一种除尘工艺在干粉灭火消防教学中废气治理的应用

摘  要：随着我国工业的发展，先进的工业现代化给人们的生活方式带来很大的便利，工业废气排放造成了严重的环境污染，威胁着国民的健康。目前国家方面也越来越重视废气排放问题的治理，并且颁布了一系列的大气污染物排放标准，以此来更好的约束各个企业的废气管理工作。因而企业方面也越来越重视废气的治理，并积极采用各种先进的设备来提高治理效果，其中布袋除尘器配套相关设备的应用比较广泛，以布袋为过滤元件来处理废气中的粉尘、颗粒等，从而更好减少废气的排放量。基于此，本文就以布袋除尘器为处理核心在废气治理中的应用进行了分析，文中以干粉灭火消防教学中产生的废气治理为例分析了一种除尘工艺的具体应用，以期能够为当前企业的废气治理工作提供一定的参考依据，为我国的长远发展奠定良好的基础。

关键词：废气治理;布袋除尘器;旋风除尘器

引言

当前的生产活动中会产生大量的废气，排放到大气中后会造成严重的污染问题，因此废气治理已经成为当前重要的社会问题。布袋除尘器已经成为当前废气治理的重要设备，具有治理效率高、投资成本少等诸多优点。由于生产中所产生的废气性质不一，处理要求不同，在现代工业生产中，不能依靠单一的处理工艺来达到治理效果，处理过程除了能达到国家要求的排放要求外，还须保证设备使用的安全性，因此，在处理工艺的设计过程中，通过不同的废气处理设备配套与安全装置配套，从而有效的提高了企业的废气治理效果，对促进企业的绿色发展、缓解环境污染等方面有着十分重要的现实意义，从而提高企业的经济效益与社会效益等，达到"安全环保"的企业理念。

一种除尘工艺在废气治理中的应用——以干粉灭火消防教学中产生的废气治理为例

（一）、工程概况：

中海油安全技术服务有限公司湛江分公司培训部作为中海油内部的海上安全及职业技能培训部门，担负着安全生产的安全培训工作。安全教学科目中，油气消防作为培训中心的明星课程，吸引着来自五湖四海的学员。优质的培训也树立了海油内非常好的口碑，1982年中海油成立以来，消防培训作为人员出海五小证科目必备的课程之一，对海上人员安全起到重大的作用。2021年海上平台的井喷事件，使企业更加强化对人员的消防安全培训工作的重视，因此培训中心的安全及环保设备的配套更应完善。在培训过程中，火盘火的扑灭教学需用干粉灭火器进行，实操教学演练时，点燃装有汽油的火盘，在汽油燃烧后，学员使用干粉灭火器进行灭火，汽油燃烧过程中会产生黑烟，灭火过程中干粉四处蔓延，产生的烟尘对环境产生污染，情形严重时还会对附近的农作物与养殖业造成污染。因此不得不停止该项目原来的培训方式，改为由学员使用二氧化碳灭火器进行灭火的示范性教学，这样虽然在实操教学过程中产生的烟尘少，对环境造成的环境污染较小，但学员对教学体验不够真实，教学效果大打折扣，严重影响课程的质量与品牌形象。目前国家对环境要求越来越高，现行的放任排放方式已不符国家的环保要求，因此需要重视废气排放问题的治理，为提高教学质量，减少训练过程烟尘排放对环境造成污染，因此需新建一套废气处理系统，对产生的废气进行治理，使实操教学课程能正常使用干粉灭火器进行实操训练以提高教学效果，使气体达标排放。

（二）干粉灭火消防教學中废气治理工艺方案设计

方案选择：在进行灭火的火盘周围新建一吸烟罩，吸烟罩后新建一套粉尘处理的设备，由于干粉灭火器进行灭火后所产生的干粉亲水性较差，使用喷淋方式降尘易产生收尘后二次扬尘，造成再次污染以及收尘效率不高等情况，因此不适用于水喷淋方式进行除尘;经过对烟气工况及性质的分析，本方案选择旋风+布袋除尘器+预喷涂系统，通过风机产生的吸力使消防演练室处于微负压状态，且对粉尘有一定的抽力;其中旋风除尘器将抽过来的含尘烟气进行预处理，收集干粉，并通过旋风除尘器的离心混合作用利用干粉再次扑灭可能带进管道的火星，经预处理后的烟气进入布袋除尘器，设备配套预喷涂系统，投入使用前先对布袋表面进行预喷涂，使布袋表面覆上一层干粉，避免部分不能完全燃烧的油烟造成布袋糊袋;在除尘器箱体设置氮气保护装置，在有火星进入布袋除尘器造成烧袋时及时充氮以保障设备安全，除尘器后设置引风机，处理后的烟气通过烟囱排放;在操作运营时严格按操作要求进行操作，以保证设备的安全使用及设备使用寿命。

