一种自调节管束除雾器装置的实验研究
2022-03-23尹成任凯任轩
尹成，任凯，任轩
（西安西矿环保科技有限公司，西安 710075）
目前，国家对污染物排放的把控越来越严格，对水泥厂脱硫塔而言，提高脱硫效率和消除白烟刻不容缓[1]。管束脱硫除雾器是一种能极大提高脱硫除雾效率的装置，而管束除雾器离心叶片角度需对应一个最佳风速，当水泥厂出现减产，烟气量减少时，管束的风速就达不到除雾器的设计标准，可能造成含石膏浆液的烟气在管束内的离心速度减小，降低除雾除尘效率。针对上述问题，本文设计了一种自调节风门，用以在烟气量减少时，自发地关闭一部分脱硫管束，使其他脱硫管束的风速能达到管束除雾器的设计标准，从而提高脱硫除雾效率。
1 实验概况
1.1 实验台系统及实验原理
实验时，在实验台上进行相关改造，使其具备可调风门实验条件，具体操作为：将原实验台设备出口去掉，显示出管束出口，然后将可调风门的盖板等安装在管束出口处。实验台有管束4 个，按照顺时针编号为1—4 号管束，其中1 号管束作为风速的标定管束，方便后续实验数据的整理。
实验台模型见图1，管束位置编号示意见图2，自调节风门的结构见图3。
图1 实验台模型
图2 管束位置编号
图3 自调节风门的结构
自调节风门的原理：自调节风门装置是通过弹簧弹力及盖板自重为整个装置提供恢复力，当风速达到设计风速时，弹簧盖板被冲开，双气旋增效器正常工作；当风速低于设计风速时部分盖板关闭，从而提高其他脱硫管束的风量，让双气旋增效器达到设计工作风速。
1.2 测量仪器
手持热敏式风速仪，其使用参数见表1。
表1 使用参数
1.3 实验方案
按图4 将管束沿半径方向等距分为5 个点，作为风速的测量点，以这5 个点至圆心的距离分别做圆可将管束平面分为4 个环面，在管束1 某一标定风速下，分别测量管束1—4 内5 个测量点的风速的最大值与最小值，可求得各个测量点的平均风速V1—V5、4 个环面面积为S1—S4，然后可根据以下公式加权计算各个环面的平均速度及整个管束平面的平均速度[2]：
图4 测点方案
环面平均速度Vi=（Vi+Vi+1）/2
管束平面平均速度
将可调风门盖板安装在管束1 出口处，此时再次测量管束1—4 的各个测量点风速，记录并计算上述平均速度，与其没有安装可调风门盖板工况下的各个风速进行对比。
管束1 标定速度有6 个，要做实验的总工况共12个，需测量有效风速数据480 组。将所测得数据分别填入表2 中，计算各个工况下管束的平均速度。
表2 各工况下管束的平均速度（单位：m/s）
1.4 具体实验测量步骤
给管束1 标定某一风速，在此风速下，使用手持热敏风速仪分别测量管束2—4 各个测量点的风速，并做记录。将可调风门盖板安装在管束1 出口处，此时盖板会有一定的张开角度，在此情况下再次测量管束1—4 各个测量点的风速，并做记录。最后将所测得的有效数据填入表格中，计算得出各管束的平均速度（管束1 加盖板和不加盖板）。
管束1 共有6 个标定速度：2.33m/s、3.33m/s、5.06m/s、6.11m/s、7.03m/s、8.37m/s。分别测量此6 个标定速度共12 个工况下（管束1 加盖板和不加盖板）各管束中各测量点的风速。
2 实验结果及数据分析
经过实验，所得各个工况下数据见图5—图10。
图5 管束1 标定速度为2.33m/s 工况
图6 管束1 标定速度为3.33m/s 工况
图7 管束1 标定速度为5.06m/s 工况
图8 管束1 标定速度为6.11m/s 工况
图9 管束1 标定速度为7.03m/s 工况
图10 管束1 标定速度为8.37m/s 工况
由图5—图10 可知，标定管束（管束1）装有自调节风门装置、风速在6m/s（含）以下时，其余管束（管束2、3、4）风量提高较为明显，具体如下：
不加盖原管束平均风速
加盖管束平均风速
标定速度为2.33m/s 的工况下，风量提高15.6%；标定速度为3.33m/s 的工况下，风量提高10%；标定速度为5.06m/s 的工况下，风量提高8%。风速在6m/s 以上时，主要验证管束风速在多大的情况下，盖板（2mm厚的亚克力+扭簧）可以完全打开。
自调节风门的优势：能根据总烟气量自发地调节脱硫管束的风速，不用人为控制;制造成本较低，能大范围推广;安装方便，省工省时。
自调节风门的缺陷：主要由弹簧提供恢复力，所以盖板不能完全打开或封闭，泄漏的少量烟气可能造成排放超标；由弹簧及盖板自重提供的恢复力随着时间推移会有所降低，从而导致盖板不能及时回落，有盖板的管束会泄漏烟气，同时也会影响其余管束风速，导致管束除雾效率降低等。
3 结语
经实验对比可知，自调节风门装置具有一定提高管束工作风速的作用，当风速达到设计风速时，弹簧盖板被冲开，双气旋增效器正常工作；当风速低于设计风速时部分盖板关闭，通过提高其他脱硫管束的风量，让管束达到设计工作风速，但是由于盖板无法完全关闭或者打开，导致有盖板的管束会有一定的烟气泄漏，对整体的除雾效率有一定影响。
