劉秋新　陳芬　向金童　蔡美元　吳炯

（武漢科技大學　武漢430065）

粉塵捕集效率與定風量閥應用研究

劉秋新陳芬向金童蔡美元吳炯

（武漢科技大學武漢430065）

分析了造成除塵系統(tǒng)風量阻力不平衡的因素，提出在除塵支管上裝設定風量閥來穩(wěn)定各吸塵點風量，通過實驗證明，在除塵管網(wǎng)支管上裝設定風量調節(jié)閥，可以有效的消除系統(tǒng)阻力不平衡和管網(wǎng)壓力波動造成的吸塵點風量偏差問題。

定風量閥 風量平衡 吸塵點

0　引言

除塵系統(tǒng)是天生的異程管網(wǎng)，系統(tǒng)阻力不平衡是必然的。為了除塵系統(tǒng)高效安全的運行，除塵系統(tǒng)運行的首要問題是解決管網(wǎng)系統(tǒng)的阻力平衡問題。管網(wǎng)阻力不平衡的系統(tǒng) ，風量沒有按需分配，造成部分抽風點因風量偏小導致風管積灰堵塞，所以除塵效果差，而有的吸塵點因風量過大易抽走有用物料或引起風管彎頭及風量調節(jié)閥磨穿。這些問題嚴重影響著生產(chǎn)工藝或生產(chǎn)環(huán)境，因此為了保證生產(chǎn)的正常進行，需要對除塵系統(tǒng)風量進行調試，保證各吸塵點風量滿足要求。隨著產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，近年來除塵系統(tǒng)規(guī)模越來越大，集中式除塵系統(tǒng)往往包含幾十乃至上百個吸塵罩 ，并聯(lián)管路繁多，管網(wǎng)不平衡性也越加嚴重，造成了除塵系統(tǒng)實際運行中問題眾多甚至系統(tǒng)功能喪失。

針對目前除塵系統(tǒng)存在的風量不平衡問題，現(xiàn)有的解決方法是使用風量調節(jié)閥或節(jié)流孔板來調節(jié)并聯(lián)支管之間的阻力不平衡，但由于影響除塵系統(tǒng)阻力不平衡的因素較多，單單一個風量調節(jié)閥很難全面的滿足除塵系統(tǒng)各吸塵點風量平衡，且在實際運行中 ，系統(tǒng)管網(wǎng)壓力實際波動也會給各吸塵點造成風量偏差，影響除塵效果等問題。針對目前除塵系統(tǒng)壓力變化導致吸塵點風量偏差而不能動態(tài)及時調節(jié)的問題，本文提出運用定風量閥來動態(tài)有效地保證各吸塵點風量分配，定風量閥依靠風管內氣流壓力來定位控制閥門的位置，從而在一定壓力差范圍內將氣流保持在預先設定的流量上，保證系統(tǒng)管網(wǎng)風量的穩(wěn)定。

1　除塵系統(tǒng)風量不平衡分析

1.1設計階段的風量不平衡

設計時本身存在阻力不平衡問題。除塵系統(tǒng)在設計階段，管網(wǎng)要做風量平衡和阻力平衡計算 ，即各支管所分配的風量與設計風量一致，并聯(lián)管路之間的阻力損失基本相等，阻力損失不平衡率不宜超過10%［1］。而在實際設計過程中，很難滿足所有并聯(lián)管路間的阻力損失不平衡率都小于10%，因為當不平衡率大于10%時，一般會調整吸塵點所在支管的管徑和風速，直到不平衡率小于10%，而除塵系統(tǒng)并聯(lián)管路多，系統(tǒng)復雜，調整管徑意味著系統(tǒng)配置要重新修改，以保證每個并聯(lián)管路都滿足阻力平衡，計算和圖紙修改工作量大，一般設計者不會進行精確的水力計算求取。所以在除塵系統(tǒng)設計上很難做到系統(tǒng)的完全平衡，最終導致系統(tǒng)運行中各除塵點的風量分配不平衡，達不到高效的除塵效果。而且管徑變小后，對于大型除塵系統(tǒng) ，支管流速可能會遠遠超過設計流速，導致對管道的磨損加重，局部管件一旦磨損壞，從而造成新的不平衡。

