CN110711755B

CN110711755B - 一种模块化工业排气净化系统及支管数量设置方法

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Publication number: CN110711755B
Application number: CN201910881388.3A
Authority: CN
Inventors: 丁涛; 赵佳峰; 徐兆军; 朱南峰; 陈秀兰; 孙香
Original assignee: Nanjing Forestry University
Current assignee: Nanjing Forestry University
Priority date: 2019-09-18
Filing date: 2019-09-18
Publication date: 2021-09-03
Anticipated expiration: 2039-09-18
Also published as: CN110711755A; WO2021051822A1

Abstract

本发明涉及一种模块化工业排气净化系统，包括若干支管，所述支管通向废气排放源设备，所述废气排放源设备具有若干个；与支管连接的净化单元和风机，所述净化单元用于净化所述支管输送入净化单元的废气，所述风机用于为气体流动提供动力；排料仓，用于收集所述净化单元沉淀的废料。本发明采用模块化设计，每个模块包括吸气罩、吸气管路、风机和气体净化单元。各模块可以独立工作，处理工作场所部分排放源气体，也可以组合在一起，形成一套组合系统。

Description

一种模块化工业排气净化系统及支管数量设置方法

技术领域

本发明涉及一种净化系统，尤其涉及一种模块化工业排气净化系统及支管数量设置方法。

背景技术

多数工业生产过程都会伴随各种形式的废气排放，排放物主要包括粉尘和有害气体两类，如果不进行有效处理，就会对人员健康、工艺设备、生产安全和产品质量等产生不利影响。

在生产线配备工业排气净化系统是对生产排气进行处理的主流方法，该系统是一种车间局部排风系统（图1和图2），在各排放源设备设置排气支管对排气进行吸集，各支管的含污气流通过气流支管（图中第一支管1、第一支管2和第三支管3）汇总至总管4，最终通入排气净化装置，由净化装置5将排气中的有害物质与空气分离，净化后的空气重新排回大气，而有害物得到有效收集和集中处理。为满足系统运行的动力需求，系统中需配置风机6，提供有害气体吸集、管道气体流动和通过净化装置所需的能量。风机的功率是根据车间的排放负荷计算而来，车间的废气排放量越大，风机所需功率就越高。

要保障传统排气净化系统的正常运行，在系统设计时需考虑2个关键因素：一是各气流支管的风量应大于等于将污染源排气有效吸集所需的基本风量值，该风量值主要取决于污染源的排气特征，如设备的工作负荷和排放物的理化特性等；二是支管的设计气流参数需保证各并联支管的压力损失（阻力）相等，即所谓并联管路的“压力平衡”，否则各支管在实际工作过程中会自动调节管道内的气流速度，直至各并联支管的压力损失达到相等为止，此时管道内的实际气流参数会与设计值出现显著偏差。在实际工程案例中，往往出现一个支管在基本风量下的风压远远大于另一个支管在其基本风量下的风压的情况，在 “压力平衡”计算中，就需提高风压小的支管的压损，以和风压高的支管相平衡，此时，该支管的选用风量会显著高于满足有效吸集的基本风量，导致系统实际风量增加，能耗增多。

在实际运行中，传统排气净化系统也面临2个问题。一是车间内的生产设备可能出现只有部分处于运转状态的情况，这时工作所需风量小于系统额定风量，造成系统能耗大于实际需要。针对这一问题，目前多采用变频技术，使风机的风量可以根据车间的实际需求而进行调节，但是这一方法存在一些缺陷。首先，对于既定的风机，虽然理论上风量可以不断调整，但实际上当风量偏离额定风量过多后就会造成风机效率的显著下降，使风机的有效能量输出降低。其次，风机风量降低后，系统只是总风量与车间需求风量实现了匹配，但是在某些管道局部却可能出现实际风量小于最小额定风量的情况，使气流中部分颗粒物沉降在管道底部，长期积累后堵塞管路，或引发安全隐患。传统排气净化系统的第二个问题是这些系统往往配置单个净化装置和风机，一旦净化装置和风机出现故障，整个系统就只能停止运转，系统的容错性较低。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种模块化工业排气净化系统，该系统通过设置模块化的净化装置单元和分布式动力系统，在设计过程中大大简化并联管路的“平衡计算”，主要考虑各吸气支管所需的基本风量，节约系统所需的总风量，具有节能优势。

