基于Minitab的除尘试验装置研究分析

李玲瑜

（攀枝花攀钢集团设计研究院有限公司，四川 攀枝花 617023）

基于Minitab的除尘试验装置研究分析

李玲瑜

（攀枝花攀钢集团设计研究院有限公司，四川 攀枝花 617023）

为满足日益严格的环保要求，针对目前应用广泛的袋式除尘器，设计研发了除尘试验装置，并进行了现场试验，利用Minitab软件进行分析，寻找进风方式、滤袋间距及过滤风速三者间的最优化组合，为今后设计高效袋式除尘器提供了参考。

除尘试验；进风方式；滤袋间距；过滤风速；优化组合

随着排放标准的提高，粉尘排放标准从120mg/ Nm3降低到50mg/Nm3以下，部分国家特大型城市已经执行10mg/Nm3特别排放限值。但经监测，现有使用的除尘器大部分粉尘排放浓度不能达到国家最新标准，更加无法应对可能执行的特别排放限值，所以需要进行大量研究试验，对现有除尘器进行研究改进。

除尘器有重力除尘器、旋风除尘器、湿式除尘器、过滤层除尘器、袋式除尘器、静电除尘器和组合式除尘器等七种类型。高效除尘器主要包括电除尘器和袋式除尘器两种。对处理粉尘来说，袋式除尘器具有运行稳定、高效的特点，目前可广泛适应于超细粉尘、高温气体、风量波动大和外排粉尘浓度低的场合。我国颗粒物排放控制已进入大力消减PM10、PM2.5时代，作为吸附PM2.5微细颗粒物的利器，袋式除尘器是推进节能减排不可或缺的高效装备之一。为达到国家最新排放标准，袋式除尘器的改进性研究十分迫切。

1 除尘试验装置设计研发

1.1 关键因素确定

对设计一个除尘器来说，粉尘外排浓度及设备运行压差是两个关键的指标。粉尘外排浓度关系到除尘器功能达标的程度，而设备运行压差则关系到设备能耗的高低，即设备运行的经济性。

分别对可能影响粉尘外排浓度及设备运行压差的因素做分析，考虑因素的重要性、可控性、影响的不确定性等，最终确定进风方式、滤袋间距及过滤风速为三个关键因素。除尘试验装置的设计需满足这三个关键因素对除尘效率影响试验的需要。

1.2 具体结构设计

本试验装置设计了三种进风方式：下进风、中进风及上进风，进风方式可切换。共三个仓室，每个室花板孔的间距不一样，滤袋安装间距不同，该试验装置为φ160mm直径滤袋设计240mm、 250mm、260mm三种间距试验。三个室可共同工作，可单独工作。三个室共同工作时，可比较不同进风方式的除尘效率及能耗；每个室单独工作时可比较不同滤袋间距的除尘效率及能耗。

2 试验研究及分析

试验装置建成后，首先利用Minitab软件进行试验规划，然后进行现场试验，再对试验数据进行分析。

2.1 第一轮DOE试验

将过滤风速、进风方式、滤袋间距作为三个因子，将粉尘排放浓度及设备运行压差分别作为响应变量，过滤风速取63.5%风速、100%风速两个水平，进风方式取上进风、中进风、下进风三个水平，滤袋间距取240mm、250mm、260mm三个水平，分别进行粉尘排放浓度及设备运行压差全因子试验。第一轮DOE试验数据见表1。

（1）粉尘排放浓度分析。根据表1试验数据，用Minitab软件进行分析可知，风速及进风方式对于响应变量排放浓度的影响很显著，而滤袋间距的影响相对不显著；为使排放浓度取值小，应该让风速尽可能大，进风方式选择中进风，滤袋间距选大间距260mm。

