摘 要：為了改善大氣環(huán)境，在現(xiàn)有工業(yè)通風(fēng)除塵方式的基礎(chǔ)上，將旋風(fēng)除塵器與布袋除塵器相組合，構(gòu)成旋風(fēng)布袋聯(lián)合除塵試驗(yàn)臺(tái)，并以某熱電廠排灰為樣灰，通過(guò)改變樣灰的濃度、質(zhì)量和種類，利用聯(lián)合除塵試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)研究在不同狀態(tài)下含塵氣流中PM2.5、PM10的去除效率，以確定旋風(fēng)布袋聯(lián)合除塵效果。
關(guān)鍵詞：工業(yè)除塵；布袋除塵器；旋風(fēng)除塵器；旋風(fēng)布袋聯(lián)合除塵試驗(yàn)臺(tái)
工業(yè)通風(fēng)是控制工業(yè)污染物對(duì)室內(nèi)外空氣環(huán)境影響和破壞的一門技術(shù)，其任務(wù)是有效控制污染源散發(fā)的粉塵和有害有毒氣體，使工作場(chǎng)所或生活環(huán)境的粉塵和有害氣體濃度控制在標(biāo)準(zhǔn)濃度規(guī)定值以下，以保證環(huán)境高質(zhì)量，保障人們的身體健康。隨著電廠容量越來(lái)越大，用煤量增多，燃煤鍋爐產(chǎn)生的煙氣使許多城市和地區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量嚴(yán)重惡化，加強(qiáng)對(duì)燃煤電廠排出的廢氣進(jìn)行除塵十分重要。為了從源頭改善環(huán)境污染問(wèn)題，我們對(duì)目前的除塵方式進(jìn)行優(yōu)化，選擇旋風(fēng)布袋聯(lián)合除塵器為研究對(duì)象對(duì)其除塵效率進(jìn)行分析。
1 除塵器的除塵原理
1.1旋風(fēng)除塵器的除塵原理
旋風(fēng)除塵器是一種干式除塵器，主要原理是通過(guò)離心力和重力來(lái)進(jìn)行除塵。當(dāng)含塵氣體進(jìn)入旋風(fēng)除塵器筒體后，沿外壁由上而下作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這股向下旋轉(zhuǎn)的氣流稱為外渦旋。在這一過(guò)程中，含塵氣流中的塵粒質(zhì)量遠(yuǎn)大于氣體質(zhì)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斗。含塵氣體外渦旋運(yùn)動(dòng)到筒底之后，轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)渦旋沿筒體向上運(yùn)動(dòng)，其中大部分塵粒已在外渦旋的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中除去，得到較干凈的氣體。之后，較干凈的氣體沿筒體軸線自下向上旋轉(zhuǎn)，經(jīng)排風(fēng)口排出。這股向上旋轉(zhuǎn)的氣流稱為內(nèi)渦旋。
1.2 袋式除塵器的除塵原理
袋式除塵器也屬于干式除塵器，是利用纖維加工而成的袋式過(guò)濾原件（濾袋）進(jìn)行過(guò)濾除塵。含塵氣體進(jìn)入濾袋之后，在濾袋內(nèi)表面將粉塵分離捕集，凈化后的空氣透過(guò)濾袋從排氣筒排出。由于濾料本身網(wǎng)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后除塵效率才會(huì)高。也就是說(shuō)，含塵氣體經(jīng)過(guò)濾料時(shí)，氣體中的粉塵一部分由于慣性碰撞直接落入灰斗中，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(huì)在濾料表面形成粉塵初層。袋式除塵器的過(guò)濾作用就是依靠粉塵初層進(jìn)行的。
1.3 旋風(fēng)布袋除塵器的除塵原理
旋風(fēng)布袋除塵器是將旋風(fēng)除塵器與袋式除塵器串聯(lián)，以旋風(fēng)除塵器為粗除塵設(shè)備、袋式除塵器為細(xì)除塵設(shè)備的聯(lián)合除塵器。該聯(lián)合除塵器包括了上述旋風(fēng)除塵器和袋式除塵器的全部構(gòu)造及特點(diǎn)。含塵氣體進(jìn)入旋風(fēng)除塵器，在重力和離心力共同作用下完成對(duì)含塵氣體的粗除塵，粗除塵的氣體進(jìn)入布袋除塵器后，通過(guò)濾袋外表面的粉塵初層，一部分被阻留并附著在濾袋外表面繼續(xù)形成粉塵初層，另一部分由于慣性碰撞落入灰斗中，凈化的氣體則從濾袋內(nèi)部排出。
2 聯(lián)合除塵試驗(yàn)臺(tái)除塵效率研究
2.1試驗(yàn)裝置
聯(lián)合除塵試驗(yàn)臺(tái)主要由風(fēng)機(jī)電機(jī)、風(fēng)機(jī)、出風(fēng)管、除塵工作區(qū)、落灰斗、操作臺(tái)、進(jìn)風(fēng)管、鋼絲橡膠軟管、投料口、進(jìn)風(fēng)管、圓筒體、圓錐體、灰斗等組成，具體裝置如圖1所示。
