除尘器

布袋除尘器设计概述

作者:广州新瑞环保    来源:www.xinruiep.com    发布时间:2018-11-16 15:30:36

1.1布袋除尘器简介

布袋除尘器单元由一个或多个隔离的隔室组成,隔室包含多排圆形,扁平或成形管或褶皱筒形式的织物袋。载有粉尘的气体(通常)沿着滤袋的表面(然后)径向穿过织物。粉尘保留在袋的表面上,并且清洁的气流被排放到大气中。过滤器循环操作,在相对长时间的过滤和短时间的清洁之间交替。在清洁过程中,积聚在滤袋上的粉尘从织物表面除去并沉积在料斗中以便随后处理。

布袋除尘器收集直径从亚微米到几百微米的粉尘,效率通常超过99或99.9%。在织物上收集的粉尘或尘饼层主要负责这种高效率。粉尘饼是一个带有曲折毛孔的屏障,可以在粉尘穿过粉尘饼时捕获粉尘。在一些配置中,气体温度可高达约500华氏摄氏度,最高可至550华氏摄氏度。用于除尘系统的大部分能量表现为滤袋和相关硬件和管道上的压降。系统压降的典型值范围为约5至20英寸水柱。布袋除尘器用于需要高效粉尘收集的场合。气体特性(温度和腐蚀性)和粉尘特性(主要是粘性)会对织物或其操作产生影响,过滤器因此需频繁更换而造成经济上的不适应。

布袋除尘器设计

重要的工艺变量包括粉尘特性,气体特性和织物特性。最重要的设计参数是空气或气体与布料的比例(以3英尺/分钟的速度穿过1平方英尺的气体量)然而,通常的操作参数是过滤系统的压降。布袋除尘器的主要操作特征与其他气体过滤器的区别在于能够通过清洁定期更新过滤表面。常见的过滤器例如,高效微粒空气(HEPA)过滤器,高效空气过滤器(HEAF)和汽车感应空气过滤器是过滤器,在表面上积聚大量粉尘后必须将其丢弃。这些过滤器通常是由安装在支撑框架中的遮光纤维制成,并且在粉尘浓度相对较低的地方使用。布袋除尘器通常由编织或(更常见)针刺毡缝制成所需形状,用特殊硬件安装在通风系统中,并用于各种粉尘浓度。

在20世纪70年代和80年代开发的另一种布袋除尘器是静电增强过滤器。采用这种技术的试验工厂布袋除尘器显示出比传统过滤器设计低得多的压降。此外,一些成本分析表明,静电增强的布袋除尘器可以比常规布袋除尘器具有更低的寿命成本。然而,本章的目的是仅关注当前可用的商业过滤器。对静电增强过滤感兴趣的读者可参考VanOsdell等人的参考文献。

1.2布袋除尘器工作原理与流程描述

在本节中,首先从一般的角度讨论布袋除尘器的类型和所需的辅助设备。然后,讨论了应用于各种过滤器的织物过滤理论,为上浆过程奠定了基础。布袋除尘器可通过多种方式分类,包括清洁类型(振动器,反向空气,脉冲喷射),气流方向(内滤式与外滤式),系统风扇的位置(正压和负压)或尺寸(低,中或高气流量)。在这四种方法中,清洁方法可能是最显着的特征。本节将根据所使用的清洁类型讨论布袋除尘器。

1.2.1振动筛清洁布袋除尘器

对于任何类型的清洁,必须赋予织物足够的能量以克服将粉尘保持在滤袋上的粘附力。在用于内部到外部气流的振动器清洁中,通过将袋悬挂在振荡的马达驱动的钩或框架上来实现能量传递。可以以几种方式将运动赋予滤袋,但是一般效果是沿着织物产生正弦波。当在波浪作用的部分期间织物从滤袋中心线向外移动时,表面上累积的粉尘随着织物移动。当织物达到其延伸的极限时,粉尘块具有足够的惯性以从织物上撕下并下降到料斗。

对于通常间歇操作的小型单隔室布袋除尘器,通常在班次结束时,可以以适当的间隔手动操作连接到振动器装置的杠杆。在通常连续操作的多隔室布袋除尘器中,响应系统压力下降的计时器或压力传感器启动滤袋自动摇动。隔间按顺序操作,以便一次清洁一个隔间。停止向隔室的向前气流,允许粉尘沉降,残余气流停止,并且振动器装置接通几秒至一分钟或更长时间。可以重复沉降和摇动时间,然后将隔室带回在线进行过滤。由于没有向前流过隔间,必须增加布袋除尘器收集区域,以补偿在任何时候停止使用的部分。图1.1显示了一个振动筛清洁的布袋除尘器。

布袋除尘器设计

影响清洁的参数包括摇动运动的幅度和频率以及安装的滤袋的张力。前两个参数是布袋除尘器设计的一部分,通常不容易改变。安装滤袋时设定张力。频率的典型值约为4Hz,幅度约为2至3英寸(半行程)。有些装置可以轻松调节滤袋的张力,而其他装置则要求将滤袋松开并重新夹紧到其附着的顶针上。

与反向空气清洁袋(下面讨论)相比,振动器系统的剧烈作用倾向于更多地对滤袋施加压力,这需要更重且更耐用的织物。在美国,机织织物几乎专门用于振动筛清洁。欧洲的做法允许在稍高的过滤速度下使用毡制织物。这些较高的速度允许建造较小的布袋除尘器,并需要较少的资金。然而,较高的速度导致较高的压降,这增加了操作成本。对于任何给定的应用,存在经济平衡,通常可以通过估算两种类型的织物的成本来找到。振动器布袋除尘器及其中使用的机织织物已经进行了大量研究,许多振动器布袋除尘器仍在使用中。然而,大多数新竖立的布袋除尘器都是脉冲喷射清洁的布袋除尘器。如果需要比典型脉冲喷嘴更大的布袋除尘器,它们通常是定制的反向空气装置。脉冲式布袋除尘器已经变得流行,因为它们比等效的振动器布袋除尘器占用更少的空间并且被认为更便宜。对于使用玻纤滤袋的高温应用,与振动器布袋除尘器相比,可以预期更长的滤袋寿命。

1.2.2反向空气清洁布袋除尘器

当引入玻璃纤维织物时,需要更温和的清洁滤袋的装置,其可以是直径为30英尺并且长度为30英尺,以防止过早降解。反向空气清洁被开发为向滤袋传递能量的不太密集的方式。在反向空气清洁中,流到滤袋的气流在被清洁的隔室中停止,并且反向(从外向内)的气流被引导通过滤袋。这种气流的逆转使滤袋朝向它们的中心线轻轻地塌陷,这导致滤饼从织物表面脱离。分离是由粉尘和织物之间产生的剪切力引起的,因为后者改变了它的形状。用于支撑袋顶部的金属盖是袋的整体部分,因为几个缝合环环绕袋以防止它们在清洁期间完全塌陷。如果没有这些环,收集的粉尘会随着织物在清洁时自身塌陷而使滤袋堵塞。与多隔室振动器布袋除尘器一样,在反向空气袋式发生器中也会发生类似的循环,即在清洁动作开始之前阻止前向气流并使粉尘沉降。此外,与振动筛布袋除尘器一样,必须在反向空气布袋除尘器中增加额外的过滤能力,以补偿随时停用的部分。一些反向空气布袋除尘器采用补充振动器系统,通过增加输送到滤袋的能量来辅助清洁。类似的循环发生在反向空气袋中,阻止向前的气流并在清洁动作开始之前让粉尘沉淀。