本发明所采取的技术方案为：一种模块化工业排气净化系统，包括

若干支管，所述支管通向废气排放源设备，所述废气排放源设备具有若干个；

与支管连接的净化单元和风机，所述净化单元用于净化所述支管输送入净化单元的废气，所述风机用于为气体流动提供动力；

排料仓，用于收集所述净化单元沉淀的废料；

每个废气排放源设备连接支管数量设置方法为：

计算若干废气排放源设备排气所需的总风量，根据所述总风量与所述净化单元的个数得到平均分配到每个净化单元的风量记为“基准风量”，根据每个废气排放源设备的基本排风量与“基准风量”得到每个废气排放源设备所需的支管数量。

进一步的，所述支管包括分支管和总支管，所述分支管通过所述总支管连接所述净化单元，每个所述总支管对应一个净化单元和风机。

进一步的，每个废气排放源设备对应连接支管数量的设置方法具体为：

1) 若废气排放源设备有效吸集所需基本风量与“基准风量”差值小于a%，则为该废气排放源设备单独设置一个支管；

2) 若废气排放源设备有效吸集所需基本风量比“基准风量”高，且差值大于b%，则采用n个支管共同处理该废气排放源设备，n计算方案如公式1：

(1)

式中：n-该废气排放源设备所连接支管数量；

Q_base-基准风量；

Q_i-该废气排放源设备所需基本风量；

3) 若废气排放源设备有效吸集所需基本风量比“基准风量”高，且差值在a%和b%之间，则采用1根支管处理部分风量，其余风量与其它废气排放源设备的支管合并后连接净化单元；

4)若废气排放源设备有效吸集所需基本风量小于“基准风量”，且差值大于a%，则设置1根支管且该支管与其它废气排放源设备的支管合并后连接净化单元。

进一步的，所述a%为“基准风量”的20%，b%为“基准风量”的80%。

进一步的，所述净化单元的风机功率不超过10kW。

进一步的，所述a%为“基准风量”的10%，b%为“基准风量”的90%。

本发明还提供了一种废气排放源设备连接支管数量设置方法为：计算若干废气排放源设备排气所需的总风量，根据所述总风量与所述净化单元的个数得到平均分配到每个净化单元的风量记为“基准风量”，根据每个废气排放源设备的基本排风量与“基准风量”得到每个废气排放源设备所需的支管数量。

本发明所产生的有益效果包括：该方案采用模块化设计，每个模块包括吸气罩、吸气管路、风机和气体净化单元。各模块可以独立工作，处理工作场所部分排放源气体，也可以组合在一起，形成一套组合系统。各支管的设计打破传统以各排污单元为单位进行设置的方法，提出按照设定“基准风量”进行设计和布局的方法，使各净化单元和动力模块做到相互规格统一，极大简化系统的设计，减少制造、安装与运行成本。在运行过程中，系统可根据生产实际工况关闭或开启相应动力和净化单元，而无需采用变频器，工况的调整对系统其它部分的工作也不产生影响，具有简洁、灵活的优势。当系统中某一净化或动力单元出现故障时，只需对该单元进行诊断和维修，其余部分可保持正常工作，系统韧性强、容错性好。

附图说明

图1 传统工业排气净化系统示意图；

图2 传统排气系统布局图；

图3 本发明提出工业排气净化系统示意图；

图4 净化单元放置在系统一侧的布局示意图；

图5 净化单元放置在车间顶部的布局示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的解释说明，但应当理解为本发明的保护范围并不受具体实施例的限制。

“基准风量”根据以下原理进行设定：首先确定各废气排放源设备所需的基本排气风量要求，相加后得到系统总风量要求；再根据总风量和车间工艺特点等因素确定所需净化单元5数量，确定该数量的一个总的原则是每个净化单元5处理的风量限制在一个较小的水平内，使其配备的风量功率也较低，原则上不超过10kW，这样可以保证在每个净化单元5内系统的运行参数不会出现较大波动，基本保持在一个稳定状态。支管包括总支管8和分支管，总支管8连通净化单元5，分支管与其余分支管合并为总支管8后连通净化单元5。如图3中I方案设定了8个净化单元5；将总风量除以净化单元5的数量即得到总支管8的“基准风量”，并按此风量设置排气总支管8（在方案I中为8个总支管8）。方案II、III、IV、V、VI中分别设置了不同排列方式不同数量的废气排放设备。

