習(xí) 蘭

(重慶賽迪熱工環(huán)保工程技術(shù)有限公司)

鋼鐵行業(yè)除塵系統(tǒng)除塵點(diǎn)數(shù)量多且分散，電耗大；除塵管道相互影響，相互耦合，除塵管道的調(diào)節(jié)非常復(fù)雜，且不合理地調(diào)節(jié)閥門(mén)及風(fēng)機(jī)頻率易導(dǎo)致除塵管道積灰。因此，分析除塵管網(wǎng)調(diào)節(jié)適用性，研究部分除塵管道調(diào)節(jié)對(duì)整個(gè)管網(wǎng)的影響，是除塵智能調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)。

目前在管網(wǎng)阻力平衡方面，專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)人員利用Flowmaster等管網(wǎng)阻力平衡專(zhuān)業(yè)計(jì)算軟件，僅能對(duì)某些的常見(jiàn)工況進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算，無(wú)法計(jì)算所有的運(yùn)行工況；同時(shí)Flowmaster計(jì)算數(shù)據(jù)無(wú)快速接口，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)管網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)測(cè)算，導(dǎo)致無(wú)法做到除塵系統(tǒng)的節(jié)能控制最優(yōu)和判斷調(diào)節(jié)后管網(wǎng)的安全性。因此，一種簡(jiǎn)化的能夠快速進(jìn)行除塵管網(wǎng)平衡計(jì)算的方法對(duì)于除塵管網(wǎng)智能化調(diào)控意義重大。

1 除塵管網(wǎng)調(diào)節(jié)

1.1 理論模型

施工完成后的除塵管網(wǎng)固有阻力特性可認(rèn)為是保持不變的，人為調(diào)節(jié)各支管的閥門(mén)成為改變除塵管網(wǎng)特性的唯一方式。除塵系統(tǒng)雖然不是物理意義的閉式循環(huán)系統(tǒng)，但是考慮到除塵系統(tǒng)的吸入端以及排出端均是大氣環(huán)境，可以認(rèn)為是一個(gè)理論的閉式系統(tǒng)，因此閉式系統(tǒng)的管網(wǎng)特性公式也適用于除塵管網(wǎng)。

hw=SQ2

(1)

式中：hw為管段阻力；S為管段阻抗；Q為管段流量。

串聯(lián)管路中：

(2)

并聯(lián)管路中：

楊譯：...and as I admire his respect for the old traditions...[5]153

(3)

式中：i為管段編號(hào)；n為管段總數(shù)。

并聯(lián)管路的流量比和并聯(lián)各管道阻抗的關(guān)系為：

(4)

阻抗S值包含了管段的長(zhǎng)度、直徑、粗糙度等所有影響管道阻力的因素。對(duì)于一個(gè)運(yùn)行的除塵系統(tǒng)，當(dāng)調(diào)節(jié)除塵各支路的手動(dòng)閥門(mén)或者阻力平衡器，實(shí)現(xiàn)了除塵系統(tǒng)風(fēng)量和設(shè)計(jì)風(fēng)量完全匹配，那么理論上除塵管網(wǎng)的阻抗S值可以通過(guò)管段阻力hw及管道內(nèi)流量計(jì)算得出。

除塵系統(tǒng)的阻力主要由局部阻力和沿程阻力兩部分組成，由于除塵系統(tǒng)的特殊性，局部阻力占主要部分。局部阻力主要在三通/四通、變徑管、彎頭以及除塵罩等部位產(chǎn)生，其中彎頭及除塵罩的阻抗S值是固定的，而三通/四通的局部阻力是一個(gè)變量。匯流三通結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖1，其支路的管段阻力系數(shù)分別為ξ2和ξ3。

圖1 匯流三通結(jié)構(gòu)示意

當(dāng)c>1時(shí)

ξ2=1-(2c-1)(V1/V2)2

ξ3=1-(2c-1)(V1/V3)2

(5)

當(dāng)c≤1時(shí)

ξ2=1-(c2+0.5c-0.5)(V1/V2)2

ξ3=1-(c2+0.5c-0.5)(V1/V3)2

(6)

式中：c=(Q2/Q1)2(A1/A2)cosθ2+(Q3/Q1)2(A1/A3)cosθ3；Q、A、V分別為管段的風(fēng)量、管道截面積和風(fēng)速；θ為支管段與主管段的夾角，下標(biāo)為管段編號(hào)。

1.2 模型簡(jiǎn)化

根據(jù)三通的局部阻力系數(shù)計(jì)算公式可知，三通的阻抗S數(shù)需根據(jù)流量及支管的屬性實(shí)時(shí)計(jì)算，除三通以外的支路及合并管路的沿程阻力、局部阻力產(chǎn)生的阻抗均可以簡(jiǎn)化為終端支管的阻抗S數(shù)，如圖2所示。

圖2 管路模擬并聯(lián)管路S數(shù)

(7)

(8)

