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浅谈废气治理系统布局的优化设计

随着国家对企业环保指标的日趋严格,废气及粉尘治理备受重视。然而由于环境治理设备往往不直接产生经济效益,因此除了设计生产所需耗费成本外,从能源消耗到设备管理都会对企业产生一定经济负担。如果设计选型合理,达标排放的同时也能通过节能降耗降低运行成本。上海领津环境技术有限公司基于近年来废气及粉尘治理净化设备的设计及运行维护实践,总结了一些与废气和粉尘治理设备设计节能相关的经验。
选择治理工艺之前首先要对治理目标的场地、空间、环境、工况等全面了解,例如某工厂需对并行一列的六间车间生产所排污染物进行治理,因此需对六间车间通过负压风机引风至室外一总管进行后续治理,但对工况详细了解后发现六间车间从不同时工作,每次至多四间同时工作,因此在每间车间的分管设置蝶阀,不工作的车间便将蝶阀关闭,由于变频与工况互锁,故设备运行可根据实际产能自动调节运行功率,此为系统节能降耗的优化设计的一个重要思路。
再如,上例中,由于六间车间位于厂房同一侧,废气处理设备摆放位置应优先选择该侧中部位置,使管网均布,降低沿程阻力,相比较于简单的末端摆放设计,可大幅度降低动力机组能耗。
风机几乎是废气治理系统中的必备品,选型适宜也能相应降低系统能耗。风机所需配用电机功率为
式中:N为风机所需配用电机功率,W;Q为风机的风量,m3/h;P为风机的风压,Pa;η为风机的全压效率;ηm为风机的机械传动效率;K为电动机容量安全系数。由公式可知,处理相同风量时风机所消耗的理论功率与风机风压成正比。风机风压过于富余将使风机运行的工况点移至风量增大方向而远离设计工况点,引起系统风量、风速过大酸洗废气处理设备,加剧管道磨损。厂方对于这种情况往往用关小阀门的方法来减少能源浪费、减轻管道磨损,但风机阀门关得越小,风机效率越低,电机效率越低,造成浪费。因此风机选型时要选用合适的风压,不能过小以致整套设备运行效率达不到目标,也不能过大以致造成上述浪费的情况。
风机风压的确定是以设备管网最不利环路阻力为依据的,因此在设计管网时,降低最不利环路阻力是系统节能的基础,可通过以下方法来减小阻力:
1.管道布置尽量避免横平竖直。横平竖直虽然使设计、计算变得方便,但由于延长了管道的长度,增加了弯头数量或加大了弯头角度,造成管道沿程压力损失和局部压力损失增大。
2.加大弯头曲率半径。对于惯用的r=D的90°弯头,查局部阻力系数表可知,r=D时,ζ=0.22,而r=1.5D时,ζ=0.15,可见r=1.5D时局部阻力系数下降了约32%,当弯头数量很多时,这个数值将更为可观。
3.利用三通减小最不利环路阻力。根据局部阻力系数表可知,三通的局部阻力系数在满足一定条件时为负值,这就意味着经过三通后气体的单位能量增加,两股流速不同的气流汇合后,高速气流将一部分动能转移给低速气流,使低速气流获得的能量高于其经过三通时的能量损失。因此在设计中使与最不利环路相汇合的气流流速增加,就可以减少最不利环路的压力损失。
4.优先选用15°~45°而非60°的三通。相同参数的情况下,60°三通的局部阻力系数约是30°三通的2倍。支管宜从主管的上面或侧面连接。能用四通时尽量不用2个三通串接。四通的局部阻力系数一般均比三通小,与2个串接的三通相比则小的更多。
5.位于风机附近排风量大的排风点,不宜和远处排风量小的排风点合为一个除尘系统,否则会增大系统总阻力。
工业粉尘及废气治理是一个较为复杂的过程,治理工程的实施涉及到多门学科,每一项工程都有一定的特殊性,每一种治理工艺和技术都有一定的局限性,因此在工程设计与工艺选型方面需慎之又慎,首要保证达到治理目标,其次注重过程中的节能降耗。工业粉尘及废气治理净化设备的节能问题涉及面广,上述也仅为上海领津环境技术有限公司的近阶段总结,惟愿抛砖引玉。
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