总支管8的空间布局按以下原则进行：

1) 若某废气排放源有效吸集所需基本风量与“基准风量”差值的绝对值小于“基准风量”的20%，则为该排放源单独设置一个排气总支管8。针对不同系统的要求，该差值阈值可以调整，如对精度要求较高的系统可将此差值设为10%。

2) 若某排放源有效吸集所需基本风量比“基准风量”高80%以上，则采用n个总支管8共同处理该排放源，针对不同系统的要求，该差值阈值可以调整，如对精度要求较高的系统可将此差值设为90%。n计算方案如公式1：

(1)

式中：n-总支管8数量；这个公式里的a=20，在精度要求较高的系统里就可调整为10。

Q_base-基准风量；

Q_i-排放源i所需基本风量。

3) 若某排放源有效吸集所需基本风量为“基准风量”的120%~180%，则采用1根排放总支管8处理其中80%~120%基准风量部分，其余风量与相邻废气排放源所需基本风量合并考虑，并按公式1所示原则确定相邻排放源所需排气总支管数量。

4)若某废气排放源有效吸集所需基本风量小于“基准风量的”80%，则与相邻废气排放源合并考虑，将该废气排放源的支管作为分支管8-1与相邻废气排放源的某一分支管8-2合并为总支管8连接净化单元5（图4、图5），并按公式1所示原则确定相邻排放源所需排气总支管数量。

2 系统的每个总支管8对应一个净化单元5和风机6，管道与净化单元5直联，省去传统系统的主管道，各净化单元5通过闭锁器共用同一个排料仓7，风机6设置在净化单元5出口处，由于各总支管8的吸气量基本相同，因而对应的净化单元5与风机6的规格或型号也基本相同，大大减少了系统中部件的类型。分布式动力系统的应用使该系统的控制方式与传统系统存在很大不同：每个总支管8只需根据工况选择风机6和净化单元5的开启或关闭，以“0”和“1”的简单逻缉替代变频调节，具有简单、可靠的优势。模块化设计的另一个优势是每个总支管8的工作状态对系统其它管路没有影响，可以各自独立调节，在处理单元出现问题时也可以独立维护。

净化单元5的形态、结构和布局可根据工作原理和车间工艺进行灵活调整。如图3中即给出Ⅰ~VI计6个结构和布局方案。如图3，图中给出不同形状是要说明净化单元5可以采用不同的形态和组合方式，根据应用的需要而灵活调整。这显著增加了该方案对不同净化原理和工艺条件的适应性，可适用于多种类型排气净化的技术需求。

示例：

车间中有3台废气排放源设备a、b、c，在生产过程中产生粉尘排放，粉尘类型相同，3台设备在车间的排列如图4所示，对排气的基本风量要求如表1所示：

表1 设备的基本排风量要求

废气排放源设备编号	基本排风量 m<sup>3</sup>/h
		a	3000
b	5000
		c	10000

在传统设计方案中，分别在废气排放源设备a、废气排放源设备b和废气排放源设备c处设置第一支管1、第二支管2和第三支管3（图1和图2），然后汇集至总管4后连接净化单元5，经平衡计算后系统所需总风量为20130m³/h，总风压为3948Pa，选取风机6功率为37kW。