反向空气源通常是单独的系统风扇,其能够以高于前向气流的气体与布料的比率为一个或两个隔室供应清洁、干燥的空气。图1.2显示了反向空气清洁的布袋除尘器。

布袋除尘器设计

1.2.3脉冲喷射清洁布袋除尘器

与振动器或反向空气布袋除尘器相比,脉冲喷射清洁的一个优点是,由于气体与布料的比例较高,因此使用较少的织物可以减少布袋除尘器的尺寸(和资金成本)。在某些情况下,无需为离线清洁建造额外的隔间。然而,较高的气体与布料比率导致较高的压降,这增加了操作成本。这种清洁形式使用压缩空气迫使一股气流通过滤袋并剧烈膨胀。与振动筛布袋除尘器一样,织物达到其延伸极限,粉尘从滤袋中分离出来。从袋中逸出的空气将分离的粉尘带离织物表面。然而,在脉冲喷射中,与振动器或反向空气布袋除尘器(即,从外向内)相比,过滤气体流动方向相反。脉冲喷射布袋除尘器如图1.3所示。

布袋除尘器设计

1.2.3.1袋式过滤器

在传统的脉冲式布袋除尘器中,滤袋安装在金属丝袋笼上以防止塌陷,同时在过滤期间尘埃气体从滤袋外部流到滤袋内部。滤袋和袋笼组件通常仅在顶部连接,而不是将袋的两端连接到袋滤室结构。在过滤期间,组件的底端倾向于在湍流气流中移动,并且可能摩擦其他袋,这加速了磨损。

通常,脉冲式布袋除尘器不是隔间的。当计时器通过快开阀启动清洁空气的爆发时,滤袋一次清洗一排。穿过每排滤袋的管子承载压缩空气。管道在每个滤袋上方有一个喷嘴,以便清洁空气直接进入滤袋。一些系统将空气引导通过用于夹带额外清洁空气的短文丘里管。脉冲反向并中断前向气流仅十分之几秒。然而,快速恢复向前流动将大部分粉尘重新沉积在清洁袋或相邻袋上。该作用具有抑制粉尘落入料斗的缺点,但具有快速重整粉尘饼的优点,为其提供有效的粉尘收集。

为了增加相同体积的袋式过滤器的过滤面积,已经开发出星形和褶皱(横截面)袋/笼结构。袋/笼组合设计为与标准袋和笼单元类似地安装的单元。当需要额外的织物区域时,这些单元可用作标准袋和袋笼的替代物,或者可用于原始设计中。使用正常脉冲清洁,即不需要对清洁设备进行特殊改变。星形袋和袋笼的成本大约是普通滤袋和袋笼的三到三倍半。

1.2.3.2筒式过滤器

通过使用支撑在线框架上的精细褶皱过滤介质,获得每单位袋滤室体积的过滤面积的进一步增加。该滤筒可以垂直安装,几乎可以直接替换现有布袋除尘器中的标准滤袋和袋笼,或者水平安装在原始设计中。当用作标准滤袋和袋笼的直接替代品时,一个案例的改造费用是建造新滤袋的成本的70%。早期滤筒除尘器设计的清洁是通过典型的脉冲设备使用吹管穿过一排滤筒。最近的设计为每对滤筒使用单独的空气阀。

一种类型的滤筒包含由褶皱式过滤介质和外部支撑网围绕的内部支撑芯。滤筒的一端是敞开的,这允许气体从外部通过过滤器以排出到清洁的空气室。清洁空气通过相同的开口端脉冲,但是与被清洁的气体反向。滤筒的另一端由端盖封闭。制造过程需要坚固,刚性的接头,其中端盖连接到过滤介质和芯。环氧树脂或聚氨酯塑料用于将介质密封在端盖上。将滤筒紧紧地固定在围绕孔的安装板上,该孔将其连接到清洁空气室。水平滤筒通常串联安装,它们之间有垫圈密封。

用于滤筒的过滤介质可以是纸,纺粘单丝塑料(聚酯是主要的)或非织造织物。滤筒的直径可以从6英寸到14英寸,长度可以从16英寸到36英寸。对于具有非织造织物的滤筒,过滤表面为约25平方英尺至50平方英尺,对于纺粘物,过滤表面为约三至四倍,并且对于纸而言是过滤表面的六倍以上。典型的滤筒可具有36平方英尺的非织造织物,153平方英尺的纺粘织物或225平方英尺纸。褶皱间距很重要有两个原因:较短的间距增加了特定滤筒体积的过滤面积,但更接近的间距增加了粉尘永久性地桥接褶皱底部并减少可用过滤面积的可能性。对于小粒径(几微米)的非附聚粉尘和纸张的良性特性,滤筒可具有12个褶/英寸到16褶/英寸。在更困难条件下的非织造布可能有4个褶/英寸到8褶/英寸。褶皱深度为1英寸至3英寸。褶皱布置和可用的清洁空气量决定了介质对特定粉尘的可清洁性。纸介质的一个优点是它们能够以高效率收集直径小于2.5μm的粉尘。整体效率可达99.999+%。非织造介质的效率可能低一个数量级。然而,即使在反向空气袋中的玻璃纤维滤袋也可以收集2.5μm的粉尘,效率为99.9%。

滤筒式过滤器的温度受到将介质密封到端盖的粘合剂的限制。操作温度200华氏摄氏度是常见的,温度能力高达3500˚F即将被销售。图1.4显示了滤筒除尘器。

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1.2.4声波清洁布袋除尘器

由于与摇动或脉冲喷射清洁相比,反向空气清洁是一种低能量方法,因此可能需要额外的能量来获得足够的除尘效果。如上所述,振动是一种增加能量的手段,而另一种是在声波的低端增加振动能量。由压缩空气区域提供动力的声波喇叭是应用这种能量的典型方法。喇叭(每个隔间1到几个用于大型布袋除尘器)通常在125至550Hz的范围内工作(更频繁地在125至160Hz范围内)并且产生120至145db的声压。如果使用得当,声波能量可以大大减少滤袋上的粉尘质量,但也可能导致通过织物的粉尘增加。渗透率的增加会降低布袋除尘器的效率。

喇叭结构包括喇叭形出口,该出口连接到包含隔膜的入口室。45至75psig的压缩空气进入腔室,使隔膜振动,并通过喇叭逃逸。离开喇叭的声波接触并振动含尘织物的能量足以使从袋中落下的粉尘松散或分离到下面的漏斗中。压缩空气消耗量从45到75scfm不等,具体取决于喇叭的大小。喇叭可以通过壁板法兰安装,法兰位于喇叭的出口端或入口室。喇叭也可悬挂在布袋除尘器结构内。

声波喇叭使用的一个例子是10隔室,反向空气袋式清洁燃烧气体,燃烧气体为835,000acfm。被清洁的滤袋直径为12英寸,长度为35英尺。每个隔间具有安装在四个角中的每个角中的喇叭,并且朝向隔间的中心成角度。在反向空气清洁过程中,每隔30分钟用反向空气清洁隔室1分钟,并用声波喇叭清洁30秒。喇叭在75psig下运行,消耗65scfm的压缩空气。对于需要较少强力清洁的布袋除尘器,清洁周期可延长至1小时或更长时间。

