1、試論除塵系統的節能原理和途徑莊劍恒1 馮馨瑤2（1、2中國京冶工程技術有限公司）摘要：目前國家環保要求日趨嚴格，節能減排目標明確，各行業對除塵系統的節能要求也越來越高。文中介紹了除塵系統的節能原理及實現節能目標的設計要點。關鍵詞：除塵系統 節能 設計除塵系統由集氣吸塵罩、管網、除塵器、卸灰裝置、通風機和附屬設施組成。與除塵系統密切相關的還有塵源密閉裝置與回收系統。除塵系統節能設計就要從每個環節考慮。1.除塵系統節能原理除塵系統的任務就是將污染源散發的顆粒污染物捕集并送到除塵器凈化后達標排放。一個除塵系統的能耗大體可以分為兩部分：一是使含塵氣體通過除塵設備的能耗，即處理所捕集的氣量和克服系統阻力

2、所消耗的功，集中反映在主風機的功率上，這幾乎是各種除塵器都具有的。二是除塵或清灰的附加能耗，這與各類除塵器的特點有關，如靜電除塵器的電暈功率、振打清灰所消耗的電能；濕式除塵器的供水耗電和耗水量；袋式除塵器清灰所消耗的反吹風機的電能或壓縮空氣；另外還有輸灰系統、電動閥門、煙氣加熱等消耗的電力、水蒸氣、壓縮空氣等能源。這里不討論第二部分，此部分能耗相對較少。第一部分能耗是主要的，并有節能潛力。主風機的電耗取決于風機的全壓（）和所處理的氣體量（），當風機的全壓效率為（%）時，所需要的動力消耗（）為 （1）從上式中可以看出，當風機的全壓效率一定時，所需要的動力消耗分別正比于全壓和風量。風壓、風量和功率

3、的關系見圖1。對于一個特定的除塵系統而言，若能以較小的風量達到粉塵控制效果，或者使系統的阻力最小，實現降低能耗的目的，這就是節能基本原理。特別應該強調指出的是，對于除塵而言，并不是除塵系統所收集的粉塵越多越好，也不是捕集所控制的區域越大越好，而是以控制住粉塵不擴散、不外溢為最終目的。若能夠達到同樣的效果，則應以最小控制風量和最低的壓降為首選。圖1 風量、靜壓、排風機軸動力、電動機關系（離心風機常溫運轉）2.除塵系統節能設計2.1集氣吸塵罩節能集氣吸塵罩在除塵系統節能設計中占有重要地位，可以設想，如果把除塵器的除塵效率或風機的效率提高1%3%是相對困難，如果把集氣吸塵罩的集氣效率提高l%3%，要

4、相對容易得多。設置排風罩的地點，應考慮消除罩內正壓，保持罩內負壓均勻，有效控制含塵氣流不致從罩內逸出，并避免吸出粉料。如對破碎、篩分和運輸設備，吸塵罩應避開含塵氣流中心，以防吸出大量粉料。對于膠帶運輸機受料點吸塵罩與卸料溜槽相鄰兩邊之間距離應為溜槽邊長的0.751.5倍，但不小于300500mm，吸塵罩口離膠帶機表面高度不小于膠帶機寬度的0.6倍。當卸料溜槽與膠帶機傾斜交料時，應在卸料溜槽的前方布置吸塵罩；當卸料溜槽與膠帶機垂直交料時，宜在卸料溜槽前、后方均設吸塵罩。處理或輸送熱物料時，排風罩應設在密閉罩的頂部，或給料點與受料點設置上、下抽風。吸塵罩不宜靠近敞開的孔洞（如操作孔、觀察孔、出料口

5、等），以免吸入罩外空氣，浪費能量。膠帶機受料點吸塵罩前必須設遮塵簾。有條件的塵源應盡可能采用密閉罩或半密閉罩，避免吸入塵源外的氣體。為使罩內氣流均勻，減少阻力一般采用傘形罩。當從密閉罩和料倉排風時，一般無吸出粉料之慮，可不設吸塵罩，將風管直接接在密閉罩或料倉上。接管與罩之間應有變徑管以便減少局部阻力。吸塵罩的罩口平均風速不宜過高，以免吸出粉料和浪費能源。吸塵罩罩口平均風速不宜大于3m/s。2.2除塵管網節能設計除塵系統中，除塵器以前除塵管道在進行阻力計算比較后可按集合管管網或枝狀管網布置，優選節能系統。含塵氣體管道風速一般采取l520m/s。根據粉塵性質不同，最小風速不得低于國標gbj19所列