1.2施工過程導致阻力不平衡

施工人員在施工過程中，不會百分之百的按圖施工，一般會根據(jù)實際情況進行設備管道布置與鋪設，與設計圖紙有些許差異 ，導致設計好的系統(tǒng)平衡發(fā)生變化。例如施工中，可能設計時采用的是圓弧型彎頭，由于受實際施工空間布局的局限 ，只能采用直角彎頭；或者是受空間的限制，施工過程中會適當減小風管管徑。這些施工過程中的變更，都會造成系統(tǒng)阻力的變化導致阻力不平衡從而引起各吸塵點風量偏差。

1.3調試階段的風量不平衡

目前除塵系統(tǒng)的風量和阻力平衡大都采用在吸塵支管上安裝風量調節(jié)閥，通過調整閥門開度改變支路的流動阻力，從而達到阻力平衡［2］。除塵系統(tǒng)管網(wǎng)阻力調試從干管開始 ，再到吸塵點支管，首先依次調節(jié)各干管的閥門開度，使之分別接近各自的設計風量；再逐個調節(jié)吸塵點支管上的閥門開度；風量大的干管，則吸塵點支管閥門開度減小 ，風量小的干管，則吸塵點支管閥門開度增大，邊調節(jié)邊進行測試，使之分別接近各自的設計風量，直到各吸塵點運行風量與原始設計風量之差百分比的絕對值均不大于25%，除塵系統(tǒng)管網(wǎng)阻力平衡為止。而調節(jié)閥通常采用蝶閥或插板閥，使用時存在偏流現(xiàn)象，磨損及漏風嚴重，且閥門只在除塵系統(tǒng)調試時操作 ，一旦調試完成后，基本不再操作，實際使用率很低，導致實際運行中閥門因銹蝕或粉結等原因無法動作，形同虛設［3］。且在風量調節(jié)過程中，由于管網(wǎng)系統(tǒng)中各支路之間的耦合關系，通過每個支路的流量變化都會引起其他支路流量變化，使各個支路風量相互干擾很難實現(xiàn)準確的分配，經(jīng)常是已經(jīng)調好的風量又發(fā)生變化，不得不反復調試，且系統(tǒng)吸塵點較多時，系統(tǒng)平衡調試難度大，工作量也大，很難調至完全平衡。

1.4系統(tǒng)后期改建導致平衡失調

除塵系統(tǒng)在設計時，風機的設計風量一般會在系統(tǒng)的計算風量上附加20%的富余風量，往往比實際需求的風量大，系統(tǒng)建成后會在這20%附加的風量范圍內新增吸塵點，破壞原有系統(tǒng)的平衡，造成各吸塵點風量出現(xiàn)偏差，除塵系統(tǒng)效果變差。系統(tǒng)新增吸塵點后，一般工人是不會再去調試系統(tǒng)的風量平衡，一是大型的除塵系統(tǒng)平衡調試工作復雜且量大，二是支管上的風量調節(jié)閥長期不動作 ，導致實際運行中閥門因銹蝕或粉結等原因無法動作，無法進行有效調節(jié)。所以針對后期新增吸塵點的系統(tǒng)，很難保證系統(tǒng)風量平衡。

影響除塵系統(tǒng)阻力平衡的因素眾多，常規(guī)的阻力平衡調節(jié)方法不僅不能考慮到所有影響各吸塵點風量的因素，還不能動態(tài)跟蹤管網(wǎng)壓力的實際波動從而保證系統(tǒng)風量分配。所以本文提出在各吸塵點的垂直支管上安裝定風量閥裝置 ，保證各吸塵點風量滿足設計要求，管網(wǎng)壓力波動時，可自行調節(jié)維持風量穩(wěn)定。

2　定風量調節(jié)閥在除塵系統(tǒng)中的應用

除塵系統(tǒng)投入使用中，管網(wǎng)壓力也是動態(tài)波動，導致各吸塵點的風量動態(tài)變化，偏離設計流量，相互干擾，單靠風量調節(jié)閥也很難保證各吸塵點風量平衡。

把定風量閥運用到除塵系統(tǒng)，根據(jù)定風量閥可自身調節(jié)的特點，可以滿足除塵系統(tǒng)管網(wǎng)壓力的實際波動，動態(tài)地維持各吸塵的的風量穩(wěn)定，保證除塵系統(tǒng)高效的運行。同時定風量閥是一種機械式自動裝置，機械式定風量調節(jié)閥簡化了除塵系統(tǒng)繁雜的現(xiàn)場調試，消除了并聯(lián)管網(wǎng)間風量變化的相互影響，當管段壓力發(fā)生變化時，定風量閥會根據(jù)壓力的變化做出動作，補償壓力變化量，從而維持風量在設計值下，穩(wěn)定風量。定風量閥風量控制不需要外加動力，它依靠風管內氣流力來定位控制閥門的位置，從而在整個壓力差范圍內將氣流保持在預先設定的流量上。