2.2 試驗(yàn)?zāi)康?/p>
試驗(yàn)以含塵氣體中 PM2.5和 PM10濃度為指標(biāo)，定量評(píng)價(jià)旋風(fēng)布袋聯(lián)合除塵試驗(yàn)臺(tái)效率。公式如下：
式中：η 為聯(lián)合除塵試驗(yàn)臺(tái)效率；ρ1為聯(lián)合除塵試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)風(fēng)口氣體密度；ρ2為聯(lián)合除塵試驗(yàn)臺(tái)出風(fēng)口氣體密度。
2.3 試驗(yàn)步驟
步驟一，用濃度儀正確連接試驗(yàn)臺(tái)和電腦設(shè)備，注意濃度儀導(dǎo)管與氣流方向相反安裝；步驟二，調(diào)節(jié)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，打開風(fēng)機(jī)，記錄此時(shí)風(fēng)速；步驟三，風(fēng)機(jī)運(yùn)行10 min 后，將試驗(yàn)樣灰 1 均勻、緩慢地放入旋風(fēng)除塵器粉塵盒；步驟四，觀察顯示器上進(jìn)、出風(fēng)口濃度變化曲線，待曲線不再變化時(shí)，將濃度變化曲線導(dǎo)出為表格形式；步驟五，徹底關(guān)閉風(fēng)機(jī)后，啟動(dòng)氣泵，進(jìn)行反吹清灰；步驟六，重復(fù)步驟二至步驟五3次；步驟七，保持風(fēng)機(jī)風(fēng)速不變，選用試驗(yàn)樣灰2重復(fù)步驟三至步驟五；步驟八，繼續(xù)使用試驗(yàn)樣灰2，改變風(fēng)機(jī)風(fēng)速，重復(fù)步驟三至步驟五3次；步驟九，先關(guān)閉風(fēng)機(jī)、氣泵，然后關(guān)閉設(shè)備總電源。
2.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總
（1）相同風(fēng)量下，同種灰塵進(jìn)行不同試驗(yàn)次數(shù)，分析除塵效率。試驗(yàn)時(shí)，我們進(jìn)行了大量重復(fù)的試驗(yàn)，在此選擇了4組試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行試驗(yàn)分析。第一次試驗(yàn)分析的結(jié)果見(jiàn)表1；第二次試驗(yàn)分析的結(jié)果見(jiàn)表2；第三次試驗(yàn)分析的結(jié)果見(jiàn)表3；第四次試驗(yàn)分析的結(jié)果見(jiàn)表4；不同次數(shù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析見(jiàn)圖2。
表1 PM2.5、PM10的質(zhì)量濃度及除塵效率分析表（試驗(yàn)一）
表2 PM2.5、PM10的質(zhì)量濃度及除塵效率分析表（試驗(yàn)二）
表3 PM2.5、PM10的質(zhì)量濃度及除塵效率分析表（試驗(yàn)三）
圖1 旋風(fēng)布袋聯(lián)合除塵試驗(yàn)臺(tái)
表4 PM2.5、PM10的質(zhì)量濃度及除塵效率分析表（試驗(yàn)四）
由圖 2 可以看出，在相同風(fēng)量、相同質(zhì)量的同種灰塵的 4 次試驗(yàn)中（每次試驗(yàn)都未清灰），PM2.5、PM10的除塵效率呈上升趨勢(shì)。由此可以得出結(jié)論：在袋式除塵器清灰過(guò)程中，同種灰體在同一風(fēng)量的抽吸下進(jìn)行除塵，隨著試驗(yàn)次數(shù)的增加，除塵效率逐步增加并趨于穩(wěn)定，但如果次數(shù)過(guò)多時(shí)，試驗(yàn)設(shè)備積攢灰塵太多，難以清理，導(dǎo)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(duì)比分析。
第一，聯(lián)合除塵器風(fēng)量的計(jì)算。查閱資料得知，皮托管的測(cè)量原理如圖3所示，在試驗(yàn)室我們測(cè)得的聯(lián)合除塵器有兩個(gè)截面——Ⅰ—Ⅰ、Ⅱ—Ⅱ（如圖3所示）。在皮托管探針前，Ⅰ—Ⅰ截面沒(méi)有任何流動(dòng)截面的影響，塵埃流體光束是平行的，它們形成一個(gè)定期的流速分布，對(duì)等于靜壓各點(diǎn)的橫截面；Ⅱ—Ⅱ截面流動(dòng)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(gè)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(diǎn)開一個(gè)孔，由于均勻流場(chǎng)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(chǎng)中某一點(diǎn)流體的動(dòng)壓力。第二，風(fēng)量計(jì)算。試驗(yàn)裝置的進(jìn)氣管道直徑D=0.1m，氣流密度ρ=1.30 kg/m3，試驗(yàn)數(shù)據(jù)與計(jì)算的結(jié)果如表5所示。