对于每间隔间需要1个喇叭的6室隔离袋,系统对喇叭的投资为13,500美元(BHA集团)。安装的喇叭在125Hz下运行,并在75psig下使用75scfm的压缩空气。在这种情况下,每个喇叭清洁了8,500平方英尺的织物。同样大小喇叭可以清理到15000平方英尺面料。

1.2.5布袋除尘器辅助设备

与织物过滤系统相关的典型辅助设备如图1.5所示。与布袋除尘器本身一起,控制系统通常包括以下辅助设备:捕获装置(即,吸尘罩或直接排气连接);管道系统;除尘设备(螺旋输送机等);风扇,电机和启动器;和一个堆栈。此外,可能需要喷雾室,机械收集器和稀释空气口以在气体到达布袋除尘器之前对其进行预处理。捕获装置通常是连接到处理容器的罩或直接排气接头。直接排气接头不太常见,需要吹扫空气通过处理容器,并且在某些过程中可能不可行。管道系统(包括阻尼器)用于控制和调节流量,当排气流从排放源移动到控制装置和烟囱时。喷雾室和稀释空气口降低了污染物流的温度,以保护过滤织物免受过高温度的影响。当大部分污染物负载由相对大的粉尘(大于约20μm)组成时,使用诸如旋风分离器的机械收集器来减少布袋除尘器上的负载。风扇为空气运动提供动力,可以安装在过滤器之前(正压布袋除尘器)或之后(负压布袋除尘器)。使用时,烟囱将清洁后的流体排放到大气中。螺旋输送机通常用于从布袋除尘器和(如果使用的话)机械收集器下方的料斗底部去除捕获的粉尘。

布袋除尘器设计

1.2.6布袋除尘器过滤原理

设计布袋除尘器的关键是确定在压降(运行成本随着压降增加而增加)和布袋除尘器尺寸(随着布袋除尘器尺寸减小而降低的资本成本)之间产生最佳平衡的面速度。随着面速度(或气体与布料比)的增加,布袋除尘器的尺寸减小。然而,较高的气体与布料比率会导致较高的压降。第1.3节讨论的影响设计气体与布料比的主要因素包括粉尘和织物特性以及气体温度。

虽然收集效率是除尘器性能的另一个重要指标,但设计合理且运行良好的布袋除尘器通常具有极高的粉尘物质(PM)收集效率(即99.9%以上)。布袋除尘器对收集小粉尘特别有效。例如,在两台电站锅炉上对布袋除尘器进行的测试表明,对于直径为10μm的粉尘,效率为99.8%,对于直径为2.5μm的粉尘,效率为99.6%至99.9%。由于假设效率高,设计过程侧重于压降。

流动通过入口和出口管道,流动通过料斗区域,以及流过滤袋,产生压降。通过布袋除尘器隔室的压降(不包括滤袋上的压降)在很大程度上取决于布袋除尘器的设计,传统设计中的压降为1至2英寸水柱,高达约3英寸的水柱的压降设计具有复杂的气体流动路径。通过投资所提出的设计的流动建模研究并根据研究结果修改设计,可以将该损失保持在最小值1-14(即1英寸水柱或更低)。这类研究的费用约为70,000美元(1998年)。

滤袋上的压降(也称为管板压降)可高达10英寸水柱或更高。管板压降是粉尘和织物的物理性质以及袋滤室的设计和操作方式的复杂函数。特定配置的管道和料斗损失是恒定的,并且可以通过基于对通过袋滤室的流动的知识的适当设计改变配置来有效地最小化。

织物过滤是一种适用于连续操作的批量过程。连续操作布袋除尘器的一个要求是必须定期清除滤袋上收集的粉尘。振动器和反向空气布袋除尘器通常使用织物袋,以相对低的面速度运行,并且具有滤饼过滤作为主要的粉尘去除机制。也就是说,织物仅用作形成作为实际过滤介质的尘饼的基质。脉冲式布袋除尘器通常使用毛毡织物并且具有高的气体与布料比(约为振动器或反向空气袋的两倍)。毛毡织物可在过滤过程中起到更积极的作用。滤饼过滤和织物过滤之间的区别对过滤袋的压力损失率具有重要意义。滤饼过滤的理论描述和设计过程与织物过滤的理论描述和设计过程完全不同。通过实验室规模的过滤测试来辅助织物选择,以研究织物对压降,清洁期间滤饼释放和收集效率的影响。这些测试的成本不到流量建模成本的十分之一。可以测量织物的电学性质,例如电阻率和摩擦电序(织物在从高电正电性到高电负性的系列中的位置,如通过在特定摩擦电化过程下的电荷确定的),以帮助织物选择。虽然它们的效果通常知之甚少,但静电效应会影响滤饼孔隙率和粉尘与织物或其他粉尘的粘附力。

以下部分显示了用于确定布袋除尘器尺寸的一般公式,从逆向空气/振动筛类型的布袋除尘器开始。

1.2.6.1反向空气/振动筛布袋除尘器

布袋除尘器的构造始于一系列规格,包括平均压降,总气流量和其他要求;也可以指定最大压降。鉴于这些规格,设计者必须确定能够满足这些要求的最大面速度。将布袋除尘器压降与面速度联系起来的标准方法由以下关系式给出:

布袋除尘器设计

其中,ΔP(θ)为压降,Ssys(θ为系统阻力,Vf(avg.)为平均(设计)表面速度。

对于多隔室布袋除尘器,系统阻力(占到布袋除尘器的入口法兰到出口法兰的大部分阻力)被确定为代表几个隔室的阻力的组合。对于通过每个隔间的压降相同且每个隔间的过滤面积相等的典型情况,可以显示:

布袋除尘器设计

其中,M为布袋除尘器的隔间数,Si(θ)为隔间数阻力。

隔间阻力是该隔间中滤袋上收集的粉尘量的函数。从一个滤袋到另一个滤袋的粉尘负荷变化不均匀,并且在给定的滤袋内,从一个区域到另一个区域的粉尘负荷也会变化。对于在隔室i内的足够小的区域j,可以假设阻力是粉尘负荷的线性函数:

布袋除尘器设计

其中,Se为空滤袋的阻力,K2为滤饼流动阻力,W为i隔间内j区域的单位面积粉尘质量。

如果在隔室i内有N个不同的相同大小的区域,每个区域具有不同的阻力Si,j,那么隔室i的总阻力可以以类似于公式1.2的方式计算:

布袋除尘器设计

常数Se和K2取决于织物和粉尘的性质和大小。这些常数与粉尘和织物特性之间的关系不能很好地理解,无法进行准确的预测,因此必须根据经验确定粉尘/织物组合或实验室测量结果。作为时间函数的尘埃质量定义为:

布袋除尘器设计

其中,Wr为“干净”袋子上的单位面积粉尘量,Cin为进气口粉尘浓度,Vi,j(θ)为i隔间j区域的面速度。

假设入口粉尘浓度和过滤面积恒定。通过每个过滤区域j和隔室i的面速度(气体与布料比)随时间变化,刚刚在清洁后从最大值开始并且随着粉尘积聚在滤袋上而稳定地减小。单个隔室面速度通过以下表达式与平均面速度相关:

布袋除尘器设计

布袋除尘器设计

公式1.1至1.6表明,设计面速度与管板压降之间没有明确的关系。给定设计的压降只能通过方程1.1到1.5的同时求解来确定,其中方程1.6作为该解的约束。解决方程需要一个迭代过程:从已知的平均压降目标开始,提出一个袋式设计(隔室数量,过滤周期长度等),假设一个面速度将产生压降,并解决公式1.1至1.6的系统验证计算的压降等于目标压降。如果没有,用新参数重复该过程,直到指定的面速度产生平均压降(和最大压降,如果适用的话)足够接近设计规范。参考文献给出了迭代过程的使用示例。

1.2.6.2脉冲喷射布袋除尘器

使用毛毡的脉冲喷射布袋除尘器和使用机织织物的反向空气和振动器布袋除尘器之间的区别基本上是滤饼过滤和复合粉尘/织物过滤(非滤饼过滤)之间的区别。这种区别更多的是方便而非物理,因为任何类型的布袋除尘器都可以针对特定应用进行设计。但是,这两种类型的成本将根据应用和尺寸特定因素而有所不同。有些脉冲喷嘴始终保持在线状态,并经常清洗。其他的则以相对较长的间隔离线进行清洁。隔室在没有清洁的情况下保持在线的时间越长,其复合粉尘/织物过滤机制就越改变为滤饼过滤。因此,一个完整的脉冲喷射过滤模型必须考虑在相对干净的脉冲喷射过滤器上发生的深度过滤,过滤不可避免地导致长时间在线过滤,以及两种方案之间的过渡期。当使用膜织物时,过滤主要发生在膜的表面,其作用类似于饼。以下分析尚未针对膜织物进行测试。

除了过滤机制的问题,还有清洁方法的问题。如果应用条件要求将隔室离线进行清洁,则在前向气流恢复之前,除去的粉尘会落入灰斗中。如果条件允许在线清洁隔间,则从袋中取出的一小部分粉尘落入漏斗中。剩余的脱落粉尘将通过前向气流重新沉积(即“再循环”)在滤袋上。再沉积的粉尘层具有与新沉积的粉尘不同的压降特性。迄今为止所做的建模工作侧重于在线清洁方法。Dennis和Klemm提出了以下脉冲喷射滤波器模型:

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其中,S为过滤器阻力,Se清洁后的过滤器阻力,(K2)c为循环粉尘的阻力,Wc为循环粉尘的面密度,K2为新沉积粉尘的阻力,W0新沉积粉尘的面密度。

该模型的优点在于它可以很容易地解释脉冲喷射袋式过滤器中的所有三种过滤方式。如在等式1.1至1.6中,阻力,过滤速度和面密度是时间Θ的函数。但是,对于给定的操作条件,可以假设Se,(K2)c和Wc的值是常数,以便它们可以组合在一起:

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公式1.8描述了单个气囊的压降行为。为了将这个单袋结果扩展到多袋隔室,公式1.7将用于确定单个袋阻力,然后将总袋阻力计算为并联阻力的总和。压降将按公式1.1计算。将这种情况扩展到粉尘分布不均匀的滤袋上,然后将公式1.7应用于滤袋上的每个区域,然后使用类似于1.4的等式计算整个滤袋阻力,这似乎是合理的。遵循该过程的困难在于必须为每个要建模的不同区域假设Wc的值。

由等式1.7和1.8表示的模型的缺点是此时不能预测常数Se,(K2)c和Wc。因此,必须使用实验室数据的相关性来确定(PE)△w的值。对于涤纶毛毡和粉煤灰的织物-粉尘组合,Dennis和Klemm在(PE)△w,面速度和清洁脉冲压力之间建立了经验关系。这种关系(从公制转换为英制单位)如下:

布袋除尘器设计

该等式基本上是对有限数量的实验室数据的回归拟合,不应该应用于其他粉尘/织物组合。公式1.9的幂律形式可能对其他粉尘或织物无效。因此,在公式1.9表示的模型可用于严格的尺寸调整目的之前,应收集和分析更多数据。

在预测非粉尘饼过滤压降方面显示出前景的另一个模型是由Koehler和Leith修改的Leith和Ellenbecker。在该模型中,管板压降是清洁织物阻力,系统硬件和清洁能量的函数。特别:

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根据公式1.10计算的实验室数据与压降的比较与各种粉尘/织物组合非常吻合。公式1.10的缺点是常数K1,K2和K3必须由实验室测量确定。最难挖掘的是K3值,这只能通过在中试规模的脉冲式布袋除尘器中进行测量才能找到。实验室测量的局限性在于不能总是充分模拟实际的过滤条件。例如,分散的粉尘可能不具有与原始粉尘相同的尺寸分布或电荷特性,从而产生不同的K1,K2值,和在操作袋中测量的K3

1.3布袋除尘器设计程序

设计过程需要估算与织物选择和清洁类型兼容的气体与布料比率。组成的织物选择取决于气体和粉尘特性;建筑用织物(织物或毛毡)在很大程度上取决于清洁类型。与正确估算的气体与布料比率相比,估计气体与布料比率过高会导致压降更高,粉尘渗透率更高(收集效率更低),并且更频繁的清洁会导致织物寿命缩短。估计过低的气体与布料比率会不必要地增加布袋除尘器的尺寸和成本。下面讨论用于设计的每个参数。

1.3.1布袋除尘器的气体与布料比率

从第一原理很难估计气体与布料的比例。然而,不同复杂性的快捷方法允许快速估计。增加难度的三种方法如下。对于振动器和反向空气布袋除尘器,第三种方法最好使用公开的计算机程序。虽然脉冲式布袋除尘器占据了市场的很大一部分,但它们并不一定是特定应用中成本最低的类型。对于脉冲喷射布袋除尘器,应根据其应用特定的气体-布料,以及反向空气或振动器布袋除尘器的应用特定的气体-布料比例进行成本核算。

下面概述的方法涉及传统的布袋除尘器。静电刺激的使用可以允许在给定压降下更高的气体与布料比率;因此需要更小的袋式结构和更少的滤袋。Viner和Locke讨论了静电刺激布袋除尘器的成本和性能模型;但是,没有可用于全面安装的数据。使用扩展区域袋配置(星形袋或褶皱滤筒)不允许显着改变气体与布料比率,但允许在给定体积中安装更多织物。

1.3.1.1类似应用中的布袋除尘器的气体与布料比率

选择织物后,可使用表1.1确定初始的气体与织物比率。第1列显示了粉尘的类型;第2栏显示了织物的气体与织物比率;第3栏显示了毡制织物的气体与织物比率。请注意,这些值都是“净”气体与布料的比率,等于以立方英尺/分钟计的总实际体积流量除以平方英尺的净布面积。该比率以英尺/分钟为单位,影响压降和滤袋寿命,如第1.2节所述。净布面积是通过将实际立方英尺/分钟(acfm)的废气流量除以设计的气体-布料比来确定的。对于因清洁而关闭的间歇式布袋除尘器,净布面积也是布料总面积或总面积。然而,对于连续操作的振动筛和反向空气过滤器,必须增加该区域以允许关闭一个或多个隔室以进行清洁。离线清洁的连续操作的隔室脉冲喷射过滤器还需要额外的布料以在清洁时保持所需的净面积。表1.2提供了将净面积调整为总面积的指南,该指南确定了需要离线清洁的过滤器的尺寸。