1.执行标准

（1）《中华人民共和国大气污染物防治法》

（2）《大气污染物综合排放标准》 GB16297-1996

2.烟气参数

3.除尘系统工艺流程图：

（三）各个系统的设计

1、烟尘捕集罩设计及系统风量计算：

（1）捕集的原理及设计要点：

在进行灭火操作时，产生大量干粉向四周扩散，在烟罩的范围内向上起升，烟气不受横向气流的影响，在引风机的负压作用下，通过烟气管道进入除尘器过滤。烟罩设计时需考虑到如下措施：

保证罩体的容积，使短时间内骤增的烟气不外溢，车间内横向气流对烟气不会造成干扰，设计加大罩口烟气流速，捕集效率可达98%，同时需要考虑气罩罩口的风量均布，避免一侧有风一侧烟气外溢。

（2）捕集罩风量设计：根据现场产生的含尘气流流向进行罩口尺寸设计，吸烟罩口长度=5m，宽度=2m。

处理烟气量Q=3600×V×W×L，

V为罩口吸气平均速度，m/s（0.5-1.0m/s）;

W为罩口宽度，

L为罩口长度。

根据实际情况可知，干粉喷出时烟尘以较快速度扩散到空气中，罩口吸气平均速度V取值为0.6m/s，扩散角小于60°;

系统总风量Q=3600×0.6×2×5=21600 m³/h，预留一定余量，总风量取25000 m³/h

考虑烟气上升速度，容积量以2秒烟气量计算为13.9m³，因此可以计算气罩深度：气罩深度=所需气罩容积/气罩面积=12÷5÷2=1.39，因此气罩设计深度不小于1.4m。本次设计考虑烟罩门开启等因素，取气罩高度为1600mm。

烟尘捕集罩尺寸（长×宽×高）：5×2×1.6m

2、旋风除尘器：

（1）旋风除尘器工作原理

当集烟罩收集的气体从旋风除尘器筒体侧面进口进入设备后，气流在设备内作旋转运动，尘粒在离心及重力作用下甩向壁面，沿圆筒壁面落入锥形料仓而实现对干粉的回收，收集的粉尘在设备筒体内旋转过程中混合，对可能进入筒体内的火星进行再次扑灭，起到沉降与阻火作用。

