作者:李溫馨 李春龍等
2020/8/24 10:24:31 我要投稿北極星大氣網訊:摘 要：為了改善大氣環境，在現有工業通風除塵方式的基礎上，將旋風除塵器與布袋除塵器相組合，構成旋風布袋聯合除塵試驗臺，並以某熱電廠排灰為樣灰，通過改變樣灰的濃度、質量和種類，利用聯合除塵試驗臺試驗研究在不同狀態下含塵氣流中PM2.5、PM10的去除效率，以確定旋風布袋聯合除塵效果。
關鍵詞：工業除塵；布袋除塵器；旋風除塵器；旋風布袋聯合除塵試驗臺
工業通風是控制工業汙染物對室內外空氣環境影響和破壞的一門技術，其任務是有效控制汙染源散發的粉塵和有害有毒氣體，使工作場所或生活環境的粉塵和有害氣體濃度控制在標準濃度規定值以下，以保證環境高質量，保障人們的身體健康。隨著電廠容量越來越大，用煤量增多，燃煤鍋爐產生的煙氣使許多城市和地區大氣環境質量嚴重惡化，加強對燃煤電廠排出的廢氣進行除塵十分重要。為了從源頭改善環境汙染問題，我們對目前的除塵方式進行優化，選擇旋風布袋聯合除塵器為研究對象對其除塵效率進行分析。
1 除塵器的除塵原理
1.1旋風除塵器的除塵原理
旋風除塵器是一種乾式除塵器，主要原理是通過離心力和重力來進行除塵。當含塵氣體進入旋風除塵器筒體後，沿外壁由上而下作旋轉運動，這股向下旋轉的氣流稱為外渦旋。在這一過程中，含塵氣流中的塵粒質量遠大於氣體質量，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鬥。含塵氣體外渦旋運動到筒底之後，轉變為內渦旋沿筒體向上運動，其中大部分塵粒已在外渦旋的運動過程中除去，得到較乾淨的氣體。之後，較乾淨的氣體沿筒體軸線自下向上旋轉，經排風口排出。這股向上旋轉的氣流稱為內渦旋。
1.2 袋式除塵器的除塵原理
袋式除塵器也屬於乾式除塵器，是利用纖維加工而成的袋式過濾原件（濾袋）進行過濾除塵。含塵氣體進入濾袋之後，在濾袋內表面將粉塵分離捕集，淨化後的空氣透過濾袋從排氣筒排出。由於濾料本身網孔直徑較大，一般為 20 μm～50 μm，所以新制濾袋的除塵效率不高，只有待濾袋有了粉塵初層後除塵效率才會高。也就是說，含塵氣體經過濾料時，氣體中的粉塵一部分由於慣性碰撞直接落入灰鬥中，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，會在濾料表面形成粉塵初層。袋式除塵器的過濾作用就是依靠粉塵初層進行的。
1.3 旋風布袋除塵器的除塵原理
旋風布袋除塵器是將旋風除塵器與袋式除塵器串聯，以旋風除塵器為粗除塵設備、袋式除塵器為細除塵設備的聯合除塵器。該聯合除塵器包括了上述旋風除塵器和袋式除塵器的全部構造及特點。含塵氣體進入旋風除塵器，在重力和離心力共同作用下完成對含塵氣體的粗除塵，粗除塵的氣體進入布袋除塵器後，通過濾袋外表面的粉塵初層，一部分被阻留並附著在濾袋外表面繼續形成粉塵初層，另一部分由於慣性碰撞落入灰鬥中，淨化的氣體則從濾袋內部排出。
2 聯合除塵試驗臺除塵效率研究
2.1試驗裝置
聯合除塵試驗臺主要由風機電機、風機、出風管、除塵工作區、落灰鬥、操作臺、進風管、鋼絲橡膠軟管、投料口、進風管、圓筒體、圓錐體、灰鬥等組成，具體裝置如圖1所示。
2.2 試驗目的
試驗以含塵氣體中 PM2.5和 PM10濃度為指標，定量評價旋風布袋聯合除塵試驗臺效率。公式如下：
式中：η 為聯合除塵試驗臺效率；ρ1為聯合除塵試驗臺進風口氣體密度；ρ2為聯合除塵試驗臺出風口氣體密度。
2.3 試驗步驟
步驟一，用濃度儀正確連接試驗臺和電腦設備，注意濃度儀導管與氣流方向相反安裝；步驟二，調節風量調節閥，打開風機，記錄此時風速；步驟三，風機運行10 min 後，將試驗樣灰 1 均勻、緩慢地放入旋風除塵器粉塵盒；步驟四，觀察顯示器上進、出風口濃度變化曲線，待曲線不再變化時，將濃度變化曲線導出為表格形式；步驟五，徹底關閉風機後，啟動氣泵，進行反吹清灰；步驟六，重複步驟二至步驟五3次；步驟七，保持風機風速不變，選用試驗樣灰2重複步驟三至步驟五；步驟八，繼續使用試驗樣灰2，改變風機風速，重複步驟三至步驟五3次；步驟九，先關閉風機、氣泵，然後關閉設備總電源。
2.4 試驗數據匯總
（1）相同風量下，同種灰塵進行不同試驗次數，分析除塵效率。試驗時，我們進行了大量重複的試驗，在此選擇了4組試驗數據進行試驗分析。第一次試驗分析的結果見表1；第二次試驗分析的結果見表2；第三次試驗分析的結果見表3；第四次試驗分析的結果見表4；不同次數試驗結果對比分析見圖2。