布袋除尘器设计

布袋除尘器设计

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1.3.1.2制造商方法中的布袋除尘器的气体与布料比率

制造商开发了诺模图和图表,可以快速估算气体与布料的比例。下面给出两个例子,一个用于振动清洁的布袋除尘器,另一个用于脉冲式清洁布袋除尘器。

对于振动器布袋除尘器,表1.3给出了估算比率的因子方法。给出了不同操作中几种材料的比例,但是由粉尘尺寸和粉尘负荷的因素进行了修改。包含方向和示例。与表1.3值相比,反向空气布袋除尘器的气体与布料比率大致相同或稍低。

布袋除尘器设计布袋除尘器设计

对于脉冲式布袋除尘器,通常以反气式布袋除尘器的气体与布料比率的两倍或更多倍运行,另一种因子方法已用方程式修改,以表示温度,粒度和粉尘负荷:

布袋除尘器设计

布袋除尘器设计

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在温度低于500°F,使用T=50,但预期降低准确性;对于温度高于2750°F,使用T=275。对于粒子的质量平均直径小于3μm,D值为0.8;而对于直径大于100μm,D为1.2。对于小于0.05gr/ft3的粉尘负荷,使用L=0.05;对于高于100gr/ft3的粉尘负载,使用L=100。对于水平盒式布袋除尘器,可以使用类似的因子方法。表1.5提供了这些因素。

布袋除尘器设计

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1.3.1.3理论/经验方程中的布袋除尘器的气体与布料比率

振动器和反向空气袋式方程式1.1至1.6描述的系统是复杂的;但是,数值方法可用于获得准确的解决方案。布袋除尘器造型的严重缺陷尚未被克服,缺乏对滤袋清洗过程的基本描述。也就是说,为了求解方程1.1至1.6,必须知道Wr的值(清洁后的粉尘负荷)。显然,清洁能量的数量和类型与滤袋的除尘程度之间必然存在关系。丹尼斯等人已经开发了通过振动筛清洁和反向空气清洁从编织玻璃纤维袋中去除煤飞灰的相关性。这些相关性已被结合到计算机程序中,该计算机程序产生上述方程组的解。

影响相关性的物理因素包括粉尘尺寸分布,粉尘和织物的粘附性和静电性能,织物编织以及清洁能量。在这个织物过滤领域需要更多的研究。

因此,布袋除尘器的严格设计涉及几个步骤。首先,必须指定平均压降(以及必要时的最大压降)的设计目标以及总气体流速和其他参数,例如Se和K2(从现场或实验室测量中获得)。其次,假设面速度,并且根据总气流量,面速度,滤袋尺寸和每个隔间的袋数计算袋滤室中隔室的数量(美国电力行业的典型隔间使用直径为1英尺,长度为30英尺,每个隔间有400个滤袋的滤袋)。标准做法是设计一个布袋除尘器,以便在一个隔间离线进行维护时满足规定的压降。第三步是指定袋滤室的操作特性(即过滤期,清洁期和清洁机制)。第四,设计者必须指定清洁效率,以便估计剩余粉尘负荷。最后,指定的布袋除尘器设计用于建立方程1.1至1.6的细节,然后以数字方式求解,以确定作为时间函数的压降。然后通过对过滤循环中的瞬时压降进行积分并除以循环时间来计算平均压降。如果计算的平均值高于设计规格,则必须减小面速度并重复该过程。如果计算出的平均压降明显低于设计规格,则建议的袋式过滤器尺寸过大,应通过增加面速度并重复该过程使其变小。当计算的平均压降足够接近假定的指定值时,已确定设计。可以在Dennis等人的报告中找到建模过程的完整描述。Viner等人提出了对模型准确性的批评。

脉冲式布袋除尘器如果仍然在线进行清洗,设计脉冲式布袋除尘器的整个过程实际上比反向空气或振动式布袋除尘器所需的过程简单。第一步是指定所需的平均管板压降。其次,必须建立袋滤室的操作特性(例如,在线时间,清洁能量)。第三,设计者必须从现场,中试工厂或实验室测量中获得公式1.9或公式1.10中的系数值。第四,估计面速度的值,并且针对过滤循环持续时间内作为时间的函数的压降求解适当的等式(等式1.8或1.10)。该信息用于计算循环平均压降。如果计算的压降与指定的压降匹配,则程序结束。如果没有,设计者必须调整面速度并重复该过程。

1.3.2压降

如果已知各种参数的值,则可以根据前一节中给出的等式计算滤袋的压降。经常它们是未知的,但如果横跨袋滤室的最大压降5~10mm水柱以及在整个系统的压降在10~20mm水柱,可以假定它包含过多管道系统。

可用于估算振动筛或反向空气布袋除尘器中织物最大压降的等式1.1和1.3形式为:

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尽管存在很大的可变性,但Se的值可以在约0.2至2英寸的水柱范围内(英尺/分钟)和K2的值从1.2至30-40英寸水柱/(英尺/分钟)/(磅/平方英尺)。煤粉的典型值约为1至4。入口浓度从小于0.05gr/ft3变化到大于100gr/ft3,但更接近典型的范围是约0.5至10gr/ft3。连续工作布袋除尘器的过滤时间可在20至90分钟之间,但更常见的是30至60分钟。对于脉冲喷射布袋除尘器,在用CiVθ代替W0和(PE)Δw后,使用公式1.8和1.9来估算△PW0

1.3.3粉尘特征

粒度分布和粘合性是影响设计过程的最重要的粒子特性。较小的粉尘尺寸可形成更致密的粉尘饼,这会增加压降。如表1.3和1.5以及等式1.11所示,降低平均粒径的效果是较低的适用气体与布料比。

粘附的粉尘,例如油性残留物或静电活性塑料,可能需要安装将预涂材料注入滤袋表面的设备,其充当缓冲剂以捕获粉尘并防止它们致盲或永久堵塞织物孔。知情面料选择可以消除静电问题。

1.3.4气流特性

水分和腐蚀性含量是需要设计考虑的主要气流特性。布袋除尘器和相关的管道系统应隔热,如果可能发生冷凝,可能会加热。必须考虑结构和织物组件,因为两者都可能被损坏。在可能发生结构腐蚀的情况下,可能需要用不锈钢代替低碳钢,条件是使用300系列不锈钢时不存在氯化物。(大多数奥氏体不锈钢易受氯化物腐蚀。)

1.3.4.1温度

气流的温度必须保持在气流中任何可冷凝物的露点之上。如果可以在不接近露点的情况下降低温度,则可以使用喷雾冷却器或稀释空气来降低温度,从而不会超过织物的温度限制。然而,必须权衡预冷器的额外成本与具有更高耐温性的滤袋的更高成本。使用稀释空气来冷却气流还涉及在较便宜的织物和较大的过滤器之间进行权衡,以适应额外体积的稀释空气。通常,如果可获得耐温和耐化学品的织物,则不需要预冷。(喷雾室,淬火器和其他预冷器的成本见本手册“湿式洗涤器”部分)表1.6列出了目前使用的几种织物,并提供了有关温度限制和耐化学性的信息。标记为“Flex Abrasion”的列表示织物适合通过机械振动器进行清洁。

