文丘里除尘器烟气带水的计算分析

文丘里除尘器烟气带水的计算分析Calculation Analysis of Gas Water-ratio for Venturi
Precipitat or
胡满银　赵　毅　刘　忠
文　摘　通过建立文丘里除尘器运行时的热量平衡和物质平衡方程，
推导出工况下的烟气带水量的计算公式，得出烟气带水量随各参数变化的规律，为文丘里除尘器的设计及安全经济运行提供科学的计算依据。

关键词　文丘里除尘器　烟气带水　计算分析
火电厂中的文丘里除尘器在设计工况下都有较高的除尘效率，而且对其进行改造还可以进行湿法烟气脱硫。

因此，目前文丘里除尘器在
火电厂中仍被广泛使用。

但是，这种除尘器都不同程度地存在烟气带
水现象，造成除尘器出口烟道、吸风机进气烟箱湿灰堆积，引起烟道
阻力急剧增加，甚至限制锅炉出力；吸风机叶片粘灰，引起风机震动、腐蚀，甚至“ 飞车”；影响排烟扩散，厂区周围降落灰水团的现象严重，污染环境。

有些电厂的文丘里除尘器烟气带水严重，已构成对安
全生产的重大威胁。

准确掌握文丘里除尘器烟气带水量是解决烟气带水问题的重要依据。

目前有两种测量烟气带水量的方法，即重量法和冷凝法。

在实际应用中，这两种方法都需要等速采样，仪器笨重，可操作性差，工作量大，易受现场条件限制，测量误差大。

本文从物质平衡和热量平衡原理出发，建立相应的数学模型，推导出烟气带水量的计算公式，通过编程运算，得到实际工况下的烟气带水量。

也可以根据带水量随参数的变化
规律，绘制曲线图，根据实际测取的相关参数计算或直接查图得到该
工况下的烟气带水量，这不仅大大减小了工作量，而且减小了误差。

因此本文可为解决文丘里除尘器烟气带水问题提供科学的依据。

1　文丘里除尘器工况下质量、热量平衡分析
文丘里除尘器工况下的物质平衡如图1所示。

在这个系统中存在如下物质平衡：
Q1＋ΔQ＝Q2 (1)
G1＋G2＝ΔG1＋ΔG2＋G3 (2)
式中 Q1--文丘里除尘器入口烟气量， Nm3／h；
Q2--文丘里除尘器出口烟气量，Nm3／h；
ΔQ--文丘里除尘器漏风量，Nm3／h；
G1--文丘里耗水量，kg／h；
G2--捕滴器耗水量，kg／h；
ΔG1--烟气带水量，kg／h；
ΔG2--蒸发水量，kg／h；
G3--文丘里除尘器的灰水量，kg／h。

此外，图1所示系统中存在如下热量平衡：
图1　文丘里除尘器质量平衡分析图
(3)
式中　T g1--文丘里除尘器入口烟温，℃；
T g2--文丘里除尘器出口烟温，℃；
T g3--漏风温度，℃；
T l1--除尘用水温度，℃；
T l2--烟气带水温度，℃；
T l3--灰水温度，℃；
ΔT--除尘器散热估温，℃；
C--烟气比热，1.36 kJ／(Nm3.℃)；
q l--水的气化潜热，q l＝595×4.1868×103 J／kg；
C l--水的比热，C l＝4.1868×103 J／(kg.K)；
C l′--水蒸气的比热，C l′＝0.47×4.1868×103 J ／(kg.K)。

2　烟气带水量的计算公式
假设文丘里除尘器的漏风率为Δα，则有
Q2＝(1＋Δα)Q1 (4)
ΔQ＝ΔαQ1 (5)
由式(2)可得：
G3＝(G1＋G2)－ΔG1－ΔG2 (6)
把式(4)、(5)、(6)代入式(3)，整理得：
(7)
即
(8)
式中　ΔG--文丘里除尘器单位烟气带水量，
ΔG＝ΔG1／Q1，kg／Nm3；
L w--文丘里单位耗水量，L w＝G1／Q1，kg／Nm3；
L f--捕滴器单位耗水量，L f＝G2／Q1，kg／Nm3；
ΔG2′--文丘里除尘器单位蒸发水量，ΔG2′＝Δ
G2／Q1，kg／Nm3；
ΔG2＝ΔG w＋ΔG f
其中ΔG w--文丘里管蒸发水量，kg／h；
ΔG f--捕滴器蒸发水量，kg／h。

关于ΔG w、ΔG f，西安热工研究所编写的《文丘里湿式除尘器的研究及设计原则》一书中，在没有考虑散热损失和漏风的影响情况下，推荐的计算公式为：
(9)
(10)
式中　ΔT w--烟气在文丘里管中的烟温降，
ΔT w＝64＋89(L w－0.12)，℃；
ΔT f--烟气在捕滴器中的烟温降，当L f＝0.10～0.1 2 kg／Nm3时，ΔT f＝3℃，当L f＝0.13～0.18kg／Nm3时，ΔT f＝4℃；
ΔT l1--文丘里管出口灰水温度与除尘用
水的温度差，℃；
ΔT l2--捕滴器中灰水温度与除尘用水的温度差，℃；
Q h--捕滴器入口烟气量，Nm3／h。

