除尘器

智能旋风-布袋复合除尘器设计及应用

作者:广州新瑞环保    来源:www.xinruiep.com    发布时间:2019-03-15 14:59:44

摘要:通过对旋风除尘器内部流场分布及控制系统研究,设计具有智能控制的新型旋风-布袋复合除尘器。构建了装置硬件并设计控制系统,新型除尘器具有根据其内部气压分布信息实时反馈控制进气量及布袋清灰频率,根据处理烟气颗粒分布不均的特点自动匹配系统参数,同时实现储灰斗的自感应排尘的特点。现场应用表明,该除尘器可有效发挥旋风布袋除尘双重优势,对于10μm以上大颗粒及2μm以下细颗粒均具有良好除尘效果,有效提高了除尘效率和装置智能性,为涉尘企业污染防治和自动化运行提供了技术保障。

关键词:旋风-布袋除尘器;智能控制;系统设计;除尘效率

智能旋风-布袋复合除尘器设计及应用5.jpg

0引言

我国粉尘污染是当前比较严重的环境问题之一,随着工业化进程的加快及能耗的提高,大气污染形势严峻,威胁着生态环境与人体健康;局部粉尘浓度过高还潜伏着爆炸危险,造成巨大人员伤亡。为此,研究粉尘污染控制技术及设备十分必要。旋风除尘器具有结构简单、设备紧凑、造价低等优点,适用于高温、高压和腐蚀环境,普遍应用于工业除尘。旋风除尘对粒径5μm以上的粉尘捕集效率较高,对较小颗粒的捕集效率低,应用受到很大限制,尤其在处理锅炉烟气时,因其中2μm以下的粉尘含量占30%以上,旋风除尘器难以除去。而布袋除尘器对1μm以下粉尘的分离效果显著。基于旋风与除尘布袋各自优点分析,针对目前除尘器自动化程度低的缺点,开发新型智能高效旋风-布袋复合高效除尘器,不仅克服了旋风除尘器难以去除5μm以下细颗粒的局限,同时也有效的解决了普通布袋除尘器不宜处理高粉尘负荷混合气流的难题,控制系统的设计,很大程度上提高了装置的自动化程度,新型除尘器以其智能化与高效除尘特点具有广泛应用前景。

智能旋风-布袋复合除尘器设计及应用6.jpg

1新型旋风-布袋复合除尘器设计

1.1新型旋风-布袋复合除尘器结构设计

布袋除尘器是一种高效率除尘工具,适用于捕集细小、干燥、非纤维性粉尘;旋风除尘器适用于对大颗粒的去除,对于细颗粒则效率低,单独使用有时满足不了含尘气体排放浓度的要求。

新型旋风-布袋复合除尘器综合两类除尘性能的优点,在旋风一级除尘负压区增加布袋除尘器,对旋风除尘后余留的微尘进行二次除尘,科学的集离心分离和机械过滤为一体,实现针对不同粒径特点粉尘的高效去除。新型旋风-布袋复合除尘器半径和高度比D:H=1:4;上筒体和下简体的高度比为3:2。旋风舱由圆柱形上筒体和圆锥形下简体组成,下筒体底部连接储灰斗,上筒体上端侧壁花板中心位置竖直设有贯穿整个旋风舱的支撑杆,支撑杆上装有布袋固定环用于固定布袋,固定住的布袋不会在旋流中晃动。其作用原理是含尘气体在通过旋风舱时,由于风力减缓,比重较大粉尘因重力而下沉,轻微粉粒则受气体分子冲击不断改变着运动方向,由旋风涡旋气压作用力,细颗粒向舱体中心运动,尘粒便与纤维碰撞接触而被分离出来,反冲清灰设备将滤布上的粉尘抖落到储灰斗,储灰斗底部安装有压力传感器,压力传感器感应到积灰信号后将信息传输给控制器,控制器控制储灰斗内部的螺旋排尘器,积灰到一定程度进行排尘,提高了除尘器整体密封性。新型旋风-布袋除尘器结构如图1。

智能旋风-布袋复合除尘器设计及应用1.JPG

1.2进气量反馈控制设计

旋风除尘器进气口气体流量或流速,对旋风除尘器的压力损失、除尘效率都有很大影响。据据旋风除尘器内部流场形式、粉尘粒径特点、布气理论,对旋风舱及布袋内部气压进行实时检测,经过控制器分析控制引风机的频率进而控制装置进风口的进风量。

