濕式除塵器優化設計探討

崔茂展 巨李娜

摘 ?要：霧霾天氣形成的原因之一，在于燃煤鍋爐細微顆粒排放負荷較大，需采取濕式除塵器去除氣體酸霧與細顆粒物。基于此，文章主要以濕式除塵器模型為切入點，從除塵風量、過濾單元及脫水單元這幾方面出發，對濕式除塵器性能進行優化設計，測試結果滿足過濾要求，以期為相關工作者提供參考。

關鍵詞：濕式除塵器;除塵效率;過濾;優化設計

引言

我國作為能源消費與生產大國，經濟發展下電力工業穩定、持續的增長，煤炭逐漸在發電與一次能源結構中占據主導地位，預計2050年一次能源中煤炭占比超過50%。而煤炭不完全燃燒會有諸多環境污染物產生，對人類健康及生態環境造成污染，特別是細顆粒物污染成為形成灰霾天氣、降低大氣能見度的最主要原因。濕式除塵器作為處理顆粒與粉塵的重要設備，能夠去除含濕氣體的酸霧、粉塵等，為提高處理效率，需優化濕式除塵器設計，以改進現有設備的不足。

一、濕式除塵器模型

某公司熱電二期工程中，鍋爐濕式除塵器為2*150t/h物理模型見圖1。主要是根據除塵器裝置，應用Gambit2.4.6完成繪制，建立物理模型的尺寸、結構嚴格參照反應器與設備CAD圖紙資料。

根據除塵器圖紙，簡化除塵器便于建模，其簡化內容為不考慮鋼支撐細微結構，忽略內部鋼支撐結構，接口均采取無縫連接。根據物理模型劃分網絡，構建網絡模型。濕式除塵器多孔介質與主體部分應用結構化網絡，進出口部分選用結構化網絡填充，多孔板安裝的復雜空間則采取非結構網絡劃分。考慮計算機運算能力、計算精度，加密處理陽極板安裝區域，其余網格密度較小，網格質量經過檢查符合要求。

二、濕式除塵器性能優化設計

除塵過程中，濕式除塵器關鍵環節是除塵風量、脫水降塵與過濾除塵，需以此為研究重點，進行性能優化設計。

1.除塵風量設計

濕式除塵器在工作過程中，除塵風量對于工作效率、質量具有直接影響，控制室內溫度23℃，大氣壓744.9mmHg下，按照進口處氣體混塵產塵，通過風量調節閥調節，改變除塵器進口風速，按照風速確定粉塵濃度，通過計算公式獲得除塵器除塵效率，以此明確進口風速與除塵效率的變化規律。為直觀形象描述不同風量下除塵器除塵效率與出口粉塵濃度，繪制示意圖見圖2。

以此可知，除塵器進風口速度增加，出口粉塵濃度減少，風速超過13.6m/s后粉塵出口濃度增加，為保證除塵效果良好，需綜合考慮除塵效率、出口粉塵濃度曲線，控制除塵器風速為13.6-14.5m/s，控制除塵器處理量為4700-5011m3/h，提高除塵效果，除塵效率超過99.89%。

2.過濾單元設計

濕式除塵器在過濾布置中，其處于風機與噴霧單元之間，為負壓除塵模式，此種模式除塵與噴霧霧滴接觸時間較短，霧滴與粉塵未充分混合就已經達到過濾單元，主要是依靠過濾單元中通過噴霧形成水膜攔截粉塵，預濕潤較短，達到過濾單元前，霧滴捕捉粉塵不足，降低了除塵效率。而正壓除塵方式，可有效彌補負壓除塵霧滴與粉塵接觸短的問題，過濾單元處于風機后，通過風機對噴霧霧滴和粉塵高速混合攪拌，能夠達到良好霧滴霧化效果，有助于粉塵捕捉，予以霧滴粉塵捕捉時間，以過濾單元攔截，可提高除塵效率。并且，過濾單元能夠凝聚小顆粒霧滴為大顆粒霧滴，安裝在風機后可提高脫水效率。在驗證過程中，根據負壓除塵、正壓除塵布置方式，其他條件相同展開試驗（見表1）。

以此可知，相較于負壓除塵，正壓除塵效率、脫水效率較為優秀，但在工藝流程中，含塵氣流需經過風機后過濾，易磨損風機，不適宜強腐蝕性、顆粒粗的氣流除塵。根據現場使用情況，熱電工作中粉塵多為煙塵、煤塵，不具有腐蝕性，且配套工藝中，前端吸塵罩有骨架風筒與大顆粒阻攔網，能夠在該階段沉降大顆粒粉塵，通過攔截網實現二次攔截，所以該工程可選用正壓除塵方式。

而在過濾網設計中，原本采取單層不銹鋼過濾網，受到顆粒物與風速的作用，易造成過濾網損壞，平均應用周期為1個月，孔隙是610μm，可攔截較大粉塵顆粒，小顆粒粉塵攔截率不高。多層組合過濾網能夠高效攔截粉塵，由間隔結構層與多層過濾網構成，可分級攔截粒徑不同的粉塵，結構層具有增加使用周期，加強過濾強度的作用，保持過濾網固定間隙，以免粉塵夾雜于過濾網中堵塞過濾單元。而不同過濾網層數受到風速不同，除塵效率和阻力不同，經過分析可知，風速越高，阻力越大，降低了除塵效率，過濾網層數多，則除塵效率也有所提高，根據綜合考慮，過濾網選擇初級濾網1層+精細濾網2層的組合模式。

3.脫水單元設計

在除塵器中，脫水單元作為最后降塵環節，能夠在脫水器下將塵霧滴下變成塵水，將其流出除塵器，以滿足除塵效果。濕式除塵器中旋流脫水應用廣泛，也是原本機型應用的結構，但外形尺寸、結構阻力較大，脫水效率不足，運行中出水口可見水霧較多。而波紋板脫水結構擁有小尺寸、脫水效率高特點，國內應用少，主要是研究波紋板性能少。因此，試驗中通過研究波紋板脫水器參數，測試不同風速下該設備脫水效率、設備阻力，獲得脫水速率、風速及阻力之間關系。以此可知，風速處于12.8-14.1m/s范圍時，脫水效率超過98.5%，風速低于12.8m/s或高于14.1m/s，降低了脫水效率，能夠在除塵器尾部看到諸多水霧，設計中風速越高，設備斷面積隨之減小，外形尺寸也減小，在風速設計中選擇14.1m/s，以達到良好脫水效率。

三、濕式除塵器性能測試

測試濕式除塵器性能，選用325目滑石粉為試驗粉塵，將其融于酒精后攪拌，做成載玻片，獲得粉塵粒徑分布，在發塵量4.7g/m3，水量13.5gal/min下測試14.1m/s的濕式除塵器效率，采樣時間為10min（見表2）。

以此可知，濕式除塵器在14.1m/s時，采樣效率分別是99.93%、99.72%、99.08%，平均效率是99.57%，而發塵量效率是99.54%、99.71%、99.14%，平均效率是99.46%，數據接近，表明結果準確性，其效率滿足工作要求。

總結：

綜上所述，在我國工業化進程推進下，環境污染與經濟發展矛盾日益突出，增加了環保壓力，特別是部分地區嚴重的霧霾現象，阻礙出行。為此，應當結合濕式除塵器結構模型，通過多方面的優化設計，應用選擇初級濾網1層+精細濾網2層的組合，控制風速14.1m/s，其平均除塵效率達到99.46%，滿足工作要求。

參考文獻

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