除尘器

烧结厂白灰矿槽通风除尘系统的改造设计

作者:广州新瑞环保    来源:www.xinruiep.com    发布时间:2018-12-24 14:40:40

摘要:针对压缩空气输送白灰进入矿槽的空气动力学特点,用压力损失的预定值和脉冲间隔时间计算方法选择配带通风机的仓顶式布袋除尘器,既除尘又达到了卸压目的。

关键词:白灰;压力损失;压缩空气;仓顶式布袋除尘器;烧结厂除尘

1 前言

湘钢第一烧结厂(一烧)11#白灰矿槽顶部有1台仓顶式布袋除尘器,自然排风,手动振打方式。因含尘浓度较高,除尘器手动振打清灰效果差,滤袋透气性受到严重影响,阻力较大,经常是压缩空气夹带高浓度气流将矿槽顶盖边缘的混凝土冲开,四处飘散,岗位粉尘浓度高达300mg/m3以上,矿槽底部下料口也因白灰加水产生大量的水蒸汽,工作环境极其恶劣。

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2 理论分析与计算

2.1 压缩空气输送白灰进入矿槽的空气动力学分析

携带白灰的气流进入矿槽后,大部分白灰往下沉聚,少部分微小颗粒的白灰粉尘向槽顶运行,扩散后的气流以平均速度Vf上升。另一方面,白灰粉尘吹入矿槽向下沉降时,将受到向上的空气阻力和向下重力的共同作用,其中大部分颗粒借助惯性和重力作用能克服上升气流的阻力而沉降下来,而少部分小颗粒粉尘则因空气阻力相对于重力大得较多,速度下降很快,最终在矿槽中处于悬浮状态。颗粒相对于上升气流的速度Vf,颗粒受到空气阻力和重力处于平衡状态。而白灰颗粒的粒度分布基本上符合罗辛-腊姆拉经验函数,即如同前面提到的那样,气流携带白灰进入矿槽后,颗粒大部分沉聚。

气流与气流压力是冲开矿槽顶部混凝土密封盖的主要因素。压缩空气携带白灰,经过1个90°弯头进入矿槽后其速度下降而使之重新恢复的压力损失,也就是压缩空气与白灰从初速为零分别加速到最大速度V和Vi,再到速度下降后而获得的动能P,P不足以克服布袋除尘器阻力,故需要抽风系统,以保证除尘系统的畅通。

2.2 布袋除尘器的选择和计算

2.2.1 布袋除尘器的选择

布袋除尘器适用于净化空气中细小而干燥的粉尘,用来分离白灰是合适的。改造前仓顶式布袋除尘器为手动振打清灰,效果极差,因此,决定采用仓顶式脉冲布袋除尘器。脉冲除尘器的显著优点是脉冲气流喷吹的时间很短,与脉冲周期之比很小,基本保证全部面积一直在工作,所以,处理含尘浓度很高的气体,用脉冲清灰较适宜。

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2.2.2 布袋除尘器的计算

本设计按照压力损失的预定值和脉冲间隔时间计算过滤面积。有清灰操作的布袋除尘器,滤袋压力损失由两部分组成,一部分是织物和残留灰尘的阻力ΔPfd,另一部分是清灰能够除去的灰尘层产生的阻力,根据海蒙公式:

ΔP=ΔPfd+ΔPd=g(Kfd+KdC3Vst)Vs

用牛顿迭代法求出Vs后就可以进一步求出滤袋面积。

①计算气流在矿槽上部的上升速度Vf

Vf=L/a=L/(πD2/4)

式中:L———气力输送压缩空气耗气量,L=Glρm3/s(式中:G计———白灰物料最大输送量kg/h,根据现场实测,矿槽消耗白灰最大量为13t/2h·车,而由罐车往矿槽里输送白灰量为8.67kg/s)

ρ———空气密度取1.2kg/m3;

μl———每立方米标准状态空气的白灰含量kg/m3,即为料气比,一般为20~70kg/m3,取40kg/m3。

L=8.67/(40×1.2)=0.18(m3/s)

所以

Vf=0.18/(3.14×32/4)=0.025(m/s)

②计算白灰粉尘在矿槽内处于悬浮状态的临界颗粒直径:

d=106·μVfc

式中 d———处理悬浮状态的白灰颗粒直径μm;

γc———白灰颗粒密度,取720kg/m3;

μ———气体粘滞性系数,对于空气,当气温为20℃,压力为一个标准大气压时,μ=1.845×10-6kg·s/m2。所以:

d=106·18(1.854×10-6)×0.025/720=34μm

计算粒径<d的粉尘所占的质量百分比E:

E=1-R=[1-exp(-Pdh)]×100%

式中 R———颗粒直径在于d的所有颗粒的质量百分比;

P和h———常数,因粉尘而异,根据日本工业标准JISZ28901(1963)提供的数据,对于白灰可取P=0.005,h=1.01。

得 E=[1-exp(-0.005×341.01)]×100%=16.15%

③随气流上升进入除尘器的粉尘浓度C1

C1=U0E=E·G/L=0.1615×8.67/0.18=7.78kg/m3

④计算布袋除尘器过滤面积A:

ΔP=g·kfd·Vs·+g·Kd·C3·Vs2·t Pa

式中 ΔP———滤袋阻力,取样本限定的最大阻力,例如,限定的最大阻力为1960Pa;

kfd———织物和残留粉尘的阻力系数,一般为kfd=30~50,对于直接置于槽顶的布袋除尘器取kfd=30;