旋风除尘器正常工作时,其内部全压和静压的径向变化非常显著,由外壁向轴心逐渐降低,轴心处为负值,直至锥体底部均处于负压状态。实验表明,旋风除尘器内压力降值与气体入口速度的平方成正比:

ΔP=ζρυi2/2

式中,ζ为旋风器阻力系数,无因次;ρ为气体密度,kg/m3;υi为气体入口速率,m/s。阻力系数ζ表示除尘器性能特征值,一定结构型号的旋风除尘器阻力系数为常数。

智能旋风-布袋复合除尘器设计及应用7.jpg

通常,在一定范围内进气口气体速率越高,除尘效率也就越高,这是因为增加进气口气体速率,能增加尘粒在运动中的离心力,使尘粒易于分离,所以除尘效率提高。但气体速率太高,气流的湍流程度增加,二次夹带严重。另外,气体速率过高易使粉尘微粒与器壁磨擦加剧,导致粗颗粒粉碎,使细粉尘含量增加。过高的进气口气体速率对具有凝聚性质的粉尘也会起分散作用,当进气口流速超过临界值时,紊流的影响就比分离作用增加得更快,以至于除尘效率随进气口气体速率增加的指数小于1。若进气口的气体速率进一步增加,除尘效率反而降低,因此,旋风除尘器的进气口气体速率不宜太高。本设计中经过除尘器内除尘气压分布状况反馈控制进风量,使得除尘器内部压力自适应进风口流速与粉尘粒径分布特点,达到除尘效率最优值。

1.3自感应螺旋排尘的设计

由旋风除尘器内静压分布规律可知,除尘器内静压在径向上的变化是由外壁向中心逐渐下降。即使旋风除尘器在正压下运行,锥体底部也会处于负压状态。如除尘器下部不严密,渗入外部空气,会把正在落入灰斗的粉尘重新带起,除尘器效率将明显下降。据测试,漏风率为0%、5%、15%时,除尘效率分别为90%、50%、0%。因此,在保证旋风舱不漏风的情况下进行正常清灰是旋风除尘器运行中必须重视的问题。本设计在储灰斗底部设置有积灰压力传感器,当灰尘量积累到一定的量时,压力传感器将排灰信息传输到控制器,控制器通过控制螺旋排尘器将灰尘螺旋排出,保证了底部在正常清灰的同时,也提高了除尘器的气密性以保障除尘效率。

2控制系统设计

2.1控制方案

将控制系统编程,控制软件负责数据的分析与处理,实现对被控对象的精确控制,制定合理的控制流程,信号传送与变换由相应的压力传感器、电量变送器、运行状态输出元件等将现场物理量信号转换为电信号,并变为标准电压输送到控制器相应的采集模块。控制执行部分变频器、电磁阀和控制电机等根据接收到的控制器信号转化为相应执行器的物理量信号完成相关控制功能。

智能旋风-布袋复合除尘器设计及应用8.jpg

设计中通过变频风机将含尘烟气引入进风口,粉尘风由旋转通道进入旋风舱内后,大颗粒在外涡旋作用下旋向器壁碰撞落下,掉入储灰斗,细颗粒被旋入内涡旋,进行布袋除尘,除尘后的洁净气体通过出风口排出,同时该装置旋风舱内筒体及布袋内设置有气压压力传感器,支撑杆上附设有内压气压压力传感器,探测器实时检测舱体与布袋内压力经变送器传输到控制器。

经过分析后各级压力达到一定差值后向布袋清灰脉冲阀发出控制信号,同时通过变频器控制变频风机的引风量,使旋风舱内压力保持在一定的范围内,如此实现了根据装置内部气压分布及变化情况自适应调节进气量,针对不同粒径及浓度粉尘除尘的效率达到最优。

除尘器除落的灰尘及布袋反吹的灰尘进入到储灰斗内,由设置在储灰斗底部的压力传感器感应,将积灰信号由变送器传输到控制器,控制器对信号进行分析后控制螺旋排尘器的运行将灰尘排出。对于控制面板的设计可以根据手动设定值实现智能自动控制。装置总体控制框图如图2所示。