6、數值。管網的三通管、彎管等異形管件會對氣流產生阻力，設計選阻力系數較小者。含塵氣體管道支管宜從主管的上面或側面連接；連接用三通的夾角，宜采用15°45°。對粉塵和水蒸氣共生的塵源，應盡量將除塵器直接配置在排風罩上方，使粉塵和水蒸氣通過垂直管段進入除塵器。當必須采用水平管段時，風管應向除塵器入口構成不小于l0°的坡度，并在風管上設檢查孔，以便沖洗管內黏結的粉塵。2.3除塵器的節能選擇除塵器能耗含塵氣體通過除塵器的能耗是流體通過除塵器時的壓降。所謂除塵器壓降如圖2所示，系指除塵器進口和出口氣流全壓之差，一般按除塵器進口動壓的倍數計算：圖2 除塵器壓降示意圖 （2）式中

7、：除塵器壓降，；除塵器進口氣流速度，；氣體密度，；除塵器壓損系數（阻力系數）。除塵器能耗比較據資料統計表明，一般除塵器的電耗范圍是0.22.41000，在很多情況下發現，除塵器的總除塵效率越高，電耗也越高。估算幾種除塵器處理1000 氣體的電耗，若以旋風除塵器電耗的相對值歸為1，可求出其他除塵器電耗的相對比值，見表1。表1 五種除塵器電耗匯總除塵器總耗電/kw/（1000m3/h）相對值重力除塵器旋風除塵器文丘里除塵器靜電除塵器袋式除塵器0.0850.6402.2120.3080.8040.131.03.460.481.262.4通風機的節能設計 通風機調速有兩個目的，一是為了節約能源，避免除

8、塵系統用電過多，二是為了控制風量，避免除塵系統吸風口抽吸有用物料。除塵系統調節風量的方法有風機進出口閥調節和風機變速運轉，其中增加調速裝置使風機變速工作是主要的。節能原理設1為原來風機參數，2代表改變以后風機參數，則通風機的壓力、流量和功率與轉速存在以下關系： （3）式中：、流量，；、轉速，；、功率，；、全壓，。即流量與轉速成比例，而功率與流量的3次方成比例。當流量需要改變時，用改變風門或閥門的開度進行控制，效率很低。若采用轉速控制，當流量減小時，所需功率近似按流量的3次方大幅下降，從而節約能量。當調節風機前后的閥門，隨著閥門關小風機流量降低。圖3和圖4分別為風門控制和轉速控制流量變化的特性曲

9、線。圖3、圖4中a代表原來風機的工作點，b、c代表風門改變后的工作點。由圖3可知，當流量降到80%時，功耗為原來的96%，即 （4） 圖3 風機流量的風門控制 圖4 風機流量的轉速控制（1>2）由圖4可知，當流量下降到80%時，功率為原來的56%（即降低了44%）即 （5）由此可知，調速比調風門增大的節電率為可見流量的轉速控制比閥門控制節能效果顯著。節能方式比較除電機本身的功率的損耗外，無論是哪一種調速節能都存在額外的功率損耗，它們的效率都不可能為l。圖5給出了擋板調節、變頻器調速、液力偶合器調速、內反饋串級等調速的效率示意曲線，圖中可見變頻器調速的節能效果最好。圖5 各種調速、功耗曲線

10、對比1-出口采用風門擋板調節；2-進口采用風門擋板調節；3-進口采用軸向導流器（用于離心式），進口采用靜葉調節器（用于軸流式）；4-晶閘管串激調速、電磁離合器調速、電動機變極調速、藕合器調速；5-變頻調速調速方式具體選擇要點流量在90%l00%變化時，各種調速方式入口節流方式的節能效果相近，因此無需調速運行。當流量在80%l00%變化時，應采用串級或變頻高效調速方式，而不宜采用調壓、調阻、電磁滑差離合器等改變轉差率的低效調速方式。當流量在50%l00%變化時，各種調速方式均適用。變極調速時，流量只能階梯狀變化（75%l00%；67%l00%）。當流量在小于50%變化時，以采用變頻調速、串級調速

11、最合適。3.嚴格管理、發揮除塵系統效能不管何種類型的除塵系統，只要設計沒有問題，在系統開始投入運行時，一般效果都不錯，除塵效率也能達到設計指標。但當運行一段時間后，多則幾年，少則幾個月，容易出現系統抽力不足，除塵器效率下降的情況。這主要是除塵器的維護管理出了問題。比如，除塵系統運行一段時間后，由于反復開關、管道積灰和磨損，會造成閥門關閉不嚴，漏風增大，污染控制能力下降。特別是對于不同時工作的除塵系統采用了風機調速節能措施，若因閥門不能正常開關，不僅造成除塵系統風量不足，除塵效果下降，而且也達不到節能的目的。漏風對旋風除塵器效率的影響非常大。灰斗漏風5%，除塵效率可下降50%左右：漏風l0%l5%，除塵效率接近0。布袋除塵器當清灰不力阻力增大時，系統處理風量變小，而負壓增高還會使漏風更加嚴重，使有效風量更小，但系統能耗并不隨之減小。靜電除塵器長時間運行后，極板、極線上總是要黏些灰。清灰不力、粉塵局部堆積會使放電特性下降，即電功率變小，從而除塵效率下降。因