如按本发明方案设计思路，首先将3台废气排放源设备的基本风量相加，得到总风量18000m³/h，取总支管8数量n=4，则每个总支管8的基准风量为4500 m³/h。设备a的基本风量要求为3000 m³/h，小于基准风量的80%，因而与相邻的设备b合并考虑。设备b基本风量要求为5000 m³/h，与设备a的基本风量相加后为8000 m³/h，可采用2根总支管8进行处理，每个总支管8处理风量为4000 m³/h，与基准风量相差小于20%。其中一根总支管与设备b相连，处理风量为4000 m³/h，设备b所需剩余1000 m³/h与设备a所需风量3000 m³/h分别通过第二分支管8-2和第一分支管8-1合并为一根总支管8进行处理，由于两台设备需要进行风量合并，所以该总支管8为一Y型管路，进行平衡计算后实际风量为4050 m³/h。设备c所需基本风量比基准风量高80%以上，因而采用2根总支管8进行处理，每根总支管8各处理5000 m³/h，与基准风量的差值小于20%。按此方法设计，每根总支管8配备的净化单元5的标准处理风量都为4500 m³/h，标准总风量18000m³/h，实际风量18050m³/h，比传统方案低10%；各单元配备的风机6功率都为7.5kW，系统总装机容量为30kW，比传统方案低18%。这个系统根据各设备基本风量相加得到的总风量是18000 m³/h，这是标准总风量的来源。在实际计算中，由于有一个总支管8 连接两个分支管，分别为第一分支管8-1和第二分支管8-2，进行了平衡计算，使其实际风量达到4050 m³/h，超过设定风量4000 m³/h，因而最终实际总风量达到18050 m³/h。

在系统空间布局上，可根据车间工艺实际需要而灵活调整，净化单元5可以放置在系统一侧（图4），也可以布置在车间的顶部（图5）。

上述仅为本发明的优选实施例，本发明并不仅限于实施例的内容。对于本领域中的技术人员来说，在本发明的技术方案范围内可以有各种变化和更改，所作的任何变化和更改，均在本发明保护范围之内。

Claims

1.一种模块化工业排气净化系统，其特征在于：包括

若干支管，所述支管通向废气排放源设备，所述废气排放源设备具有若干个；与支管连接的净化单元和风机，所述净化单元用于净化所述支管输送入净化单元的废气，所述风机用于为气体流动提供动力；所述支管包括分支管和总支管，所述分支管通过所述总支管连接所述净化单元，每个所述总支管对应一个净化单元和风机；

排料仓，用于收集所述净化单元沉淀的废料；

每个废气排放源设备连接支管数量设置方法为：

根据每个废气排放源设备排气净化所需的基本排风量计算若干废气排放源设备排气所需的总风量，根据所述总风量与所述净化单元的个数得到平均分配到每个净化单元的风量记为“基准风量”，根据每个废气排放源设备的基本排风量与“基准风量”的关系得到每个废气排放源设备所需的支管数量；

每个废气排放源设备对应连接支管数量的设置方法具体为：

1)若废气排放源设备有效吸集所需基本风量与“基准风量”差值小于a％，则为该废气排放源设备单独设置一个总支管；

2)若废气排放源设备有效吸集所需基本风量比“基准风量”高，且差值大于b％，则采用n个总支管共同处理该废气排放源设备，n计算方案如公式1：

式中：n-该废气排放源设备所连接总支管数量；

Q_base-基准风量；

Q_i-该废气排放源设备所需基本风量；

3)若废气排放源设备有效吸集所需基本风量比“基准风量”高，且差值在a％和b％之间，则采用1根总支管处理部分风量，其余风量与其余废气排放源设备的分支管合并为总支管后连接净化单元；

4)若废气排放源设备有效吸集所需基本风量小于“基准风量”，且差值大于a％，则设置1根分支管且该分支管与其余废气排放源设备的分支管合并为总支管后连接净化单元。

2.根据权利要求1所述的模块化工业排气净化系统，其特征在于：所述a％为“基准风量”的20％，b％为“基准风量”的80％。

3.根据权利要求1所述的模块化工业排气净化系统，其特征在于：所述净化单元的风机功率不超过10kW。

4.根据权利要求1所述的模块化工业排气净化系统，其特征在于：所述a％为“基准风量”的10％，b％为“基准风量”的90％。

5.一种废气排放源设备连接支管数量设置方法，其特征在于：所述方法采用权利要求1～4任一项所述的模块化工业排气净化系统；

所述方法包括以下步骤：计算若干废气排放源设备排气所需的总风量，根据所述总风量与所述净化单元的个数得到平均分配到每个净化单元的风量记为“基准风量”，根据每个废气排放源设备的基本排风量与“基准风量”的关系得到每个废气排放源设备所需的支管数量。