宁波钢铁有限公司焦化厂浙江省宁波市315800
摘要：本文以宁钢焦化厂筛焦楼在实际使用中，除尘系统管道积灰严重、系统阻力不平衡，工作现场扬尘严重，造成环境污染问题的处理为例。介绍研究除尘系统吸尘点布置，风量分配及吸尘点与工作设备运行的匹配问题。
关键词：除尘系统；吸尘点；设备运行；匹配
1前言
宁钢焦化厂筛焦楼分为一期、二期，两座并排布置，一期筛焦楼原设计用于贮存湿法熄焦的焦炭，故采用泡沫除尘。二期设置了一套地面除尘站，除尘系统选用9400m2袋式除尘器一台，风机型号：AY-FR22.5DW(IDF)，风量680000~720000m3/h，全压4500Pa。除尘站设计能力是为两座筛焦楼除尘（两座筛焦楼同时储存干熄焦焦炭），按理论计算，除尘站符合设计要求；但实际使用中，产生了管道积灰严重、系统阻力不平衡，工作现场扬尘严重，造成严重的环境污染问题。而且由于部分吸尘罩口风速过大，造成抽料现象，导致除尘器布袋破损严重。
2原除尘系统数据
根据设计院的有关施工图纸，对原有除尘系统各除尘点的风量进行统计，一期筛焦楼产尘点17个，风量合计61000m3/h；二期筛焦楼产尘点46个，风量合计153000m3/h；总风量需求214000m3/h，该数据可以得出现有除尘站的工作能力可以满足要求。
3问题分析
通过对现场问题分析研究，现有除尘系统效果不好的原因主要有以下几点：
3.1整个除尘系统没有采取阻力平衡措施及风量调节装置，除尘系统的风量无法达到设计要求，有的除尘点风量过大，导致大颗粒物料被吸入管道中沉积，影响了除尘效果，而有的除尘点风量偏小，无法满足除尘要求，因此，除尘系统的粉尘捕集效果整体都较差。
3.2部分扬尘较大的设备如振动筛密闭罩设计不合理，吸尘点位置不对，导致该处粉尘不能被及时吸走，从而粉尘浓度超标。
4解决方法
4.1采用阻力平衡措施
对除尘管网系统采用阻力平衡措施，在必要的位置添加阻力平衡器和风量调节阀，力求各除尘点吸风量达到设计值，避免抽料现象，保证除尘设备的正常运行。
4.1.1阻力平衡器的重要性
筛焦楼除尘系统包含几十个吸尘点，管网呈枝状，支管数量很多，各支管间形成并联管路。管网设计时应做风量和阻力平衡计算，即各支管所分配的风量与设计风量相一致，并联支管间的流体流动阻力损失基本相等，阻力损失计算值的相对差额不宜超过10％。否则，除尘系统将会存在很多问题甚至失去功能，主要表现在：
4.1.1.1部分吸尘罩引风量过小，达不到尘源控制效果；
4.1.1.2部分吸尘罩引风量过大，物料被大量抽走；
4.1.1.3部分支管风速过小，粉尘在管内沉降，造成管道堵塞；
4.1.1.4部分支管风速过大，造成管道磨损严重。
图1阻力平衡器结构示意图
可见，保障并联管路风量分配和阻力平衡至关重要。所谓阻力平衡，实际上是并联管路中，在计算阻力值小的支路上增设流体阻尼元件的措施，常用阻尼元件有调节阀门和阻力平衡器。
4.1.2阻力平衡器结构
阻力平衡器由壳体、内管、固定环、法兰组成，结构如图1所示：
阻力平衡器在管路合适的位置通过法兰与管道相连接，也可采用焊接。内管通过固定环焊接在壳体中央，内管内径d2根据并联管路节点计算阻力的差值来确定。不难看出，阻力平衡器具有以下特点：
4.1.2.1结构简单，制作安装方便；
4.1.2.2流体流经阻力平衡器时，发生突然缩小和突然扩大，产生局部阻力，增阻效应明显；
4.1.2.3成本和价格低廉，不需要电动或者气动控制；
4.1.2.4避免了流体偏流现象，耐磨性良好；
4.1.2.5由于内管直径经过管网系统阻力平衡计算确定，相对阀门调节，省去了烦琐的管网调试工作量；
4.1.2.6相对阀门调节，省去了检修、操作平台的设置，节约投资。
4.1.3阻力平衡器工作原理与设计
阻力平衡器是利用孔板的节流原理，通过产生流动局部阻力来达到调整管路阻力的目的。
阻力平衡器的工作原理如图2所示：
图2阻力平衡器工作原理示意图
阻力平衡器的设计，实质上是在管道横截面积A1、管道平均风速v1以及需要增阻值ΔP已知的条件下，通过计算阻力平衡器的阻力系数，从而计算出内管截面积A2（或内径d2）。
根据流体力学知识，阻力平衡器设计局部阻力系数计算公式为：
式中：ζ-----阻力平衡器设计局部阻力系数；
ΔP-----并联管路节点流动阻力计算差值，Pa；
ρ-----介质密度，Kg/m3；
ν-----阻力平衡器所在支路流体流速，m/s。
由以上计算可以得出阻力平衡器设计阻力系数，内管截面积A2可通过以下经验公式来计算：
式中：
ζ-----阻力平衡器设计局部阻力系数；
A1-----管道截面积，m2；
A2-----阻力平衡器内管截面积，m2。
4.1.4阻力平衡器使用注意事项
