粉尘捕集效率与定风量阀应用研究

刘秋新　陈芬　向金童　蔡美元　吴炯

（武汉科技大学　武汉430065）

粉尘捕集效率与定风量阀应用研究

刘秋新陈芬向金童蔡美元吴炯

（武汉科技大学武汉430065）

分析了造成除尘系统风量阻力不平衡的因素，提出在除尘支管上装设定风量阀来稳定各吸尘点风量，通过实验证明，在除尘管网支管上装设定风量调节阀，可以有效的消除系统阻力不平衡和管网压力波动造成的吸尘点风量偏差问题。

定风量阀 风量平衡 吸尘点

0　引言

除尘系统是天生的异程管网，系统阻力不平衡是必然的。为了除尘系统高效安全的运行，除尘系统运行的首要问题是解决管网系统的阻力平衡问题。管网阻力不平衡的系统 ，风量没有按需分配，造成部分抽风点因风量偏小导致风管积灰堵塞，所以除尘效果差，而有的吸尘点因风量过大易抽走有用物料或引起风管弯头及风量调节阀磨穿。这些问题严重影响着生产工艺或生产环境，因此为了保证生产的正常进行，需要对除尘系统风量进行调试，保证各吸尘点风量满足要求。随着产业化的发展，近年来除尘系统规模越来越大，集中式除尘系统往往包含几十乃至上百个吸尘罩 ，并联管路繁多，管网不平衡性也越加严重，造成了除尘系统实际运行中问题众多甚至系统功能丧失。

针对目前除尘系统存在的风量不平衡问题，现有的解决方法是使用风量调节阀或节流孔板来调节并联支管之间的阻力不平衡，但由于影响除尘系统阻力不平衡的因素较多，单单一个风量调节阀很难全面的满足除尘系统各吸尘点风量平衡，且在实际运行中 ，系统管网压力实际波动也会给各吸尘点造成风量偏差，影响除尘效果等问题。针对目前除尘系统压力变化导致吸尘点风量偏差而不能动态及时调节的问题，本文提出运用定风量阀来动态有效地保证各吸尘点风量分配，定风量阀依靠风管内气流压力来定位控制阀门的位置，从而在一定压力差范围内将气流保持在预先设定的流量上，保证系统管网风量的稳定。

1　除尘系统风量不平衡分析

1.1设计阶段的风量不平衡

设计时本身存在阻力不平衡问题。除尘系统在设计阶段，管网要做风量平衡和阻力平衡计算 ，即各支管所分配的风量与设计风量一致，并联管路之间的阻力损失基本相等，阻力损失不平衡率不宜超过10%［1］。而在实际设计过程中，很难满足所有并联管路间的阻力损失不平衡率都小于10%，因为当不平衡率大于10%时，一般会调整吸尘点所在支管的管径和风速，直到不平衡率小于10%，而除尘系统并联管路多，系统复杂，调整管径意味着系统配置要重新修改，以保证每个并联管路都满足阻力平衡，计算和图纸修改工作量大，一般设计者不会进行精确的水力计算求取。所以在除尘系统设计上很难做到系统的完全平衡，最终导致系统运行中各除尘点的风量分配不平衡，达不到高效的除尘效果。而且管径变小后，对于大型除尘系统 ，支管流速可能会远远超过设计流速，导致对管道的磨损加重，局部管件一旦磨损坏，从而造成新的不平衡。

1.2施工过程导致阻力不平衡

施工人员在施工过程中，不会百分之百的按图施工，一般会根据实际情况进行设备管道布置与铺设，与设计图纸有些许差异 ，导致设计好的系统平衡发生变化。例如施工中，可能设计时采用的是圆弧型弯头，由于受实际施工空间布局的局限 ，只能采用直角弯头；或者是受空间的限制，施工过程中会适当减小风管管径。这些施工过程中的变更，都会造成系统阻力的变化导致阻力不平衡从而引起各吸尘点风量偏差。

1.3调试阶段的风量不平衡

目前除尘系统的风量和阻力平衡大都采用在吸尘支管上安装风量调节阀，通过调整阀门开度改变支路的流动阻力，从而达到阻力平衡［2］。除尘系统管网阻力调试从干管开始 ，再到吸尘点支管，首先依次调节各干管的阀门开度，使之分别接近各自的设计风量；再逐个调节吸尘点支管上的阀门开度；风量大的干管，则吸尘点支管阀门开度减小 ，风量小的干管，则吸尘点支管阀门开度增大，边调节边进行测试，使之分别接近各自的设计风量，直到各吸尘点运行风量与原始设计风量之差百分比的绝对值均不大于25%，除尘系统管网阻力平衡为止。而调节阀通常采用蝶阀或插板阀，使用时存在偏流现象，磨损及漏风严重，且阀门只在除尘系统调试时操作 ，一旦调试完成后，基本不再操作，实际使用率很低，导致实际运行中阀门因锈蚀或粉结等原因无法动作，形同虚设［3］。且在风量调节过程中，由于管网系统中各支路之间的耦合关系，通过每个支路的流量变化都会引起其他支路流量变化，使各个支路风量相互干扰很难实现准确的分配，经常是已经调好的风量又发生变化，不得不反复调试，且系统吸尘点较多时，系统平衡调试难度大，工作量也大，很难调至完全平衡。

1.4系统后期改建导致平衡失调

除尘系统在设计时，风机的设计风量一般会在系统的计算风量上附加20%的富余风量，往往比实际需求的风量大，系统建成后会在这20%附加的风量范围内新增吸尘点，破坏原有系统的平衡，造成各吸尘点风量出现偏差，除尘系统效果变差。系统新增吸尘点后，一般工人是不会再去调试系统的风量平衡，一是大型的除尘系统平衡调试工作复杂且量大，二是支管上的风量调节阀长期不动作 ，导致实际运行中阀门因锈蚀或粉结等原因无法动作，无法进行有效调节。所以针对后期新增吸尘点的系统，很难保证系统风量平衡。