圖1 除塵系統(tǒng)

圖1是定風量閥在除塵系統(tǒng)中應用的實驗測試除塵系統(tǒng)圖，試驗臺由旋風除塵器、4個吸塵點、風機一臺、除塵管道、定風量閥、風量調節(jié)閥搭建而成，粉塵采用滑石粉進行試驗，定風量閥風量見表1。除塵系統(tǒng)初始有1、3、4號3個吸塵點，1、2、4號吸塵點垂直管上接定風量閥 ，3號吸塵點接風量調節(jié)閥；2號吸塵點是后期改建新增吸塵點，實驗參數(shù)如下：

（1）風機額定風量1 828 m3/h，全壓為833 Pa。

（2）系統(tǒng)漏風率測試為7.78%。

（3）定風量閥規(guī)格120×120。

表1　定風量閥風量對應表　m3/h

除塵初始系統(tǒng)1、3、4號吸塵點并聯(lián)管路間阻力不平衡率計算值均小于10%，系統(tǒng)設計基本平衡，系統(tǒng)初始風量分配見表2。人為改變各支管閥門前后壓差，各吸塵點風量分配見表3。在1、3號吸塵點之間新增一個吸塵點，系統(tǒng)各吸塵點風量分配見表4。

表2　吸塵點風量初始分配表

表3　改變閥前后壓差吸塵點風量分配表

表4　新增吸塵點后吸塵點風量分配表

各吸塵點初始風量偏差都小于2%，除塵效果較好，系統(tǒng)設計合理，平衡性好，現(xiàn)改變各支管閥門前后壓差，測試管道壓力改變后，各吸塵點的實際風量值見表3。從表中可以看出，改變支管壓力值，裝有定風量閥的吸塵點，其實際風量基本穩(wěn)定在設定值附近，最大的風量波動也只有1.86%，除塵效果較好；而裝有風量調節(jié)閥的支管處的吸塵點風量隨壓力的波動很大，閥前后壓差改變越大，吸塵點風量越小，吸塵效果越差。此現(xiàn)象說明，定風量閥能很好地穩(wěn)定管道壓力波動時除塵系統(tǒng)吸塵點風量，保證除塵效果，而一般的風量調節(jié)閥做不要這一點。

從表4中可以看出，當在原有的除塵系統(tǒng)上新增一個吸塵點時，系統(tǒng)各并聯(lián)支管之間的阻力平衡被打破，從而引起原有各吸塵點的風量改變 ，但是從表4中可以看出，設有定風量閥的支管，其吸塵點的風量變化率很小，基本上等于設計風量，說明定風量閥能自發(fā)的調節(jié)系統(tǒng)阻力變化引起的風量變化，穩(wěn)定風量在設定值附近，而裝風量調節(jié)閥的吸塵點，其風量明顯偏離風量設定值 ，造成除塵效果較差。

從上述實驗結果和實驗分析可以看出，定風量閥能自發(fā)地穩(wěn)定系統(tǒng)壓力波動下各吸塵點的風量在設計值附近，維持除塵支管之間風量平衡，保證除塵功能，且定風量閥本身不額外消耗能量，性能優(yōu)于傳統(tǒng)的風量調節(jié)閥。

3　結論

（1）現(xiàn)有除塵系統(tǒng)風量平衡調試復雜，需反復調試，工作量大，運用定風量閥，可以簡化除塵系統(tǒng)復雜的現(xiàn)場調試工作。

（2）現(xiàn)有的除塵系統(tǒng)在實際運行中很難平衡吸塵點風量 ，運用定風量調節(jié)閥可以有效的穩(wěn)定吸塵點風量，在一定壓力波動范圍內免去管網(wǎng)壓力實際波動對吸塵點風量的影響，保證各吸塵點高效運行。

［1］GB 50736—2012民用建筑供暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范［S］.

［2］孫軍軍，常麗.阻力平衡器在除塵管網(wǎng)中的應用［J］.工業(yè)安全與環(huán)保，2007，33（10）：13-14.

［3］黃勇波.除塵管網(wǎng)阻力平衡與節(jié)能運行研究［J］.鋼鐵技術，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

劉秋新，男，1956年生 ，博士，教授，碩士生導師，主要研究方向為暖通空調、供熱與通風除塵、大氣污染控制、冰蓄冷技術。

（2016-03-09）