其中ΔT l1、ΔT l2可根据西安热工研究所编写的《文丘里湿式除尘器的研究及设计原则》一书中的L-ΔT图中查得。

如果考虑散热损失和漏风的影响，就必须对其进行修正：
ΔG2＝(ΔG w+ΔG f)(1－1.5Δα)(1－0.01ΔT) (11)
式(8)中
T g2＝T g1－ΔT w－ΔT f (12)
T l2＝T g2－ΔT l (13)
T l3＝T l1＋ΔT l2 (14)
其中　ΔT l--除尘器出口烟气带水温度与烟气温度的差值(估值)，一般取3～5℃。

3　计算结果及分析
采用前面推导出来的烟气带水量的计算公式(8)，给定工况参数，通过编程运算得到的计算结果如图2、图3所示。

其中T g3＝20℃，
ΔT l＝5℃，Δα＝3%，ΔT＝3℃，T l1＝5℃。

3.1　图2是单位烟气带水量ΔG与除尘器出口烟温T g2的变化关系曲线，从图中可以看到：
(1) 随着入口烟气温度的升高，烟气带水量增加。

这是因为如果出口烟温相同，亦即由烟气带出除尘器的热量相同，入口温度高的烟气比温度低的烟气失去更多的热量，而这些失去的热量主要由烟气带水的水滴带出除尘器，所以入口烟气温度高的烟气带水量大。

(2) 在入口烟气温度相同的情况下，随着除尘器出口烟气温度的增
加，烟气带水量减小。

这是因为随着除尘器出口烟气温度的增加，由烟气和水蒸气带出除尘器的热量增加，因而由烟气带水的水滴带出除尘器的热量减小，同时烟气带水的温度亦随出口烟温增加而增加，造成烟气带水量减小。

(3) 当出口烟气温度大于某一温度时，由公式计算出来的烟气带水量可能出现负值，这说明该参数下的烟气带水量在理论上已不存在了。

在实际中，如果出现这种情况，则可能是由于某些参数的测量不够准确造成的。

3.2　图3是单位烟气带水量ΔG随文丘里管的单位水耗量L w的变化关系曲线。

从图3可以看到：
(1) 在相同的L w下，随着入口烟气温度的升高，烟气带水量减小。

这是因为在其他条件相同的情况下，入口烟气温度升高，则灰水温度、出口烟气温度和水蒸气温度也相应增加，由它们带出除尘器的热量随之增加，同时烟气带水的水滴温度也升高，而由其带出除尘器的热量却减少，导致烟气带水量减小。

(2) 随着文丘里管单位水耗量L w的增加，烟气带水量增加。

这是因为当入口烟温一定时，进入除尘器的烟气热量是一定的。

随着L w的增加，烟气温度降低，致使除尘器出口烟气和水蒸气带出的热量大幅度降低。

虽然由于L w的增大，导致捕滴器灰水排放量增大，但也导致灰水温度降低。

综合起来，虽然由灰水带出除尘器的热量增加了，但尚不足以补偿除尘器出口由烟气、水蒸气带出热量的降低，因而由烟气带水的水滴带出除尘器的热量增加，同时随着L w的增加，烟气带水的温度是下降的，最终导致烟气带水量增加。

(3) 在某一入口烟气温度下，当L w小于某数值时，由公式计算的烟气带水量可能出现负值，这说明在该参数下理论上的烟气带水量已不存在了。

而在实际中如果出现这种情况，则可能是由于某些参数的测量不够准确造成的。

图2　单位烟气带水量与除尘器出口烟气
温度的变化关系曲线
图3　单位烟气带水量随文丘里管单位
水耗量的变化关系曲线
4　结语
本文通过建立质量平衡和热量平衡方程，推导出工况下的文丘里除尘器烟气带水量的计算公式，得到烟气带水量的一些变化规律，绘出了不同入口烟气温度下单位烟气带水量与出口烟温的关系曲线以及与文丘里管单位水耗量的关系曲线。

在实际中，可通过测量除尘器的入口和出口烟气温度、除尘用水和灰水温度，根据文丘里管和捕滴器的单位水耗量计算或查图得到工况下的烟气带水量。

本计算公式适用范围：喉管烟速50～60 m／s，入口烟气温度132～153 ℃。

作者单位：华北电力大学 (保定 071003)
参考文献
1　马广大.大气污染控制工程.北京：中国环境科学出版社，1986
2　冯俊凯.锅炉原理及计算.北京：科学出版社，1992
3　王补宣.工程传热传质学.北京：科学出版社，1982
4　西安热工研究所.文丘里管湿式除尘器的研究及设计原则.西安：西安热工研究所，1979
(收稿日期：1999-04-08)。