電除塵器氣流分布試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀與分析
摘要：氣流分布試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)是保障電除塵器氣流分布優(yōu)化、高效收塵的重要工具。在《電除塵器氣流分布模擬試驗(yàn)方法》（JB/T 7671－2007）實(shí)施之際，介紹了電除塵器氣流分布試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展現(xiàn)狀，并結(jié)合實(shí)例分析了其存在的問題，提出了對應(yīng)的調(diào)整建議。
關(guān)鍵詞：電除塵器 氣流分布 標(biāo)準(zhǔn)
氣流分布是影響電除塵器收塵效率的主要因素之一。電場區(qū)內(nèi)氣流分布均勻是高效收塵的必要條件，氣流分布不均勻?qū)е碌拇鬁u流、氣流死角及二次飛揚(yáng)等現(xiàn)象將顯著降低電除塵器的收塵效率[1]。而解決氣流均布問題的主要方法是開展物理模型試驗(yàn)，在一定比尺的相似模型內(nèi)調(diào)整流場并進(jìn)行測試，達(dá)到要求后將此調(diào)整方案同比放大應(yīng)用于實(shí)際設(shè)備。
鑒于氣流均布的重要性及氣流分布測試的專業(yè)性，電除塵標(biāo)準(zhǔn)體系下專設(shè)了電除塵器氣流分布模擬試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，對模型設(shè)計(jì)、測點(diǎn)設(shè)置、測試儀器及評判標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行了規(guī)定，并不時(shí)組織修訂。2007年8月28日，國家發(fā)改委發(fā)布了最新版的《電除塵器 氣流分布模擬試驗(yàn)方法》（JB 7671—2006）。
本文對近三版氣流分布試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了對比分析，并結(jié)合當(dāng)前氣流分布技術(shù)的發(fā)展及一些試驗(yàn)實(shí)例，提出了針對性的建議。
1 氣流分布試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀
電除塵器氣流分布試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)屬于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，歸口于機(jī)械工業(yè)環(huán)境保護(hù)機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會，起草單位主要是浙江菲達(dá)環(huán)？萍脊煞萦邢薰荆ㄔT暨電除塵器研究所）、上海冶金礦山機(jī)械廠及西安熱工研究院等。近3次修訂后的標(biāo)準(zhǔn)ZB J 88001.4－1988、JB/T 7671－1995、JB/T 7671－2007，都是在流體三大相似定律及自模理論的基礎(chǔ)上，對模型設(shè)計(jì)、測試方法及評定依據(jù)做出不同程度的規(guī)定，基本上滿足了電除塵氣流分布模型試驗(yàn)的要求，一定程度上保障了電除塵器氣流分布設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，對電除塵技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展起到了重要的作用。
ZB J 88001.4－1988的重要規(guī)定概括如下：
（1）模型設(shè)計(jì)符合幾何相似準(zhǔn)則，模型比不小于1∶16，模型中應(yīng)設(shè)置模擬極板。
（2）模型試驗(yàn)的流體流量復(fù)核動力相似準(zhǔn)則。根據(jù)自；瘏^(qū)原理，模擬電場通道中的雷諾數(shù)應(yīng)大于4 000。
測試斷面可設(shè)在一電場進(jìn)口端、各電場出口端或相鄰電場之間，每個(gè)電場至少有一代表截面，首尾界面允許深入電場的距離不大于900 mm。
原則上將整個(gè)截面分為等面積的小矩形，取其中點(diǎn)為代表點(diǎn)測風(fēng)速。相鄰測點(diǎn)間距一般不大于1 m，上下行測點(diǎn)到電場邊緣距離一般不大于600 mm（實(shí)機(jī)尺寸）。
測試儀器可采用標(biāo)準(zhǔn)皮托管、S型皮托管或熱球式風(fēng)速儀。測電場區(qū)流速用翼式風(fēng)速儀或熱球（線）式風(fēng)速儀，測速時(shí)探頭方向應(yīng)和除塵器軸線平行，其偏差不大于5°。
氣流均布評判標(biāo)準(zhǔn)采用RMS標(biāo)準(zhǔn)，對一電場進(jìn)口截面測得的相對均方根差系數(shù)σr<0.25，其他截面小于0.2，99％以上測點(diǎn)的流速小于平均流速的140％，頂部與底部行的流速宜小于截面流速，平行室或平行進(jìn)出口封頭的流量分配、各室（封頭）流量和理想分配流量之差不超過±5％[2]。