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1.3.4.2压力

标准布袋除尘器可用于压力或真空服务,但仅在约±25英寸水柱的范围内。由于房屋的钣金结构,它们通常不适合更严格的服务。但是,对于特殊应用,可以构建高压外壳。

1.3.5布袋除尘器设计考虑因素

1.3.5.1正压和负压系统

袋滤室相对于气流中的风扇的位置影响了资金成本。吸风式布袋除尘器,其风扇位于设备的下游侧,必须承受高负压,因此必须比位于风扇下游的布袋除尘器(压力布袋除尘器)构造和加固更多。吸入布袋除尘器中的负压可导致外部空气渗透,如果处理可燃气体,则可导致冷凝,腐蚀或甚至爆炸。在有毒气体的情况下,这种向内泄漏可以比正压型布袋除尘器具有优势,其中泄漏是向外的。负压的主要优点是处理工艺流的风扇位于袋滤室的清洁气体侧。这减少了风扇的磨损和磨损,并允许使用更高效的风扇(向后弯曲的叶片设计)。然而,因为对于一些设计,来自每个隔室的废气在出口歧管中与风扇结合,具有泄漏袋的定位隔室可能是困难的并且增加了维护成本。正压布袋除尘器通常较便宜,因为壳体必须仅承受织物上的压差。在一些设计中,布袋除尘器没有外壳。维护也减少了,因为可以进入隔间,并且可以在隔间使用时观察泄漏的滤袋。对于压力布袋除尘器,壳体充当烟囱以容纳烟雾,随后通过结构顶部的长脊通风口(监测器)排出。当羽流从滤袋上方的监视器出来时,这种配置使得泄漏的滤袋更容易定位。压力型布袋除尘器的主要缺点在于,风扇暴露于脏气体,其中风扇叶片上的磨损和磨损可能成为问题。

1.3.5.2标准或定制结构

布袋除尘器的设计和施工分为标准和定制两组。标准布袋除尘器进一步分为低,中,高容量尺寸类别。标准布袋除尘器是经过预先设计和工厂制造的完整的现成装置,由工厂组装和装袋用于低容量装置(数百至数千立方英尺的吞吐量)。中等容量单位(数千至小于100,000acfm)具有标准设计,是工厂组装的,可以装袋也可以不装袋,并且具有单独的袋隔室和料斗部分。一种形式的高容量布袋除尘器是可装运模块(50,000至100,000acfm),仅需要适度的现场组装。这些模块可以安装滤袋,可以用卡车或铁路运输。抵达时,它们可以单独操作或组合使用以形成更大容量应用的单元。因为它们是预先组装的,所以它们需要较少的现场劳动力。

定制布袋除尘器,也被认为是高容量,但通常为100,000acfm或更大,专为特定应用工况而设计,通常按照客户规定的规格制造。通常,这些单位比标准布袋除尘器大得多。例如,许多用于发电厂的布袋除尘器。每平方英尺面料定制布袋除尘器的成本要高得多,因为它不是现成的物品,需要特殊的制造设置和昂贵的现场劳动力,以便在到达时进行组装。定制布袋除尘器的优点很多,通常用于易于维护,可访问性和其他客户偏好。在一些标准布袋除尘器中,由于难以找到和更换单个泄漏袋,因此必须一次性更换一整套滤袋,而在定制布袋除尘器中,可以单独检查和更换单个滤袋。

1.3.5.3过滤介质

布袋除尘器中使用的过滤材料的类型取决于具体的应用工况和相关的气体化学成分,操作温度,粉尘负载以及粉尘的物理和化学特性。特定材料,编织,饰面或重量的选择主要基于过去的经验。对于机织织物,纱线类型(长丝,短纤维或短纤维),纱线直径和捻度也是选择适合特定应用的织物的因素。一些应用工况是比较复杂的的,即它们具有易于渗透滤饼和织物的小的或光滑的粉尘,或者具有强烈粘附到织物上并且难以除去的粉尘,或者具有降低粉尘收集或清洁的一些其他特性。对于其中一些应用Gore-Tex,可以使用层压到织物背衬(毡或织物)上的聚四氟乙烯(PTFE)膜。选择背衬材料以与它们所使用的应用相容。其他PTFE膜层压织物由Tetratec(Tetratex)和BHA(BHA-Tex)提供。这些膜由于其小孔(1或2μm至小于1μm)而有利于在过滤开始后几乎立即收集小粉尘。相比之下,织物和非织造织物(具有约10μm至100μm的孔)允许粉尘在重构织物覆盖织物之前短时间穿透过滤器。带有膜袋的布袋除尘器的整体质量收集效率似乎不会高于带有其他织物的布袋除尘器,但细粉尘的效率可能更高。

由于机械振动器的剧烈搅动,纺丝或重质短纤纱织物通常与这种类型的清洁一起使用,而较轻重量的长丝纱织物与较温和的反向空气清洁一起使用。针刺毡通常用于脉冲喷射布袋除尘器。这些较重的织物在经受清洁脉冲时比织物更耐用。编织玻璃纤维袋是高温应用的一个例外,它们在成本的基础上成功地与毡制玻璃和其他高温毡竞争。

材料类型限制了袋滤室的最高工作气体温度。棉织物具有较高的温度(约180°F),而通常使用的织物,玻璃纤维拥有最高温度(约500°F)。如果气流中含有可凝结物,其温度必须远高于露点,因为液体粉尘通常会在几分钟或几小时内堵塞织物的孔隙。但是,温度必须低于滤袋中织物的最大限度。表1.6给出了这些最大限值。

1.4估算布袋除尘器的总投资成本

总投资成本包括布袋除尘器结构的成本,滤袋的初始补充,辅助设备以及与安装或架设新结构相关的通常的直接和间接成本。这些费用如下所述。(本节不讨论通过电气增强改善布袋除尘器性能的成本,但在示例问题中也有提及。)

1.4.1布袋除尘器设备成本

1.4.1.1初始布袋除尘器费用

介绍了七种布袋除尘器的成本与织物面积的相关性。表1.7列出了这七种类型,其中六种是预组装的,一种是现场组装的。

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每个图显示布袋除尘器类型和额外成本项目的成本。所有曲线均基于供应商报价。回归线已经适用于报价,其等式已经给出。在大多数情况下,这些线不应超出所示限制。如果读者获得供应商报价,他们可能会与这些曲线相差多达±25%。所有估算包括进气和排气歧管支架,平台,扶手和料斗卸料装置。指示的价格是法兰到法兰。读者应注意,每个图形的比例变化以适应各种类型的布袋除尘器操作的不同气体流量范围。

当需要这种结构以防止废气流腐蚀袋滤室内部时,使用304不锈钢附加成本。用不锈钢代替与废气流接触的所有金属表面。

绝缘成本代表3英寸的工厂安装的玻璃纤维包裹在金属外壳中,除了定制的布袋除尘器,其具有现场安装的绝缘材料。绝缘成本仅包括与废气流接触的所有区域外侧的法兰-法兰布袋除尘器结构。管道系统,风扇外壳和烟囱的绝缘必须单独计算,如下所述。

