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工业生产中除尘系统的相关计算

时间:2015-05-28返回列表

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工业生产中,很多工艺过程往往会产生高温高湿的含尘废气,若除尘系统设计时不采取相应的措施,运行时含尘废气的温度一旦低于其露点温度,会产生结露现象。如解决不当,粉尘会粘结在除尘系统表面,造成除尘系统的阻力陡增,效率急剧下降。当环境温度低于0℃以下时,甚至会出现淌水冻结的危害,造成除尘系统表面结霜,整个系统瘫痪无法运行。例如:干混砂浆工艺过程中,砂浆经烘干机烘干后排放的废气温度高达100℃,含湿量极大,露点温度为50℃左右,如果设计时除尘器未采取保温措施,则冬季废气经烘干机进入除尘器时由于自然温降,都有可能产生结露,对工艺过程产生危害。下面进行露点温度计算并确定除尘系统保温的关键要素。

除尘器

1、露点温度的计算

有关文献中曾提出根据道尔顿分压定律推算高温高湿含尘废气(烟气)的露点温度,认为烟气中水蒸气分压力下的饱和温度就是烟气的露点温度。但我们认为这种说法不太合理,因为道尔顿分压定律适用条件为理想气体,但高温高湿废气温度和压力都相对较高,此时分压定律已不再适用。本文从较容易测量的干湿球温度着手推导露点温度的计算。经过计算可以得出以下结论:

(1)收到基折算硫分和灰分的增大烟气露点温度升高。这是因为燃料含硫量的增加,燃烧后SO2的生成量增加,SO2转变为SO3量也加大,使得烟气中蒸汽的浓度增加,烟气露点温度升高;

(2)对应于煤发热量为4190kJ/kg时成分的增加使露点温度下降,因为烟气中呈分散状态的飞灰颗粒会吸附和中和烟气中SO3,烟气中蒸汽浓度减少;

(3)飞灰占燃料灰分的份额的增大使蒸汽在烟气中的分压力降低导致露点温度下降,另一方面,烟气中含氧量的增加使SO2转化成SO3成分增加,使露点温度升高,但后者的影响小前者,烟气露点温度还是下降的。

2、保温层厚度的计算

烘干机废气除尘技术中,除尘系统的保温分为除尘器保温和管道保温,为了正确的选择保温材料、确定保温结构及对保温工程进行经济性分析,都必须进行管道或设备的散热损失计算。

防止除尘系统结露就是要控制含尘废气的温度在露点温度以上。一般经过烘干机进入除尘器的废气含水率在15%以上,露点温度为40~50℃,如果燃料含硫量高,露点温度还会升高。从经济性和安全性角度考虑,要求除尘器入口温度比露点温度高20~50℃,出口温度高于露点温度5~10℃。这样,除尘器内烟气的温降就限定了,一般为25℃左右。

考虑到圆筒壁保温结构外表面热阻较小,一般占保温管道向周围空气热阻的10%左右,为了计算方便,可忽略不计。

输送含尘废气进入除尘器的管道也会产生温降,距离越远,温度降低越多。前面已经叙述除尘器入口废气的温度要高于露点温度20~50℃。这样,经排气罩进入除尘器这段管道的温降也就确定了,同理,知道了管道内废气的温降,根据传热学和热平衡原理即可算出管道保温层的厚度。整个系统的保温层厚度也都确定了。

3、圆管保温层的临界厚度

计算得出结论,当保温层厚度增加时,导热热阻增加,而空气侧的对流传热热阻却减小。因此,增加保温层后会削弱传热还是增强传热取决于对流传热热阻减小的程度及导热热阻增加的程度的相对大小。

如果圆管外径小于保温层临界厚度,则随着保温层临界厚度的增加散热量将增大;若圆管外径大于保温层临界厚度,则散热量随保温层临界厚度的增加而减小。这就要求生活中涉及到的保温管道裸管直径必须大于保温层临界厚度时才能通过敷设保温层保温。实际上,取代表性数值进行分析,算出保温层临界厚度=22mm,而除尘器连接风管的直径一般在1m以上,无需考虑保温层临界厚度的问题。从安全性角度来考虑,保温层厚度越厚越好,但厚度的增加会增大初投资。因此,只需保证系统烟气温度在露点温度以上,不产生结露现象即可,从而保证除尘系统高效稳定的运行。

本文推导出了以干湿球温度表示的高温高湿含尘废气露点温度的计算。与传统的复杂计算方法相比,形式简单,物理意义明确,所需参数少。在这个基础上,进一步探讨了除尘系统设备和管道保温层的相关计算,得出了一整套实用的计算方法,为后续设计人员进行保温层厚度的设计计算提供了理论依据。

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