JB/T 7671－1995相對ZB J88 001.4－1988來說限制有所放寬，去掉了部分細(xì)節(jié)規(guī)定并加以修訂，測試斷面只設(shè)置在第一電場進(jìn)口端，測點(diǎn)數(shù)只要求不少于8×8。模型比也放寬到分兩級分別要求。多封頭電除塵器流量分配試驗(yàn)時(shí)，要求各分配流量之間的相對誤差應(yīng)不大于10％。但加上了氣流流向的要求：要求在電場中氣流無旋渦、無回流、無死角、流向與電除塵器的軸線一致[3]。
JB/T 7671－2007則又完全回到ZB J 88001.4－88的軌道上來，但限定有所放寬，測試斷面也只設(shè)置在第一電場進(jìn)口端，去掉了測點(diǎn)設(shè)置中上下行測點(diǎn)到電場邊緣間距的限制，評判標(biāo)準(zhǔn)中也刪除了各測點(diǎn)流速與平均流速的比較限定[4]。
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表1 某鋼鐵廠264 m2兩室三電場電除塵器氣流分布試驗(yàn)測試結(jié)果 m/s
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從上述可知，電除塵器氣流分布試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展至今，均采用物理模型試驗(yàn)法，以氣速均方根值為檢驗(yàn)指標(biāo)，以流體三大相似為目標(biāo)，根據(jù)氣流分布技術(shù)的新發(fā)展，以ZB J 88001.4－88規(guī)定內(nèi)容為基本框架進(jìn)行增刪或修訂而成，是電除塵技術(shù)在我國的應(yīng)用與推廣的基礎(chǔ)保證。但從后續(xù)修訂思路來看，整體是在不斷放松其約束，增大其自由性，這樣對氣流分布試驗(yàn)的可靠性有一定影響，實(shí)際上弱化了氣流均布的重要性。
2 當(dāng)前問題
（1）限制放寬，難以確保氣流充分均勻，與當(dāng)前環(huán)保形勢不相符。
電除塵器氣流分布試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)雖歷經(jīng)修訂，從氣流分布這個(gè)角度保障了電除塵器的高效穩(wěn)定運(yùn)行，但由前述可知，最近兩次修訂實(shí)際上均是對ZB J 88001.4－1988限制條件的放松，其中不乏影響整個(gè)測試準(zhǔn)確性的關(guān)鍵條件，如今氣流分布測試一般只在第一電場進(jìn)口端設(shè)置測試斷面。這一修訂的基礎(chǔ)是普遍認(rèn)為后續(xù)電場區(qū)氣流分布均勻性好于前部電場區(qū)，但實(shí)際上卻并非完全如此。表1是對某鋼鐵廠264 m2兩室三電場電除塵器氣流分布試驗(yàn)的最終調(diào)試結(jié)果，第一、二、三、四斷面分別設(shè)置在第一電場進(jìn)口端、一二電場間、二三電場間、三電場出口端，表中數(shù)據(jù)代表對應(yīng)斷面上均布的8個(gè)風(fēng)速傳感器在各對應(yīng)垂向位置上的測試值。
由上表可知，4個(gè)測試斷面的б分別為0.16、0.26、0.18及0.21，并未呈逐級遞減的趨勢，而是無規(guī)律的變化。如按現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)，則本次試驗(yàn)的結(jié)果可謂非常理想，但實(shí)際上一二電場中某些區(qū)域的氣流均勻性比較差，從而對收塵效率會產(chǎn)生局部的消極影響。
此外，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)對多封頭流量分配試驗(yàn)的約束的放緩也會在某些時(shí)候?qū)M(jìn)氣量、流場分布造成較惡劣的影響。
而當(dāng)前正掀起新一輪的環(huán)保熱潮，環(huán)保意識日益提高，污染物排放標(biāo)準(zhǔn)修訂迅速，顆粒物排放濃度由以前的150 mg/mN3修訂至100 mg/mN3，許多地區(qū)又迅速以50 mg/mN3開始作為檢測標(biāo)準(zhǔn)，這樣，在原標(biāo)準(zhǔn)下建造的大批電除塵器明顯不能適應(yīng)新的形勢，改造工作迫在眉睫，如何經(jīng)濟(jì)、高效地提高電除塵器收塵效率已成為電除塵工作者研究的熱點(diǎn)問題。氣流分布作為影響電除塵器收塵效率的重要因素之一，此時(shí)就應(yīng)凝聚上更多關(guān)注而加以研究。因?yàn)闅饬鞣植技夹g(shù)具有改造周期短、工作量小、對原有設(shè)備改動小等優(yōu)點(diǎn)，加之以前對其關(guān)注度不夠，提效空間大，理應(yīng)成為新時(shí)代下電除塵器達(dá)標(biāo)改造的重要方向。進(jìn)而氣流均布技術(shù)的前提保證—氣流分布試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)實(shí)度就顯得尤為重要了。
（2）只以氣流均布為最終目標(biāo)，與當(dāng)前氣流分布技術(shù)發(fā)展不相稱。