由于阻力平衡器自身的结构特点，决定了其在使用过程中会有一些特定的要求。
4.1.4.1阻力平衡器结构和尺寸一旦确定是不能进行调节的，这要求我们在进行除尘管网系统设计时，必须对管网进行精确的阻力平衡计算。
4.1.4.2由于阻力平衡器的不可调节性，在管网发生变更时，应对整个系统管网重新进行阻力平衡计算，并对所有阻力平衡器重新进行校核计算。
4.1.4.3对改造的除尘系统要慎重使用阻力平衡器，因为改造项目往往受现场条件的制约，设计资料可能不够全面，会出现较多的设计变更，可能会带来阻力平衡器结构和尺寸的变化。建议在改造工程中，将阻力平衡器和调节阀配合使用，在大管径支路上使用阻力平衡器进行宏观调节，在各引风点的小支路上使用手动风量调节阀，这样可避免使用较大口径电动阀门，从而节约成本。
4.1.4.4对粉尘磨琢性较大的除尘系统，使用阻力平衡器应注意做防磨处理，而对于粉尘磨琢性小的除尘系统则不构成主要问题。
4.2合理控制除尘管网阀门的开闭
合理控制电动阀门的开闭，避免电动阀门频繁开闭，影响管道内的风速，便于除尘系统的阻力平衡，以减小管道内粉尘的沉积。通过调整阀门开度来改变支路的流动阻力，从而达到阻力平衡，这种方式在管径较小的支路上可以采用。但是，当支路管径较大时不宜采用，其主要原因是：
4.2.1大口径阀门电动或气动操作，价格较高；
4.2.2阀门只在除尘系统调试时操作，一旦调试完成后，基本不再操作，使用率很低；
4.2.3调节阀门通常采用碟阀或插板阀，使用时存在偏流现象，磨损及漏风严重；
4.2.4调节阀门调试后长期不再操作，因锈蚀或粉结等原因无法动作；
4.2.5阀门数量多时，项目投资显著增加。
由此可以看出，阀门作为除尘管路流体阻尼元件在管径较小的支路上可以采用，使用效果较好。
4.3除尘点风量及吸尘罩的选用
重新整合各个除尘点风量，合理布置管道走向，尽量减少管网阻力。对吸尘罩设计不合理的设备如振动筛密闭罩进行改造。
4.3.1除尘点风量计算
除尘排风量（L）可按下式计算（同时可参考同类设备）：
L=L1+L2（m3/h）
式中L1——物料诱导带入的风量（m3/h）；
L2¬¬——为使密闭罩内保持一定负压而由不严密处吸入的风量（m3/h）；
L2=3600Fνf（m3/h）
F——密闭罩的面积（m2）;
νf——密闭罩口气流速度（m/s）
4.3.2吸尘罩的选用
吸尘罩的形式,根据产生尘源的设备、工作环境的要求不同,可以是多种多样的,但无论是哪种形式的吸尘罩在选用时都应该遵循以下原则：
4.3.2.1粉尘能畅通地被吸走。通常物料从高处落地时,会向四面散发,此时,粉尘的散发速度称为飞扬速度。物料落点处的粉尘飞扬速度最大。随着粉尘散发距离的增加,达到一定距离后,其散发速度为零。当粉尘散发速度较大时,不容易被捕集。而散发速度达到零时,粉尘被捕集就容易得多了。速度达到零点的那一点称为控制点,控制点到吸尘罩口的距离为x,尘源至吸尘罩口的距离为D,如图1所示。
图1粉尘散发示意图
在实际工作中,为有效捕集粉尘,应根据尘源周围空气运动的速度、粉尘的有害程度,使吸尘罩在该处造成一个吸收速度(称为控制风速),见表1。要在尘源点造成一定的控制风速,必须有相应的罩口风速(罩口面风速)。对一定形式的吸尘罩,风量愈大,罩口风速愈大,控制风速也愈大,粉尘就容易被捕集。
表1控制点的吸收速度
4.3.2.2吸尘罩要尽量靠近尘源。
4.3.2.3:在生产中,必须在顺着粉尘飞溅的方向设置罩口正面对着含尘气流的吸尘罩,使吸尘罩充分利用含尘气流的动能,以提高捕集效果。
4.3.2.4在不影响操作和生产的前提下,吸尘罩应尽可能将尘源包围起来。这样有利于用较少的引风量达到收尘效果。
4.3.2.5吸尘罩的结构设计应便于操作,便于检修。
4.3.2.6仅仅将产生粉尘的设备或地点密闭起来,是不能完全解决粉尘危害的,还必须从罩内抽出一定量的气体,使罩内产生一定的负压,以阻止粉尘外逸。几种常见设备负压值见表2。
表2常用设备密闭罩中的最小负压值
4.3.3本次改造后除尘系统风量分配表
4.3.4改造后除尘系统布置图
5结论
改造后的除尘系统投入正常使用至今,筛焦楼及周围环境较以前大为改观，岗位粉尘浓度达到国家标准。同时除尘器进风总管积灰、除尘器布袋破损等现象得到根除，除尘器排放浓度≤10mg/m3。由此可以得出除尘系统的风量平衡，除尘点风量及风速的控制，吸尘罩的正确选用是除尘系统正常运行的关键因素。
参考文献
[1]王纯，张殿印.除尘工程技术手册.化学工业出版社.ISBN9787122246165.
[2]成大先.机械设计手册.化学工业出版社，ISBN978-7-122-01498-5.
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