垃圾焚烧厂布袋式除尘系统运行稳定性分析.docx

垃圾焚烧厂布袋式除尘系统运行稳定性分析 李丹怡+李宗豪+苏文茂+黄鹏翔摘 要：依据A厂除尘器具体运行情况数据，选取其中最关键影响因素内部气流流场不均匀性进行着重分析，利用计算机流体力学软件fluent进行数值模拟。选择指数衰减模型来模拟除尘效率，最终得到稳定运行的除尘数学模型。在单位时间内需要处理的焚烧气体一定的前提下，在matlab上针对未稳定工况下与稳定运行的除尘效率模型进行数值分析与运算，得到两者实际能够处理的焚烧气体总量，并据此得到扩建规模的环境允许上限值。关键词：滤袋破损 除尘效率 气流流场不均匀性 fluent、matlab 稳定性能一、背景袋式除尘器结构主要包括过滤袋、清灰装置和控制装置三大部分。现简单介绍典型的下进式袋式除尘器工作原理：除尘器的过滤布层对从箱体下部进入的含尘气体进行筛分。随着滤袋上粉尘的积累，阻力增大，当超过限定范围时，清灰系统清除滤袋上的粉尘，达到除尘的目。但袋式除尘器不能持续稳定运行的缺陷与民众日益提高的环保诉求之间仍存在巨大的矛盾。给定单位面积排放总量限额，如何定量分析并确定焚烧厂扩建规模的环境允许上限成为一个亟需解决的问题。量化分析袋式除尘器的运行稳定性是该问题的突破口，经过检验的模型同时也是提出环境保护综合监测建议方案的依据。二、问题分析和模型假设布袋除尘器的运行稳定性牵涉到错综复杂的因素。烟气温度、滤袋数目、滤料材质等影响因素相对直观。相反，由于除尘器内部的气固两相流动的复杂性与气相流场测量的困难性，国内学界尚缺少相关的实验数据。流体力学fluent软件可模拟除尘器内部流场1，从而直观地得到不同位置的滤袋内的气流分配规律，揭示了除尘器内部滤袋因受冲击力不均匀而损坏这一本质，为工程上改进除尘器结构和优化过滤效率提供指导方向。基于对问题的多角度考虑，可以作出以下假设：（1）假设滤袋除尘器模型设置5排滤袋，每排有7个滤袋2，将模型简化分析。（2）假设布袋损坏只与气流流场的不均匀性有关，并且正在运行且未损坏的滤袋除尘效率不变3，因此除尘效率的下降仅由布袋的损坏数目决定。（3）假设除尘器运行的外部工况具有时不变性，例如进口气流流速、进口烟温、布袋除尘性能等外部条件都不随时间变化，因而稳定运行下的除尘器除尘效率时不变。三、模型建立和求解3.1基于气流不均匀性因素建立模型分析采用计算流体力学软件fluent可以对内部气流进行数值模拟分析4，给出各个滤袋的气体质量流量数据，定量分析气流的不均匀性。为简单起见，以“A厂除尘器基本运行状况”数据为基准设定fluent模型并生成网格，工況参数设定为（取该厂2#炉为例）：进口风速：12m/s，取室温为20；布袋规格为：168*6000，进口烟温220，出口烟温195，布袋差压1650KPa，布袋气源压力310KPa。箱体中设置有5排滤袋，每排有7个滤袋。选择进风方式为下进风。滤袋规格选取“A厂2014年底至2016年初布袋厂家及相关参数”中广州华滤厂家的参数数据1，建立模型并生成网格。由fluent模型可知，对于下进式袋式除尘器来说气流对中间区域的冲击比较大。由图3-1可知，内部气流流场的不均匀程度较大，距离进口出四五排处的区域气体质量流量比较大，表明入口气流只要对该处滤袋产生较大的冲击，从而造成该处滤袋破损率高，对除尘器整体除尘效率造成一定的影响。3.2 基于除尘效率的时间函数的建模与分析表3-1提供了该厂一年多的布袋更换数据，表中每项数据是上一次对故障布袋的更换截止到此次检修更换这段时间内的布袋损坏数目。实际上每次更换后都可视作是对除尘器性能的复原，使其除尘效率重回到理想的最优值99.9%。若不存在损坏除尘器的定期检修，其除尘效率曲线将呈现类似产品寿命曲线的指数衰减函数模型5。从实际情况出发，忽略除尘器性能复原的影响，对表3-1数据进行再处理。3.3 基于除尘效率曲线的模型求解：我们假定该厂2#炉的效率曲线代表了现行工艺水平下实际运行中除尘器的效率波动情况，据此定量推导现行未稳定工况下运行的袋式除尘器的可优化程度。综上可知，一段时间内（文中是150天）内需要处理的焚烧气体总量是确定的，为150M0吨，但现行工艺水平与理想的稳定性水平存在差异，两者实际能处理的排放气体总量分别为144.86M0吨（未稳定）和145.83M0吨（稳定）。即两者未处理的焚烧气体量为150M0-144.86M0=5.14M0吨（未稳定）和150M0-145.83M0=4.17M0吨（稳定）。如果给定焚烧厂周边范围单位面积排放总量限额，设为A0吨。那么现行未稳定的工况下，焚烧厂规模最大值为Tmax= M0，而在稳定性前提下，焚烧厂最大规模可以为Tstmax= M0，焚烧厂扩建规模的环境允许上限是 = 100%23%。四、模型评价4.1模型合理性及其优点选用数学模型=（t）=max-a0 ，t（0+nT，to+nT）对除尘效率随运行时间逐渐下降进行数学刻画，是建立在对垃圾焚烧厂实际运维情况考虑的基础上，运行时间对除尘效率的影响是必须重点考量的因素。客观上，除尘效率模型存在周期性“复位”的情况。总体来说，该模型涵盖了对实际情况的多重考虑，具有一定的合理性和参考价值。袋式除尘器的最大缺点是频繁更换滤袋，不仅增加了运维成本，也不满足焚烧工艺中持续稳定工作的需求。滤袋破损是效率下降的重要因素，因此除尘效率模型只考虑滤袋破损的影响，进行重点讨论和量化分析。在分析滤袋破损数目的影响因素中，只选取了滤袋的最大流量不均幅值是因为无法兼顾过多影响因素，而最大流量不均幅值数据来源于计算机模拟的结果，具有高度的可信度与准确性。4.2 模型缺点以及理论上改进可行性方案滤袋破损原因的定量分析中只考虑了气流流场不均匀性，淡化甚至忽略其他因素可能使结果以及结论存在一定的片面性；模型只考虑了破损滤袋对除尘效率的影响，实际上正常运行中的滤袋也会由于材质老化等原因存在工作效率下降的可能与风险。模型的生成以及参数的确定很大程度上依赖于附表提供的某A厂数据，存在数据片面的风险。改进方案为寻找更完整的数据集作相同的分析，以提高模型的健壮性。参考文献1阮竞兰，张双.基于FLUENT对袋式除尘器气流流场的数值模拟J.河南工业大学学报（自然科学版），2015，（04）：16-19.2唐奇.上进风袋式除尘器内流场的数值模拟及优化研究D.湖南大学，2015.3何红儿.袋式除尘器滤袋的破损形式及预防措施J.中国高新技术企业，2012，（03）：116- 118.4李勇，辛龙胜.基于Fluent的脉冲袋式除尘器内滤袋破损研究.2011（3）.5胡满银，雷应奇.电除尘器提效节能除尘效率公式的研究J.环境工程，2009，（03）：90-93. -全文完-