一般認(rèn)為，氣流分布均勻是電除塵器最佳收塵的前提。但HEIN等以電除塵器內(nèi)實(shí)際觀測到的顆粒濃度分布及氣流廓線為出發(fā)點(diǎn)，推出了以“在除塵器內(nèi)合理分布粉塵，提高電場空間利用率，減少二次飛揚(yáng)”為目標(biāo)的不均勻氣流分布技術(shù)——斜氣流技術(shù)（SGFT），提倡在電場入口處采用上低下高的流速分布，在出口處采用上高而下低的流速分布。其應(yīng)用關(guān)鍵在于確定對應(yīng)設(shè)備對應(yīng)工況的理想斜氣流廓線，即傾斜度[5]。
斜氣流技術(shù)應(yīng)用一般分三步走：首先根據(jù)原設(shè)備的尺寸、煙氣條件及運(yùn)行參數(shù)，通過數(shù)據(jù)模擬計(jì)算，或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)設(shè)，得到初步斜氣流廓線；然后建立物理模型進(jìn)行氣流分布調(diào)試和模擬工況試驗(yàn)，得到最終廓線模式及設(shè)計(jì)參數(shù)、提效幅度；最后將形成廓線的設(shè)計(jì)參數(shù)放大應(yīng)用于原設(shè)備中。在當(dāng)前數(shù)值模擬準(zhǔn)確度有限的情況下，斜氣流技術(shù)的成功應(yīng)用很大程度上依賴于氣流分布試驗(yàn)，物理模型試驗(yàn)的成敗在較長時(shí)間內(nèi)仍是斜氣流技術(shù)推廣與發(fā)展的關(guān)鍵。
斜氣流技術(shù)已在國外多臺設(shè)備上應(yīng)用并取得顯著成效，但在我國尚停留在實(shí)驗(yàn)研究或數(shù)模計(jì)算階段，但研究者已趨之若鶩，相信在不久的將來必將看到在我國成功應(yīng)用的報(bào)道。因此，作為電除塵器行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之一的電除塵器氣流分布試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)注意到這一動向，及時(shí)調(diào)整，改變氣流分布試驗(yàn)即為氣流均布試驗(yàn)的成規(guī)，對斜氣流模型試驗(yàn)方法及評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等做出同等規(guī)定，以適應(yīng)不斷發(fā)展的氣流分布技術(shù)要求。
3 建 議
（1）在排放標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格，電除塵技術(shù)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)的今天，更應(yīng)重視氣流分布技術(shù)所能帶來的提效空間，從而意識到氣流分布試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的重要性，把握住每一條款的修訂所帶來的相關(guān)影響，加強(qiáng)研究，更準(zhǔn)確地給出其理論與實(shí)踐依據(jù)，更加周全地為氣流均布的最終目標(biāo)設(shè)定試驗(yàn)準(zhǔn)則。
（2）嚴(yán)格尺度，以更合理、準(zhǔn)確的試驗(yàn)方法，更高的氣流分布試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)求得更好的氣流均布狀態(tài)，從而保障電除塵器更大幅度地發(fā)揮其收塵功效，適應(yīng)新的環(huán)保需求。
（3）重視到斜氣流技術(shù)對當(dāng)前電除塵器提效改造項(xiàng)目的強(qiáng)大優(yōu)勢，積極組織開展斜氣流技術(shù)研究工作，增設(shè)斜氣流物理模型試驗(yàn)方法、評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等條款，大力推動該技術(shù)在我國的應(yīng)用與發(fā)展。
4 結(jié) 語
電除塵器氣流分布試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展至今，為電除塵器的發(fā)展起到了保駕護(hù)航的作用，但在電除塵技術(shù)面臨巨大挑戰(zhàn)的當(dāng)今與未來，該標(biāo)準(zhǔn)更應(yīng)是時(shí)而動，與時(shí)俱進(jìn)，進(jìn)而發(fā)揮更大更強(qiáng)的作用。
參考文獻(xiàn)：
[1] WHITE H J.工業(yè)電收塵[M].王成漢，譯.北京：冶金工業(yè)出版社，1984.
[2] ZB J 88001.4－1988，電除塵器氣流分布測試[S].
[3] JB/T 7671－1995，電除塵器氣流分布模擬試驗(yàn)方法[S].
[4] JB/T 7671－2007，電除塵器氣流分布模擬試驗(yàn)方法[S].
[5] HEIN A G.粉塵二次飛揚(yáng)、氣流分布與電除塵器性能[J].電力情報(bào)，1991（1）：91-99.
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