通过因子交互作用的分析可知，风速与进风方式的交互作用对于响应变量排放浓度的影响显著。

（2）设备运行压差分析。根据表1试验数据，用Minitab软件进行分析可知，风速、进风方式及滤袋间距对于响应变量压差的影响都很显著；为使压差取值小，应该让风速尽可能小，进风方式选择中进风，滤袋间距选中间间距250mm。

通过因子交互作用的分析可知，二阶交互作用对于响应变量压差的影响均不显著。

（3）第一轮DOE试验结论。从前面粉尘排放浓度及设备运行压差分析可知：①为使排放浓度取值小，风速应取大值；为使压差取值小，风速应取小值。②为使排放浓度及压差取值小，进风方式均应选择中进风。③为使排放浓度取值小，滤袋间距应取大间距260mm；为使压差取值小，滤袋间距应取中间值250mm。

由以上结论，初步可以确定最佳进风方式是中进风；风速对排放浓度和压差的影响方向相反；滤袋间距的最佳取值也不能统一。接下来需进行第二轮的DOE试验及分析，寻找三者间的优化组合方案。

第二轮DOE试验拟采用固定中进风方式，规划风速和滤袋间距进行两个因子两水平加两个中心点及四个轴点共十个组合的试验。

2.2 第二轮DOE试验

将过滤风速、滤袋间距作为两个因子，将粉尘排放浓度及设备运行压差分别作为响应变量，过滤风速取63.5%风速、100%风速两个水平，滤袋间距取240mm、250mm、260mm三个水平，分别进行粉尘排放浓度及设备运行压差试验。

（1）粉尘排放浓度响应曲面分析。用Minitab软件进行粉尘排放浓度响应曲面分析，最终得出粉尘排放浓度的模型为（以未编码单位表示的回归方程）：出口浓度（mg/Nm3）=587.5-1273.4×过滤风速（m/s）-0.0718×滤袋间距(mm)+713.6×过滤风速（m/s）×过滤风速（m/s）。排放浓度越小越好，从模型可以看出，过滤风速符号为负，而其平方项符号为正，所以过滤风速应取一个弯曲的顶点值；而滤袋间距对排放浓度影响较小。（2）设备运行压差响应曲面分析。用Minitab软件进行设备运行压差响应曲面分析，最终得出设备运行压差的模型为（以未编码单位表示的回归方程）：压差（Pa）=24137+551×过滤风速（m/s）-192.5×滤袋间距(mm)+738×过滤风速（m/s）×过滤风速（m/s） +0.3830×滤袋间距(mm)×滤袋间距(mm)。为了减少设备能耗，我们希望设备运行压差越小越好，从模型可以看出，过滤风速及其平方项符号均为正，在保证设备正常运行的情况下，过滤风速越小，设备运行压差越小；而滤袋间距符号为负，滤袋间距平方项为正，所以滤袋间距应取一个弯曲的顶点值，约在250mm附近。由于该项目有两个响应变量，为寻找最佳匹配值，因此需进行双响应分析。（3）第二轮DOE试验结论。经过双响应分析得出最优化方案为：过滤风速取78%风速，滤袋间距取250mm时，粉尘排放浓度可达到10.3762mg，设备运行压差可达到813.4726Pa。除尘效果及能耗指标都非常理想。

表1 第一轮DOE试验数据

3 结语

针对目前应用最广泛的袋式除尘器，设计研制出了除尘试验装置，并利用该试验装置进行了试验。根据试验结果，利用Minitab软件进行分析，第一轮DOE试验分析得出了中进风为最佳进风方式的结论；第二轮DOE试验分析得出了粉尘排放浓度与过滤风速及滤袋间距、设备运行压差与过滤风速及滤袋间距之间的模型；最终通过双响应分析寻找出了进风方式、滤袋间距及过滤风速三者间的最优化组合，为今后设计高效袋式除尘器提供了参考依据。

[1]张殿印，王纯.除尘器手册[M].北京：化学工业出版社，2004.10.

[2]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2002.1.

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1671-0711（2017）05（下）-0103-02