng)小一些,這樣才能減少清灰次數(shù),維持煙粉塵穩(wěn)定排放。如果濃度較高,過濾風(fēng)速也較大,不僅會發(fā)生粒子穿透,而且布袋上的粉塵層很快增厚,阻力迅速增大,相應(yīng)地清灰頻率也就增加,脈沖布袋除塵器,因清灰力度較大,雖然不會破壞初層粉塵,但清灰后,總有一段時間,除塵效率會下降(有時甚至?xí)陀?8% ),如果清灰次數(shù)越多,那么這種現(xiàn)象也就越多,進(jìn)而影響除塵器的總效率,這對于排放要求很嚴(yán)格的行業(yè)(如排放濃度要求小于30mg/Nm3),是不容易達(dá)到要求的。因此,需將過濾風(fēng)速取小一些,從而減少清灰次數(shù),保持除塵器在高效率下正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
       過濾風(fēng)速到底和廢氣溫度、煙粉塵濃度有何具體關(guān)系,我們可從實(shí)驗(yàn)上加以研究,表2是作者為各行業(yè)設(shè)計(jì)的除塵器的工作參數(shù)表(僅選取了除塵效率在9919%以上的設(shè)備或出口排放濃度小于30mg/Nm3的設(shè)備)。

從表2的數(shù)據(jù)可粗略看出,煙塵粒徑越小,過濾風(fēng)速就越小;從圖2和圖3的關(guān)系曲線可看出廢氣中含塵濃度越高,過濾風(fēng)速就越小;廢氣溫度越高,過濾風(fēng)速越小。因此,可近似認(rèn)為過濾風(fēng)速與廢氣溫度、煙粉塵濃度成反比。由于廢氣溫度、煙塵濃度、煙粉塵粒徑3個變量是互不相關(guān)的獨(dú)立變量,任何獨(dú)立的隨機(jī)變量其聯(lián)合出現(xiàn)的概率密度等于其各自的概率密度之積,所以我們可以認(rèn)為過濾風(fēng)速與廢氣溫度、煙塵濃度和粒徑的綜合關(guān)系是它們各自獨(dú)立關(guān)系的積,也即:

 將表2的數(shù)據(jù)代入上式,經(jīng)曲線擬合,我們得到如下關(guān)系式:


       由此可見,脈沖清灰袋式除塵器過濾風(fēng)速與廢氣溫度和廢氣中的煙粉塵濃度成反比,與煙粉塵粒徑的對數(shù)成正比。
       該式雖是通過曲線擬合得到的,但我們在2005年后設(shè)計(jì)脈沖除塵器時,其過濾風(fēng)速的選取均是采用該模式計(jì)算,每臺除塵器的除塵效果都達(dá)到了要求(除塵效率達(dá)到99.9%或排放口濃度小于30g/Nm3)。

3 結(jié) 論

      過濾風(fēng)速的選取是袋式除塵器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù),直接關(guān)系到除塵效率的高低。本文在對工程應(yīng)用中的各除塵器的相關(guān)參數(shù)測定后,通過曲線擬合,得出過濾風(fēng)速與廢氣溫度、廢氣中的煙粉塵濃度、煙粉塵粒徑之間的數(shù)學(xué)模型。同時經(jīng)檢驗(yàn)采用該模型來指導(dǎo)設(shè)計(jì),在一定范圍內(nèi)是可行的。