图1.6代表一个间歇服务的布袋除尘器,由机械振动筛清洗。该布袋除尘器适用于需要不经常清洁的操作。它可以在方便的时候关闭和清洁,例如班次结束或一天结束。图1.6显示了布袋除尘器成本与所需织物面积的关系。由于间歇性服务布袋除尘器不需要额外的隔间进行清洁,因此粗糙和净织物区域是相同的。该图是线性的,因为布袋除尘器由模块化隔间组成,因此几乎没有规模经济。

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图1.7显示了由机械振动器清洁的连续操作模块化布袋除尘器的成本。同样,价格是以平方英尺的总布面积为单位绘制的。由于复杂性增加和结构较重,这些单位的成本(平方英尺)高于间歇式振动筛布袋除尘器的成本。

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图1.8和图1.9分别显示了共同壳体和模块化脉冲喷射布袋除尘器。普通箱体单元将所有滤袋放在一个箱体内;模块化单元由单独的模块构成,这些模块可以设置用于离线清洁。注意,在单个单元(共同外壳)脉冲射流中,对于所示的范围,单元的高度和宽度是恒定的并且长度增加;因此,由于与上述模块化单元不同的原因,成本随着尺寸线性增加。由于普通外壳相对便宜,因此不锈钢附件的比例高于模块化单元。增加了与不太可行的不锈钢帐户相关的材料成本和设置以及人工费用,以支付大部分额外费用。图1.10显示了通过脉冲清洁的箱式布袋除尘器的成本。

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图1.11和1.12分别显示了模块化和定制的反吹风布袋除尘器的成本。后者由于尺寸大,必须进行现场组装。它们通常用于发电厂,钢铁厂或其他对在工厂已经组装好的布袋除尘器来说太大的应用。定制振动器单元的价格未显示,但预计与定制的反向空气单元类似。

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1.4.1.2滤袋费用

表1.8给出了1998年每平方英尺滤袋的价格,按织物类型和所用清洁系统的类型。实际报价可能与表中的值相差±10%。在估算整个袋滤室的滤袋成本时,应使用表1.2中确定的粗布面积。PTFE膜织物成本是基础织物成本和PTFE层压板及其应用的优质组合。随着纤维市场条件的变化,织物相对于彼此的成本也会发生变化。价格基于典型的面料重量,单位为盎司/平方码。缝纫卡环包含在价格中,但必须根据布袋除尘器的类型添加其他安装硬件,如龙骨或袋笼。

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1.4.1.3布袋除尘器的辅助设备

图1.1显示了辅助设备,本手册的其他部分对此进行了讨论。由于吸尘罩,管道系统,预冷器,旋风分离器,风扇,电机,除尘设备和烟囱在许多污染控制系统中很常见,因此它们(或将要)在单独的章节中进行扩展处理。例如,第2节提供了吸尘罩,管道系统和烟囱的尺寸和成本计算程序和数据。

1.4.2布袋除尘器的总购买成本

织物过滤系统的总购买成本是布袋除尘器,滤袋和辅助设备的总成本;仪器和控制,税收和运费。仪器和控制,税收和运费通常被视为前三项估计总成本的百分比。第1节中的典型值为仪器和控制的10%,税收的3%和运费的5%。

根据所需面料的类型,滤袋成本从裸袋(不带滤袋或辅助设备的滤袋)的成本的不到15%到超过100%不等。这种情况使得在不单独估算布袋除尘器和滤袋成本的情况下估计总购买成本是不可取的,并且不鼓励使用单个因素来估计组合式布袋除尘器和滤袋的成本。

1.4.3布袋除尘器的总投资成本

总投资成本(TCI)是三个成本,购买设备成本,直接安装成本和间接安装成本的总和。表1.9给出了估算TCI所需的因子。表1.9的因素对于“包装”布袋除尘器而言可能太大-那些预先组装的布袋除尘器由隔室,滤袋,风扇和电机以及仪器和控制器组成。由于这些封装单元只需要很少的安装,因此安装成本会降低(购买设备成本的20-25%)。由于滤袋成本会影响购买设备的总成本,因此表1.9中的成本因素可能会导致在使用昂贵的滤袋时高估总投资成本。使用不锈钢组件也会导致高估。因为滤袋的大小不一,没有给出场地准备或建筑物的具体因素。建筑物的成本可以从1998年的平均建筑成本数据等参考资料中获得。通常不需要土地,营运资金和场外设施,并且已从表中排除。必要时,可以估算这些成本。

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1.5估算布袋除尘器的年度总成本

1.5.1布袋除尘器的直接年度费用

直接年度成本包括操作和监督人工,操作材料,更换滤袋,维护(人工和材料),公用设施和粉尘处理。这些费用中的大部分将在下面单独讨论。它们随位置和时间而变化,因此,应该获得适合特定的布袋除尘器系统的成本。

1.5.1.1经营和监督人工

对于各种过滤器尺寸,典型的操作劳动力要求为每班2至4小时。当布袋除尘器运行以满足最大可实现控制技术(MACT)规定时,该范围的上端可能是合适的。小型或性能良好的单元可能需要较少的时间,而非常大或麻烦的单元可能需要更多。监督劳动力占经营劳动力的15%。

1.5.1.2布袋除尘器预喷涂

布袋除尘器通常不需要操作材料。一个例外是使用在布袋除尘器入口侧注入的预喷涂材料,当粘性或腐蚀性粉尘可能损坏滤袋时,在滤袋上提供保护性粉尘层。当布袋除尘器用于同时去除粉尘和气体时,可以类似地注入吸附剂。这些材料的成本应按每质量美元计算(例如,每吨美元)。

1.5.1.3布袋除尘器的维护

每班保养劳动力从1到2小时不等。与操作人工一样,这些值可能会减少或超过,具体取决于特定单位的大小和操作难度。操作可能需要该范围的上限以满足MACT规定。假设维护材料成本等于维护人工成本。

1.5.1.4更换布袋除尘器的部件

更换部件由过滤袋组成,其典型使用寿命约为2至4年。以下公式用于计算滤袋更换费用:

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滤袋更换人工成本(CL)取决于滤袋的数量,尺寸和类型;他们的可访问性;它们如何连接到布袋除尘器管板;以及增加或减少所需劳动量的其他特定地点因素。例如,反向空气布袋除尘器可能需要10到20个人-分钟才能更换一个夹紧到位的8英寸×24英尺的滤袋。基于大约50英尺的过滤表面积和29.15美元/小时(包括额外开销)劳动率,CL将是0.10至$0.19美元/平方英尺滤袋区域。如表1.8所示,对于某些滤袋(例如聚酯),这个CL范围将占购买成本的很大一部分。对于脉冲喷射布袋除尘器,顶部通道布袋除尘器中5英寸×10英尺袋的更换时间约为5至10人-分钟,或0.19至0.37美元/平方英尺滤袋区域。这个更大的成本部分被布袋除尘器中的布料所抵消,但可能会有更多的小滤袋。这些滤袋更换时间基于改变整个模块的最小值以及具有典型的布袋除尘器设计。如果只更换几个滤袋或者滤袋附件或通道的设计不典型,时间会明显更长。水平安装的盒式布袋除尘器需要大约4分钟才能更换一个盒式滤芯。较旧式的布袋除尘器,垂直安装和吹管穿过盒式滤袋需要大约20分钟/滤筒。