第三，計(jì)算結(jié)論分析說(shuō)明。試驗(yàn)過(guò)程中，由于設(shè)備及條件的限制，我們做了一些數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)略估算。首先，忽略了含塵氣流的密度變化。正常情況下，試驗(yàn)中整個(gè)含塵氣流的密度ρ是應(yīng)該發(fā)生變化的。其次，忽略了含塵氣流在整個(gè)除塵過(guò)程中的壓降損失。正常情況下，試驗(yàn)中含塵氣流從管道的進(jìn)口到出口，氣流的流量是不一致的，但考慮到試驗(yàn)室的試驗(yàn)裝置比較小，濾袋的面積也比較小，我們把計(jì)算的修正系數(shù)都考慮為 1，忽略了這一部分壓降損失。通過(guò)這些數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)化，能夠方便地計(jì)算出所需要的風(fēng)量。
第四，相同質(zhì)量不同流量的含塵氣流的試驗(yàn)分析。相同質(zhì)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(biāo)，所以要進(jìn)行其除塵效率對(duì)比。在 0.013 m3/s 的流量下，30 g灰塵的除塵效率分析結(jié)果見(jiàn)表 6；在 0.018 m3/s 的流量下，30 g 灰塵的除塵效率分析結(jié)果見(jiàn)表 7；在 0.022 m3/s的流量下，30 g 灰塵的除塵效率分析結(jié)果見(jiàn)表 8；相同質(zhì)量不同流量的含塵氣流的試驗(yàn)結(jié)果分析對(duì)比結(jié)果見(jiàn)圖4。
圖2 4次試驗(yàn)PM2.5、PM10除塵效率折線圖
圖3 皮托管原理圖
表5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表
表6 PM2.5、PM10的質(zhì)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(zhì)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(zhì)量濃度及除塵效率分析表
（流量為0.022 m3/s）
通過(guò)以上3組試驗(yàn)，我們得出了相應(yīng)的數(shù)據(jù)并建立了相應(yīng)的數(shù)據(jù)表格。通過(guò)以上表格，可觀察到一些數(shù)據(jù)的變化，為了更直觀地反映這種變化，用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)曲線圖來(lái)進(jìn)行走勢(shì)分析（見(jiàn)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(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，風(fēng)量和風(fēng)速都不能太大。風(fēng)速太大含塵氣流的流速就會(huì)過(guò)大，一方面會(huì)使袋式除塵器的濾料發(fā)生抖動(dòng)容易脫落，另一方面會(huì)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(guò)程中，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)娘L(fēng)量、風(fēng)速來(lái)進(jìn)行除塵，千萬(wàn)不能適得其反。
圖4 除塵效率走勢(shì)對(duì)比圖
3 結(jié)論
旋風(fēng)布袋聯(lián)合除塵器開辟了工業(yè)通風(fēng)除塵新方向，是工業(yè)通風(fēng)除塵新方式，具有良好的應(yīng)用前景。通過(guò)定量分析旋風(fēng)布袋聯(lián)合除塵試驗(yàn)臺(tái)在各工況下的除塵效率，得出旋風(fēng)布袋聯(lián)合除塵試驗(yàn)臺(tái)的除塵效率在同類同質(zhì)量灰體及相同風(fēng)量的抽吸下隨著除塵次數(shù)的增加而增加并逐漸穩(wěn)定，并且不隨粉塵種類的改變而改變的結(jié)論。旋風(fēng)布袋聯(lián)合除塵器具有效率高、運(yùn)行安全、對(duì)粉塵種類要求低等優(yōu)點(diǎn)，可以大批生產(chǎn)制造旋風(fēng)布袋聯(lián)合除塵器并廣泛投入使用，改善現(xiàn)有除塵方式，提高除塵效率，降低空氣污染物的排放。