根據(jù)上述思路，任意的除塵系統(tǒng)均可以簡(jiǎn)化為類(lèi)似圖3的模型。圖中的支管阻抗 (abc代表支路標(biāo)號(hào))包含了支路管段、管段及管段的沿程阻力、局部阻力對(duì)應(yīng)的阻抗，不包含三通的阻抗S數(shù)。

圖3 管路阻抗簡(jiǎn)化

1.3 除塵管網(wǎng)調(diào)節(jié)計(jì)算

(1)管路全開(kāi)平衡狀態(tài)基本參數(shù)計(jì)算

輸入除塵主管壓力P值、各支路流量和管徑計(jì)算得各管段流量及風(fēng)速；輸入各管段支路所在三通的角度計(jì)算得三通對(duì)應(yīng)支管的局部阻力系數(shù)及對(duì)應(yīng)三通的阻抗ΔS數(shù)，然后計(jì)算得支管的壓力P值，逐步推導(dǎo)至下一層，計(jì)算出所有支管的壓力P值及阻抗S數(shù)。

(2)調(diào)整某支路后求管路變化情況

(8)

(3)校核計(jì)算

(9)

1.4 結(jié)果準(zhǔn)確性驗(yàn)證

針對(duì)某除塵系統(tǒng),依次調(diào)整支路的流量,分別采用Flowmaster建模和除塵管網(wǎng)調(diào)節(jié)計(jì)算方法計(jì)算所有支路管網(wǎng)對(duì)應(yīng)的流量,判斷基于S數(shù)的除塵管網(wǎng)平衡計(jì)算方法的準(zhǔn)確性。對(duì)于某個(gè)支路,Flowmaster建模計(jì)算得的流量為QF,采用除塵管網(wǎng)調(diào)節(jié)計(jì)算方法計(jì)算得的流量為QJ,定義流量差值比α=(QF-QJ)/QJ×100%,根據(jù)α的絕對(duì)值來(lái)判斷基于S數(shù)的除塵管網(wǎng)平衡計(jì)算方法的準(zhǔn)確性。計(jì)算得不同工況下各除塵管網(wǎng)支路對(duì)應(yīng)流量差值比α如圖4所示。

圖4 不同工況下的流量差值比α

從圖4可知,支管流量差值比α基本在±10%內(nèi),絕大部分在5%內(nèi)。對(duì)于鋼鐵廠機(jī)械除塵系統(tǒng)的調(diào)節(jié),該方法的準(zhǔn)確度完全可以滿(mǎn)足要求。

2 除塵管網(wǎng)調(diào)節(jié)計(jì)算應(yīng)用

隨著鋼鐵行業(yè)智能化數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展,建立粉塵智能治理系統(tǒng),除塵系統(tǒng)的智能化管控是大勢(shì)所趨。

對(duì)除塵設(shè)備在線(xiàn)檢測(cè)和實(shí)時(shí)監(jiān)控所得的除塵系統(tǒng)流量、風(fēng)壓、現(xiàn)場(chǎng)粉塵濃度、除塵器壓差、煙塵粉塵排放濃度、除塵電機(jī)運(yùn)行情況等數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘,分析除塵管網(wǎng)調(diào)節(jié)適用性,研究除塵管道調(diào)節(jié)對(duì)整個(gè)管網(wǎng)的影響,從而做出準(zhǔn)確的節(jié)能運(yùn)行決策是除塵智能管控的核心。

基于S數(shù)的除塵管網(wǎng)調(diào)節(jié)計(jì)算方法可以應(yīng)用于除塵智能管控，相對(duì)于Flowmaster等流體系統(tǒng)仿真分析軟件有如下優(yōu)勢(shì)：可以通過(guò)閥門(mén)開(kāi)度或者流量輸入快速判斷系統(tǒng)管網(wǎng)流體的分配及運(yùn)行情況，不需要有專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)人員使用專(zhuān)業(yè)計(jì)算軟件如Flowmaster等計(jì)算，也不存在計(jì)算軟件和鋼廠控制程序之間數(shù)據(jù)無(wú)法聯(lián)通的問(wèn)題；不僅可以運(yùn)用于可預(yù)判的各種工況的管網(wǎng)適應(yīng)性計(jì)算，還可以應(yīng)用于無(wú)法預(yù)判的各種工況的實(shí)時(shí)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)節(jié)能控制；可用于預(yù)警除塵管道可能產(chǎn)生積灰的管段位置。

3 結(jié)語(yǔ)

文章提出并論證了一種簡(jiǎn)化的基于S數(shù)的除塵管網(wǎng)調(diào)節(jié)計(jì)算方法，該方法可以用于除塵管網(wǎng)智能化調(diào)控?？赏ㄟ^(guò)實(shí)時(shí)計(jì)算除塵管網(wǎng)的適應(yīng)性情況，在保證除塵管道不積灰的情況下盡可能地節(jié)能運(yùn)行，也可用于預(yù)警可能產(chǎn)生積灰的重點(diǎn)部位，在除塵系統(tǒng)智能化調(diào)控中發(fā)揮“管控大腦”的作用。