影响除尘系统阻力平衡的因素众多，常规的阻力平衡调节方法不仅不能考虑到所有影响各吸尘点风量的因素，还不能动态跟踪管网压力的实际波动从而保证系统风量分配。所以本文提出在各吸尘点的垂直支管上安装定风量阀装置 ，保证各吸尘点风量满足设计要求，管网压力波动时，可自行调节维持风量稳定。

2　定风量调节阀在除尘系统中的应用

除尘系统投入使用中，管网压力也是动态波动，导致各吸尘点的风量动态变化，偏离设计流量，相互干扰，单靠风量调节阀也很难保证各吸尘点风量平衡。

把定风量阀运用到除尘系统，根据定风量阀可自身调节的特点，可以满足除尘系统管网压力的实际波动，动态地维持各吸尘的的风量稳定，保证除尘系统高效的运行。同时定风量阀是一种机械式自动装置，机械式定风量调节阀简化了除尘系统繁杂的现场调试，消除了并联管网间风量变化的相互影响，当管段压力发生变化时，定风量阀会根据压力的变化做出动作，补偿压力变化量，从而维持风量在设计值下，稳定风量。定风量阀风量控制不需要外加动力，它依靠风管内气流力来定位控制阀门的位置，从而在整个压力差范围内将气流保持在预先设定的流量上。

图1 除尘系统

图1是定风量阀在除尘系统中应用的实验测试除尘系统图，试验台由旋风除尘器、4个吸尘点、风机一台、除尘管道、定风量阀、风量调节阀搭建而成，粉尘采用滑石粉进行试验，定风量阀风量见表1。除尘系统初始有1、3、4号3个吸尘点，1、2、4号吸尘点垂直管上接定风量阀 ，3号吸尘点接风量调节阀；2号吸尘点是后期改建新增吸尘点，实验参数如下：

（1）风机额定风量1 828 m3/h，全压为833 Pa。

（2）系统漏风率测试为7.78%。

（3）定风量阀规格120×120。

表1　定风量阀风量对应表　m3/h

除尘初始系统1、3、4号吸尘点并联管路间阻力不平衡率计算值均小于10%，系统设计基本平衡，系统初始风量分配见表2。人为改变各支管阀门前后压差，各吸尘点风量分配见表3。在1、3号吸尘点之间新增一个吸尘点，系统各吸尘点风量分配见表4。

表2　吸尘点风量初始分配表

表3　改变阀前后压差吸尘点风量分配表

表4　新增吸尘点后吸尘点风量分配表

各吸尘点初始风量偏差都小于2%，除尘效果较好，系统设计合理，平衡性好，现改变各支管阀门前后压差，测试管道压力改变后，各吸尘点的实际风量值见表3。从表中可以看出，改变支管压力值，装有定风量阀的吸尘点，其实际风量基本稳定在设定值附近，最大的风量波动也只有1.86%，除尘效果较好；而装有风量调节阀的支管处的吸尘点风量随压力的波动很大，阀前后压差改变越大，吸尘点风量越小，吸尘效果越差。此现象说明，定风量阀能很好地稳定管道压力波动时除尘系统吸尘点风量，保证除尘效果，而一般的风量调节阀做不要这一点。

从表4中可以看出，当在原有的除尘系统上新增一个吸尘点时，系统各并联支管之间的阻力平衡被打破，从而引起原有各吸尘点的风量改变 ，但是从表4中可以看出，设有定风量阀的支管，其吸尘点的风量变化率很小，基本上等于设计风量，说明定风量阀能自发的调节系统阻力变化引起的风量变化，稳定风量在设定值附近，而装风量调节阀的吸尘点，其风量明显偏离风量设定值 ，造成除尘效果较差。

从上述实验结果和实验分析可以看出，定风量阀能自发地稳定系统压力波动下各吸尘点的风量在设计值附近，维持除尘支管之间风量平衡，保证除尘功能，且定风量阀本身不额外消耗能量，性能优于传统的风量调节阀。

3　结论

（1）现有除尘系统风量平衡调试复杂，需反复调试，工作量大，运用定风量阀，可以简化除尘系统复杂的现场调试工作。

（2）现有的除尘系统在实际运行中很难平衡吸尘点风量 ，运用定风量调节阀可以有效的稳定吸尘点风量，在一定压力波动范围内免去管网压力实际波动对吸尘点风量的影响，保证各吸尘点高效运行。

［1］GB 50736—2012民用建筑供暖通风与空气调节设计规范［S］.

［2］孙军军，常丽.阻力平衡器在除尘管网中的应用［J］.工业安全与环保，2007，33（10）：13-14.

［3］黄勇波.除尘管网阻力平衡与节能运行研究［J］.钢铁技术，2010（5）：51-54.

Efficiency of Dust Catching and Application of Constant Air Flow Valve
in the Dust Removal System

LIU Qiuxin CHEN Fen XIANG Jintong CAIMeiyuan WU Jiong
（Wuhan University of Science and Technology Wuhan 430065）

Dust removal system air flow resistance unbalance is analyzed，and itis proposed to set constant air flow valve in dust manifold tops to stabilize each vacuuming point air flow.Through the experiment，it is proved that the setting of constant air volume valve in dust pipe manifold tops can effectively eliminate the air flow deviation caused by unbalanced system resistance and pipe network pressure fluctuations.

constant air volume valve air volume balance vacuuming point air

刘秋新，男，1956年生 ，博士，教授，硕士生导师，主要研究方向为暖通空调、供热与通风除尘、大气污染控制、冰蓄冷技术。

（2016-03-09）