表1 PM2.5、PM10的質量濃度及除塵效率分析表（試驗一）
表2 PM2.5、PM10的質量濃度及除塵效率分析表（試驗二）
表3 PM2.5、PM10的質量濃度及除塵效率分析表（試驗三）
圖1 旋風布袋聯合除塵試驗臺
表4 PM2.5、PM10的質量濃度及除塵效率分析表（試驗四）
由圖 2 可以看出，在相同風量、相同質量的同種灰塵的 4 次試驗中（每次試驗都未清灰），PM2.5、PM10的除塵效率呈上升趨勢。由此可以得出結論：在袋式除塵器清灰過程中，同種灰體在同一風量的抽吸下進行除塵，隨著試驗次數的增加，除塵效率逐步增加並趨於穩定，但如果次數過多時，試驗設備積攢灰塵太多，難以清理，導致除塵效率下降。
（2）同種灰塵在不同流量的情況下，除塵效率的對比分析。
第一，聯合除塵器風量的計算。查閱資料得知，皮托管的測量原理如圖3所示，在試驗室我們測得的聯合除塵器有兩個截面——Ⅰ—Ⅰ、Ⅱ—Ⅱ（如圖3所示）。在皮托管探針前，Ⅰ—Ⅰ截面沒有任何流動截面的影響，塵埃流體光束是平行的，它們形成一個定期的流速分布，對等於靜壓各點的橫截面；Ⅱ—Ⅱ截面流動受到影響，流體流束密集，氣流的流速加快，其靜壓降低。由2個截面上的伯努利方程整理得到的公式為：
式中：P2為總壓力，Pa；P1為靜壓力，Pa。如圖 3 所示，若在物體 B 點開一個孔，由於均勻流場中靜壓力相等，則 P1＝P2＝P0；令 P2＝P1，v1＝v，則式（2）就變成為：
式中：P-P0為流場中某一點流體的動壓力。第二，風量計算。試驗裝置的進氣管道直徑D=0.1m，氣流密度ρ=1.30 kg/m3，試驗數據與計算的結果如表5所示。
第三，計算結論分析說明。試驗過程中，由於設備及條件的限制，我們做了一些數據的簡略估算。首先，忽略了含塵氣流的密度變化。正常情況下，試驗中整個含塵氣流的密度ρ是應該發生變化的。其次，忽略了含塵氣流在整個除塵過程中的壓降損失。正常情況下，試驗中含塵氣流從管道的進口到出口，氣流的流量是不一致的，但考慮到試驗室的試驗裝置比較小，濾袋的面積也比較小，我們把計算的修正係數都考慮為 1，忽略了這一部分壓降損失。通過這些數據的簡化，能夠方便地計算出所需要的風量。
第四，相同質量不同流量的含塵氣流的試驗分析。相同質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，所以要進行其除塵效率對比。在 0.013 m3/s 的流量下，30 g灰塵的除塵效率分析結果見表 6；在 0.018 m3/s 的流量下，30 g 灰塵的除塵效率分析結果見表 7；在 0.022 m3/s的流量下，30 g 灰塵的除塵效率分析結果見表 8；相同質量不同流量的含塵氣流的試驗結果分析對比結果見圖4。
圖2 4次試驗PM2.5、PM10除塵效率折線圖
圖3 皮托管原理圖
表5 試驗數據統計表
表6 PM2.5、PM10的質量濃度及除塵效率分析表
（流量為0.013 m3/s）
表7 PM2.5、PM10的質量濃度及除塵效率分析表
（流量為0.018 m3/s）
表8 PM2.5、PM10的質量濃度及除塵效率分析表
（流量為0.022 m3/s）
通過以上3組試驗，我們得出了相應的數據並建立了相應的數據表格。通過以上表格，可觀察到一些數據的變化，為了更直觀地反映這種變化，用數據統計曲線圖來進行走勢分析（見圖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。但在實際生產過程中，風量和風速都不能太大。風速太大含塵氣流的流速就會過大，一方面會使袋式除塵器的濾料發生抖動容易脫落，另一方面會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，在使用過程中，應選擇適當的風量、風速來進行除塵，千萬不能適得其反。
圖4 除塵效率走勢對比圖
3 結論
旋風布袋聯合除塵器開闢了工業通風除塵新方向，是工業通風除塵新方式，具有良好的應用前景。通過定量分析旋風布袋聯合除塵試驗臺在各工況下的除塵效率，得出旋風布袋聯合除塵試驗臺的除塵效率在同類同質量灰體及相同風量的抽吸下隨著除塵次數的增加而增加並逐漸穩定，並且不隨粉塵種類的改變而改變的結論。旋風布袋聯合除塵器具有效率高、運行安全、對粉塵種類要求低等優點，可以大批生產製造旋風布袋聯合除塵器並廣泛投入使用，改善現有除塵方式，提高除塵效率，降低空氣汙染物的排放。
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