手动方法将滤袋和滤袋更换劳动力视为在滤袋的使用寿命内摊销的投资,而控制系统的其余部分在其使用寿命内摊销,通常为20年(见第1.5.2小节)。具有不同使用寿命的滤袋的资本回收系数值可以根据章节中提供的方法计算

1.5.1.5布袋除尘器的电力消耗

操作系统风扇和清洁设备需要电力。主气体风扇功率可以如第2节第2章所述计算,并假设风扇-电机组合效率为0.65,比重为1.000。我们获得:

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反向空气系统的清洁能量可以从一次要清洁的隔室数量(通常是一个,有时是两个)计算(使用公式1.14),反向气体-布料比率(从大约一到两倍)前向气体与布料比率。根据风扇拾取器的位置(主系统风扇之前或之后),反向空气压力下降最多6或7英寸水柱。反向风扇通常连续运行。

运行8,760小时/年的振动筛系统的典型能耗(kWh/yr)可以通过以下方式计算:

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如果布袋除尘器或相关的管道系统被加热以防止冷凝,则必须计算燃料成本。这些成本可能很高,但可能难以预测。有关计算传热要求的方法,请参阅Perry。

1.5.1.7布袋除尘器的水消耗

对于所用织物,冷却工艺气体到可接受的温度可以通过用空气稀释,用水蒸发或用普通设备进行热交换来完成。蒸发和常规热交换设备需要消耗水,但成本通常不大。第3.1节“吸附器”的第1章提供了有关估算冷却水成本的信息。

1.5.1.8布袋除尘器的压缩空气消耗

脉冲喷射过滤器使用压力为约60至100psig的压缩空气。典型的消耗量约为2scfm/1,000cfm的气体过滤。例如,过滤器运行时每分钟过滤20,000cfm的气体使用约40scfm的压缩空气。对于每个脉冲,在一个制造商的设计中,具有非织造织物的筒式过滤器分别在60psig或90psig脉冲压力下使用10scfm/1,000平方英尺或14scfm/1,000平方英尺。当使用纸介质时,在各自的压力下空气量为1.7scfm/1,000平方英尺和2.2scfm/1,000平方英尺。脉冲频率范围约为5分钟到15分钟。压缩空气的典型成本是0.25美元/1,000标准立方英尺。

1.5.1.9布袋除尘器的粉尘处理

如果收集的粉尘不能回收或出售,则必须将其填埋或以其他方式处理。处置成本是针对特定地点的,但在宾夕法尼亚州的城市垃圾场通常为每吨35至55美元,不包括运输(见第1节)。通过长期处置合同,可以为工业运营提供更低的成本。危险废物处理费用为每吨150美元或更多。

1.5.2布袋除尘器的间接年度成本

间接年度成本包括资本回收,财产税,保险,行政成本(“G&A”)和间接费用。资本回收成本基于设备寿命和所采用的年利率。(有关资本回收成本及其变量的讨论,请参阅第1节。)对于布袋除尘器,系统寿命从5年到40年不等,典型的是20年。然而,这并不适用于通常寿命较短的滤袋。因此,应该根据安装的资本成本,更换滤袋的成本(即滤袋的购买成本加上更换滤袋所需的劳动力成本)来确定系统资本回收成本估算。代数:

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用于财产税,保险和行政费用的建议因素是投资中心司的4%(见第1节)。最后,间接费用计算为总劳动力(操作,监督和维护)和维护材料的60%。

1.5.3回收信用证

对于可以重复使用布袋除尘器中收集的粉尘或可以出售粉尘的过程(例如,作为铺路混合物的扩展剂出售的粉煤灰),应采取回收信用证(RC)。如等式1.17中所使用的,从TAC中减去该信用(RC)。

1.5.4布袋除尘器的年度总成本

拥有和操作织物过滤系统的年度总成本是第1.5.1至1.5.3节中列出的组件的总和:

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1.6布袋除尘器成本示例

假设需要布袋除尘器来控制燃煤锅炉的飞灰排放。烟道气流是50000acfm、325°F和具有4gr/acf的灰分负荷。灰分的分析显示质量中值直径为7μm。假设布袋除尘器运行8,640小时/年(360d)。

通常,滤袋初始成本的8%。对于振动筛或反吹风袋式织物中的织物,气体与布料比(G/C)可以从表1.1中得到2.5,对于脉冲式布袋除尘器中使用的毡,可以取5。如果使用因子方法估算G/C,则振动器的表1.3将产生以下值:A=2,B=0.9,C=1.0。气体与布料的比例为:

2x0.9x1.0=1.8

该值也可用于反向空气清洁。对于脉冲喷射单元,表1.4给出了因子A的值9.0和因子B的值0.8.等式1.11变为:

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因为这个值比振动器/反向空气G/C大得多,所以我们得出结论,脉冲式布袋除尘器是最便宜的设计。这个结论是基于这样一个推论,即更大的G/C会产生更低的资本,反过来又会产生年度成本。但是,为了进行更严格的选择,我们需要计算和比较所有三种布袋除尘器设计的总年度成本(假设这三种技术都是可接受的)。请读者进行比较。关于总体年度成本的G/C影响增加以及伴随的压降增加的进一步讨论将在参考文献中找到。假设在一个共同的外壳结构中使用在线清洁,并且由于操作温度高,使用玻璃滤袋(见表1.6)。当气体与布料的比例为4.69时,所需的织物为:

50,000acfm/4.69fpm=10,661平方英尺

从图1.8中,布袋除尘器的成本(“普通箱体”设计)是:

Cost=2307+7.163(10661)=$78672

绝缘是必需的。图1.8中的绝缘附加成本是

Cost = 1,041+ 2.23(10,661) = $24,815

从表1.8可以看出,对于5-1/8英寸直径的玻璃纤维,底部拆卸袋,滤袋成本为1.69美元/平方英尺。总袋成本是

10,661平方英尺x1.69美元/平方英尺=18,017美元。

对于10英尺长的袋笼,

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假设已经从其他部分的数据估计了以下辅助成本:

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基于表1.9中的因素,织物过滤系统的直接成本在表1.1中给出(同样,我们假设场地准备和建筑成本可以忽略不计)。投资成本为569,000美元。表1.11给出了直接和间接年度成本,根据第1.5.1节中给出的因素计算得出。对于滤袋更换工作,假设795袋中的每一个每袋10分钟维修人工费为29.65美元(包括间接费用),133小时的人工成本为3,943美元。假设滤袋和袋笼每2年更换一次。更换成本使用公式1.13计算。

压降(用于能源成本)可以从公式1.8和1.9计算,具有以下假设值:

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我们进一步假设4.69英尺/分钟的G/C是过滤周期持续时间内平均面速度的良好估计。

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假设布袋除尘器结构和管道系统分别产生额外的3英寸水柱和4英寸水柱,因此,总压降为10.3英寸。

每年的总成本为474,000美元,其中39%用于灰处理。如果能够找到粉煤灰市场,那么每年的总成本将大大降低。例如,如果收到2美元/吨的灰分,每年的总成本将降至274,000美元(474,000美元-185,000美元-14,800美元),或者在没有市场的情况下成本的58%。显然,在这种情况下,每年的总成本对于选择的粉尘处理成本非常敏感。在此情况和类似情况下,应谨慎选择此值。

有关更多布袋除尘器怎么设计的信息,请联系广州新瑞环保的工程师13322814846。