Kd———根据实验而得的经验公式

Kd=576×105/dmkskfkpVs

dm———被过滤的粉尘平均粒径,可取dm=d/2=34/d=17μm

ks———粒子类型影响系数,白灰属于粉状物质取10;

kf———织物特性影响系数,涤纶布取0.5;

kp———滤布的透气率影响系数,kP=1.4-Y/50,假定滤布透气度Y=15cm/s,则kP=1.1,故Kd=576×105/8.52×10×0.5×1.1Vs=1.1×106Vs

C3———布袋除尘器直接与矿槽相接,故C3=C1=7.78kg/m3;

t———脉冲周期,取t=30s;

Vs———过滤速度m/s。

所以 1960=9.8×30Vs+9.8×1.1×106×Vs×7.78Vs2×30

200=30Vs+1.02×109Vs3

应用牛顿迭代法求解,得Vs=3.205×10-3m/s

布袋除尘器的滤布面积为:A=L/Vs=0.18/(3.205×10-3)=56.16m2

取样本规格尺寸面积A=60m2

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2.3 风机的选型计算

2.3.1 除尘系统阻力

系统阻力由3部分组成,第1部分为气力输送物料,白灰经过弯头后到达矿槽,其速度下降而使之重新恢复的压力损失P为负;第2部分为布袋除尘器本体阻力损失P;第3部分为布袋除尘器至排风管为止的所有压力损失P

所以,P=P+P+P

式中 P=C·P

C———阻力系数,一般为0.7;

P———空气使白灰加速的压损Pa,P=[1+ut(Vt/V)21/2V2ρ]

ut———料气比,取40kg/m3;

V———输送风速V=0.18/[π(0.1082)/4]=19.66m/s;

Vt———气力输送白灰物料运动速度,Vt=0.9V-7.5=10.19(m/s);

ρ———压缩空气密度1.2kg/m3。

所以,P=-2724.94Pa

所以,P=0.7×(-2724.94)=-1907.46Pa

P———布袋除尘器阻力损失,为1960Pa;

P———管道总阻力,可按经验得170×9.81=1667.7Pa

所以P=-1907.46+1960+1667.7=1720.24

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2.3.2 选择风机

因为P小于P,并且考虑气力输送系统无水分离装置,压缩空气中含有大量的水分,白灰易结垢,则气力输送管道阻力损失过大,除尘系统阻损也增大,当矿槽处于高料位状态输送白灰时,矿槽内压力陡增,强大的正压不能及时排泄,这时往往将矿槽顶部混凝土挤裂,甚至冲开而发生结构设备事故。故考虑布袋除尘器须配带风机。

由计算得布袋过滤面积确定其处理的风量,即风机风量可由布袋处理风量来确定。查仓顶式脉冲布袋除尘器样本,当过滤面积A=60m2时,其处理风量为L风=3780~7560m3/h

风压计算

P=K×P=1.15×1750.24=1978.28Pa

由风机样本,选用4-47-11№4A型离心风机,参数为L=4012~7419m3/h,P=2014~1320Pa,配用电机Y132S1-4N=5.5kW。

3 确定除尘方案及措施

(1)于白灰矿槽顶部设计1台F=60m2仓顶式脉冲布袋除尘器,并配带4-47-11№4A型风机,将槽内正压变为负压。

(2)在矿槽顶盖做钢筋混凝土密封圈,以防压缩空气冲顶。

(3)矿槽底部卸料螺旋加水湿润搅匀白灰,设活动密封罩置于螺旋顶部,并配带T40-11№4型轴流排风机,以排除大部分蒸汽。

(4)配料室底部即矿槽底部室内的蒸汽,在外墙上,离地约2m处每隔10m左右安装1台轴流排风机,共4台,型号为T40-11№4,解决室内通风,给生产操作创造有利条件。

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4 技术经济分析

4.1 运行成本

本系统的运行成本包括:动力消耗、固定资产折旧。以运行7000hPa,风机功率5.5kW/h,风机效率按85%,工业用电费为0.41元/kW·h计算,故动力消耗费为13417元/a。

白灰除尘系统的设计使用寿命为10a,工程总投资为2.9万元,折旧费用为0.29万元/a。

以上两项运行成本总计为1.63万元/a

4.2 效益

4.2.1 经济效益

经改造安装上新除尘器后,烟囱排放浓度为4mg/Nm3,按含尘气流喷出量16.15%计算,即16.15%×778m3/h,每天每车白灰输灰时间率为1/6,白灰价格为0.14元/kg,运行7000h即292d,则年回收白灰费用为15.97万元。

则年创效益=年回收白灰费用-运行成本=15.97-1.63=14.34万元

4.2.2 环境和社会效益

改造后,岗位粉尘浓度为2mg/m3,<国标10mg/m3,排放浓度为4mg/Nm3,远远<国标150mg/Nm3,极大地改善了岗位及周边环境,安全生产得到顺利运行。

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5 结语

对于这种高浓度粉尘矿槽采用仓顶式布袋除尘器,并配以抽风机,在现场应用效果完全符合工况条件,确保了整个白灰工艺系统的畅通运行。

有关更多烧结厂白灰矿槽通风除尘系统的改造设计信息,请联系广州新瑞环保的工程师13322814846。