智能旋风-布袋复合除尘器设计及应用2.JPG

该装置根据除尘器内部气压分布与变化特点反馈控制引风机的频率,进而控制除尘器进气量,同时精确控制每一个电磁脉冲阀执行布袋反吹清灰的程序,控制器对装置内部气压压力差的判断执行脉冲反吹循环时间。随着积附在滤袋的粉尘不断增加,到达一定程度后装置内部气压分布压力差增大,就要降低引风机的频率减少装置的进气量,同时脉冲清灰系统清除积附在滤袋上的粉尘,使得装置内部气压达到平衡。清灰是顺序触发各电磁脉冲阀,使加压气包内的压缩空气由管孔进入布袋,使布袋在一瞬间急剧抖动并伴随着气流的反作用,抖落粉尘,抖落粉尘落进储灰斗,由设置在底部的压力传感器感应,控制器控制电机的运行进而控制螺旋排尘器将灰尘排出。系统控制实验流程图如图3。

智能旋风-布袋复合除尘器设计及应用3.JPG

2.2实验操作流程及运行试验

根据处理烟气排放和新型除尘器控制系统特点在保证对不同粒径、混合比重颗粒物高效除尘的前提下,实现功能:

(1)自动除尘系统的运行和停止。

(2)除尘器根据粉尘粒径与粉尘浓度特点,自适应调节进气量。

(3)根布袋内外气压分布实现除尘器内部布袋的自动反吹清灰。

(4)自感应螺旋排尘及故障自动报警。

(5)系统运行参数设定输入及存储。

智能旋风-布袋复合除尘器设计及应用9.jpg

新型除尘器对控制系统相应要求较高,同时需要具备较高的抗干扰能力。可通过压力计采集系统内部压力信息,压力传感器采集积灰信号;通过调节变频器及电机带动螺旋排尘器的工作对系统进行智能控制。PID控制方式具有对系统模型要求较低、调节方便和应用范围广等特点,系统采用PID算法。采用闭环模糊PID控制方案,由分散在三个不同装置部位的气压压力传感器和模糊PID控制器构成闭环,进行实时多变量控制分析,采用不同的PID控制参数。设定压力差上下限值,当压力差超过设定上限,则启动变频与布袋反吹的程序;当压力差超出下线,则证明布袋出现破损,则报警装置报警,提醒工作人员对装置进行检查维修。

整体试验装置及软件全部完成,整体系统设计完善之后从局部的风机的控制、脉冲清灰及自动排尘的控制到整体装置智能化一体化控制。除尘器的主要性能参数和状态参数由相应的传感器传送给控制器进行相应的逻辑判断,算术运算,得出除尘器实际运行状况并预期状况比较后输出相应的控制量信号。系统主要控制流程如图4。

智能旋风-布袋复合除尘器设计及应用4.JPG

3结论

(1)通过对旋风除尘器内部流场和粉尘粒径变量的研究,设计新型旋风-布袋复合除尘器。采用多级除尘技术,弥补旋风除尘器对细颗粒去除效率低的缺点,对于10μm以上及2μm以下颗粒实际应用时分别达到了99%和99.5%的良好除尘效率,提高了排放烟气洁净度。

(2)根据装置内部气压压力分布信息反馈控制进风量,实现了根据处理烟气特点自适应进气控制式,同时实现布袋反吹清灰的频率智能控制,有效提高装置的可控性,新型除尘器设置有报警功能,当装置内部出现故障,报警器第一时间进行报警提醒,工作人员停止作业进行维修,保障设备及生产安全运行。

(3)储灰斗底部设置压力传感器,灰尘积累到一定高度时感应器将信号传输到控制器,螺旋排尘器将灰斗里的灰尘进行旋转式外排,自感应排尘节省了人力,提高了装置的气密性以保障除尘效率。

智能旋风-布袋复合除尘器设计及应用10.jpg

(4)构建了装置控制系统,完成了系统硬件组态和软件开发,具有实时反馈、故障报警和数据输入存储功能。

(5)旋风一级除尘,将大颗粒沉降,防止了大颗粒对布袋的磨损,延长了布袋使用寿命和提高了除尘效果,在长期实际运行中凸显了该新型除尘器的显著优势。

(6)系统在设计时采用了高可靠性的硬件电路和模块化设计,使系统具有优异的工作性能;生产运行显示,该系统控制方式灵活可靠,除尘功耗降低了约35%,提高了企业自动化水平,具有较高的实用价值和广阔的市场前景。

有关更多智能旋风-布袋复合除尘器设计及应用信息,请联系广州新瑞环保的工程师13322814846。