一種自調節管束除霧器裝置的實驗研究

尹成，任凱，任軒

（西安西礦環?？萍加邢薰?，西安 710075）

目前，國家對污染物排放的把控越來越嚴格，對水泥廠脫硫塔而言，提高脫硫效率和消除白煙刻不容緩[1]。管束脫硫除霧器是一種能極大提高脫硫除霧效率的裝置，而管束除霧器離心葉片角度需對應一個最佳風速，當水泥廠出現減產，煙氣量減少時，管束的風速就達不到除霧器的設計標準，可能造成含石膏漿液的煙氣在管束內的離心速度減小，降低除霧除塵效率。針對上述問題，本文設計了一種自調節風門，用以在煙氣量減少時，自發地關閉一部分脫硫管束，使其他脫硫管束的風速能達到管束除霧器的設計標準，從而提高脫硫除霧效率。

1 實驗概況

1.1 實驗臺系統及實驗原理

實驗時，在實驗臺上進行相關改造，使其具備可調風門實驗條件，具體操作為：將原實驗臺設備出口去掉，顯示出管束出口，然后將可調風門的蓋板等安裝在管束出口處。實驗臺有管束4 個，按照順時針編號為1—4 號管束，其中1 號管束作為風速的標定管束，方便后續實驗數據的整理。

實驗臺模型見圖1，管束位置編號示意見圖2，自調節風門的結構見圖3。

圖1 實驗臺模型

圖2 管束位置編號

圖3 自調節風門的結構

自調節風門的原理：自調節風門裝置是通過彈簧彈力及蓋板自重為整個裝置提供恢復力，當風速達到設計風速時，彈簧蓋板被沖開，雙氣旋增效器正常工作；當風速低于設計風速時部分蓋板關閉，從而提高其他脫硫管束的風量，讓雙氣旋增效器達到設計工作風速。

1.2 測量儀器

手持熱敏式風速儀，其使用參數見表1。

表1 使用參數

1.3 實驗方案

按圖4 將管束沿半徑方向等距分為5 個點，作為風速的測量點，以這5 個點至圓心的距離分別做圓可將管束平面分為4 個環面，在管束1 某一標定風速下，分別測量管束1—4 內5 個測量點的風速的最大值與最小值，可求得各個測量點的平均風速V1—V5、4 個環面面積為S1—S4，然后可根據以下公式加權計算各個環面的平均速度及整個管束平面的平均速度[2]：

圖4 測點方案

環面平均速度Vi=（Vi+Vi+1）/2

管束平面平均速度

將可調風門蓋板安裝在管束1 出口處，此時再次測量管束1—4 的各個測量點風速，記錄并計算上述平均速度，與其沒有安裝可調風門蓋板工況下的各個風速進行對比。

管束1 標定速度有6 個，要做實驗的總工況共12個，需測量有效風速數據480 組。將所測得數據分別填入表2 中，計算各個工況下管束的平均速度。

表2 各工況下管束的平均速度（單位：m/s）

1.4 具體實驗測量步驟

給管束1 標定某一風速，在此風速下，使用手持熱敏風速儀分別測量管束2—4 各個測量點的風速，并做記錄。將可調風門蓋板安裝在管束1 出口處，此時蓋板會有一定的張開角度，在此情況下再次測量管束1—4 各個測量點的風速，并做記錄。最后將所測得的有效數據填入表格中，計算得出各管束的平均速度（管束1 加蓋板和不加蓋板）。

管束1 共有6 個標定速度：2.33m/s、3.33m/s、5.06m/s、6.11m/s、7.03m/s、8.37m/s。分別測量此6 個標定速度共12 個工況下（管束1 加蓋板和不加蓋板）各管束中各測量點的風速。

2 實驗結果及數據分析

經過實驗，所得各個工況下數據見圖5—圖10。

圖5 管束1 標定速度為2.33m/s 工況

圖6 管束1 標定速度為3.33m/s 工況

圖7 管束1 標定速度為5.06m/s 工況

圖8 管束1 標定速度為6.11m/s 工況

圖9 管束1 標定速度為7.03m/s 工況

圖10 管束1 標定速度為8.37m/s 工況

由圖5—圖10 可知，標定管束（管束1）裝有自調節風門裝置、風速在6m/s（含）以下時，其余管束（管束2、3、4）風量提高較為明顯，具體如下：

不加蓋原管束平均風速

加蓋管束平均風速

標定速度為2.33m/s 的工況下，風量提高15.6%；標定速度為3.33m/s 的工況下，風量提高10%；標定速度為5.06m/s 的工況下，風量提高8%。風速在6m/s 以上時，主要驗證管束風速在多大的情況下，蓋板（2mm厚的亞克力+扭簧）可以完全打開。

自調節風門的優勢：能根據總煙氣量自發地調節脫硫管束的風速，不用人為控制;制造成本較低，能大范圍推廣;安裝方便，省工省時。

自調節風門的缺陷：主要由彈簧提供恢復力，所以蓋板不能完全打開或封閉，泄漏的少量煙氣可能造成排放超標；由彈簧及蓋板自重提供的恢復力隨著時間推移會有所降低，從而導致蓋板不能及時回落，有蓋板的管束會泄漏煙氣，同時也會影響其余管束風速，導致管束除霧效率降低等。

3 結語

經實驗對比可知，自調節風門裝置具有一定提高管束工作風速的作用，當風速達到設計風速時，彈簧蓋板被沖開，雙氣旋增效器正常工作；當風速低于設計風速時部分蓋板關閉，通過提高其他脫硫管束的風量，讓管束達到設計工作風速，但是由于蓋板無法完全關閉或者打開，導致有蓋板的管束會有一定的煙氣泄漏，對整體的除霧效率有一定影響。