（2）型号尺寸选择

式中Dd-除尘器直径， m

Vp-除尘器截面平均流速，（取3～5 m/s）

Q-操作温度和压力下的气体流量，m3/h

通过总风量Q=25000 m³/h代入计算，截面平均流速Vp=4 m/s，计算得旋风除尘器直径=3288mm 确定单管式除尘器型号为：XF-3300

3、布袋除尘器工艺及参数选型

3.1设计主要参数：

（1）除尘器风量选择：总风量Q=25000 m³/h

（2）烟气温度：≤80℃

（3）入口含尘浓度：2000g/m3/min（按每次课时约2小时，使用干粉约4kg/瓶x60瓶）

（4）過滤风速的确定：1.1m/min

（5）滤料的选用：

下表是几种常用滤袋材料的性能比较，根据实际工况，本系统选用涤纶针刺毡滤料。

3.2除尘器类型选择

袋除尘器是除尘系统的关键设备。在现有各种除尘技术中，长袋低压脉冲袋除尘器和电除尘器能满足用户对排放浓度及除尘效率（99%以上）的要求。

本方案采用长袋低压脉冲袋除尘器。长袋低压脉冲袋除尘器出口排放浓度基本不受进口粉尘浓度影响，经处理后的粉尘浓度≤50 mg/Nm3，达到环保排放要求。

（1）长袋低压脉冲袋式除尘器设计参数：

除尘器类型：长袋低压脉冲除尘器

处理风量：25000 m3/h

过滤面积：450m2

过滤风速：≤0.92m/min

除尘器阻力：≤1500 Pa

除尘器出口粉尘浓度：≤50 mg/Nm3

3.3布袋除尘器工作原理：

来自消防灭火训练过程产生的含尘气体由烟罩捕集后进入旋风除尘器，通过管道进入布袋除尘器风道下部进入灰斗，由于进风道截面积突然扩大，烟气速度降低，部分较大的尘粒在灰斗内沉降，较细的粉尘覆盖在布袋的表面，过滤后的尘气由内部流入净气室，经管道进入风机再排入烟囱;随着处理烟气量的增加，布袋表面上的粉尘随之增加，致使系统的运行阻力增加，为了保证设备的正常运行，脉冲喷吹的动作设置在1200～1600Pa范围内，由压力控制器定时或定阻来控制喷吹清灰。为避免不完全燃烧的油烟造成布袋糊袋，布袋除尘器配套预喷涂系统，设备投入使用前先启动预喷涂装置;在除尘器箱体设置氮气保护装置，在有火星进入布袋除尘器造成烧袋时及时充氮以保障设备安全，除尘器后设置引风机，处理后的烟气通过烟囱排放;在操作运营时严格按操作要求进行操作，以保证设备的安全使用及设备使用寿命。

4、引风机参数选择

根据工艺要求，本系统工艺风机设置在布袋除尘器后面，选用离心引风机，风机参数根据系统的最大风量及阻力进行选择，风量选取：25000 m3/h，压头为系统的各设备及管道各阻力之和，通过计算，风机压头选取：3500Pa，风机使用变频控制，可根据使用时干粉的喷烟量的大小来调节风机的风量。

5、管道内流速的确定及主管道直径的确定：

烟气成份主要干粉，为不使粉尘在管道内沉积，管道内流速取18～20m/s;管径计算公式：

d：管道直径（m）;

Q;管道内气体流量（m³/h）;

V;管道内气流速度（m/s）;

主管道直径：V取20m/s，

经计算得d=0.294m，圆整取d=300mm。

（四）防止布袋除尘器结露

除尘布袋在运行中还容易出现结露的情况，除尘器在漏风的情况，外界的冷空气进入设备中，使得内部的温度下降，这时候空气中就会析出水分使得滤袋受潮，一般是因为除尘器壳体制作不合格、卸料器法兰密封不严等导致;设备袋室气温低于露点使滤袋受潮，寒冷的冬季经常会发生这一问题;三是因为气体中的湿度较高，导致过滤过程中水分析出;四是受到除尘器隔热以及保温的特性的影响，当除尘气体的温度与布袋除尘器烟气温度差异较大时，布袋周边可能会出现结露的现象，布袋结露以后进入除尘器的粉尘就会附着在滤袋上，进而对孔眼造成堵塞，这将会极大地减低清灰效率，若除尘器受到压力过大，甚至还会出现损坏的情况。基于上述问题，可以采用以下方法解决，一是加强对设备的制作加工工艺的管理，按标准进行焊，提高设备的密封性;控制设备内部的温度恒定工作，这一方面的工作内容主要是保温和隔热，当前市场中存在众多导热系数较低的材料，常见的有珍珠膨胀岩以及岩棉等等，这些材料的绝热性能能够达到除尘器的工作要求，且受到水分影响较小，同时耐热质量较高，在实际应用过程中，相关人员还应当依据当地气温气候的实际特点确定材料的厚度。

（五）应用效果分析

设备投入使用试运行性能良好，各项指标达到要求，在课程正常开展训练时，通过风机变频调节，适应不同的训练强度所产生的烟尘，烟罩对烟气捕集效果良好，投入使用前，打开预喷涂系统后，布袋除尘器的出口阻力在300-500Pa，除尘器在正常投入使用后，不会产生结露现象，粉尘排放效果≤10mg/m3，满足《大气污染物综合排放标准》 GB16297-1996的排放要求。

结语：

布袋除尘器配套旋风除尘器系统适用于消防培训过程产生的烟尘烟气处理，在合理选用过滤风速、布袋材质、布袋过滤面积;选取合理的烟罩及管道参数，配合合理的机电控制，不仅可以达到环保排放的要求，配套充氮等安全装置减少可能存在的安全隐患，在配以变频器控制的风机系统使整套系统节省能源，节省投资，安全环保，适合广泛推广应用。

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作者简介：

余巨喜（1982-09）男，汉族，本科，天津北海油人力资源咨询服务有限公司湛江分公司，机电工程师，研究方向：机械设计制造及其自动化、机械设备自动化及技能教学培训。