通风除尘动态管网计算分析

通风除尘动态管网计算分析

王得福

中冶焦耐（大连）工程技术有限公司，大连 116085

摘要：通风除尘动态管网计算分析是一种用于工业通风系统设计和优化的方法。该方法通过对通风系统中的管道网进行动态计算和分析，可以评估系统的风量分布、压力损失和能耗，从而达到提高系统效率和降低能耗的目的。在该方法中，通过使用流体力学原理和计算流体力学方法，对管道网进行模拟和优化，得出最佳的管道尺寸、布置和风机选择。通过该分析，可以有效地预测和解决通风系统中的问题，例如管道堵塞、风量不均匀等，实现通风系统的稳定、高效运行。该方法具有实用性和可操作性，可应用于焦化及各类工业领域的通风除尘系统设计和改造，提高生产的安全性和环保性。

关键词：除尘；通风系统；管网计算

1 引言

随着我国经济的蓬勃发展，钢铁行业也迅速扩大生产规模，对焦炭的需求量也呈现出快速增长的趋势。作为冶金行业中的大型设计院，我们公司以焦化耐火材料设计而享有盛誉，并在过去的几十年里承担了许多大型焦化工程的设计。这些大型焦化项目的通风除尘设计中，也涉及到了大规模的通风除尘动态管网。

通风除尘动态管网是指在通风除尘系统运行期间，管网中的风量和风速处于持续或经常变化的状态。相对于静态管网而言，通风除尘动态管网的水力计算更为复杂。为了确保我们设计的通风除尘系统能够实现更好、更理想的除尘效果，我们认为有必要对大型通风除尘动态管网进行计算分析。

针对这种复杂的通风除尘动态管网，我们秉持着不断创新的理念，借助先进的计算方法和工程技术，对其进行全面的计算分析。通过精确评估管网中的风量分布、压力损失和能耗等因素，我们能够优化管道尺寸和布置方案，以及选择合适的风机类型和参数配置，从而达到提高除尘效率、降低能耗的目标。

我们坚信，通过对大型通风除尘动态管网进行计算分析，可以为钢铁行业提供更好的环保解决方案，保障企业生产的安全和高效运行。同时，我们将继续致力于通风除尘技术的研究和创新，为我国钢铁行业的可持续发展作出更大贡献。

2 计算分析过程

在对通风除尘动态管网作计算分析之前，首先引进一个概念“管道的阻力特性系数”，以便下一步作更清楚的计算分析。

空气在通风除尘管道内的流动阻力可用下式表示：

△P =

式中：

△P—管道阻力(Pa)

λ—管道摩擦阻力系数

l—管道长度(m)

d—管道的管径(m)

—管道局部阻力系数

v—管道中风速(m/s)

ρ—管道内的输送介质密度(kg/m3)

现将其重新整理如下：

△P=＝

＝＝

＝

令＝K

则△P＝KL2

式中：

A—管道的面积(m2)

K—管道的阻力特性系数(Pa·s2/m6)

L—管道内风量(m3/s)

管道的阻力特性系数能够真实的反映出通风除尘系统管道的阻力特性。从管道的阻力特性系数K的表达式中不难看出，当一个管网已经确定时，其中管道长度—l、管道直径—d、管道摩擦阻力系数—λ、管道内的输送介质密度—ρ均为定值。而在通风除尘动态管网中管道局部阻力系数在变化，如果其变化较大就可能对通风除尘系统产生较大的影响。

通风除尘系统的实际运行风量是根据管网的结构特性和风机的运行特性按一定规律进行分配的。为了确保系统的实际运行风量能够满足设计要求和生产需要，必须对系统的动态特性进行分析，并对各抽风点的风量进行平衡和调整。传统的风量平衡方法是通过阻力平衡法来实现的，该方法以设计风量为基础，计算整个通风系统的环路阻力，以实现支管和干管的阻力平衡。实际上不论设计者的计算结果如何，在实际运行过程中各节点的阻力会自动保持平衡，不存在所谓“阻力不平衡”的问题。但是，管网中的流量也会相应改变，重新进行分配，可能达不到设计的预期目的[1]。不仅如此，在吸尘点不同时工作的通风除尘系统中，随着不同位置的电动阀门的开启与关闭，其局部阻力系数也在相应的变化，因此整个通风除尘系统的阻力特性就处于动态的变化之中，特别是电动阀门开启的个数不确定或与设计不符时，整个通风除尘系统的阻力特性不仅随之变化，可能会很大。在通风除尘动态管网中，通风除尘系统的实际运行风量和设计风量往往会有较大差别。为优化通风除尘系统的设计和实际运行，笔者特对通风除尘动态管网作以下分析。

通过对通风除尘动态管网的水力计算分析，我们能够准确评估系统中的风量分布和阻力特性。应用计算流体力学（CFD）等先进方法，可以更精确地预测和优化通风系统的性能。通过调整管道尺寸、布局和风机参数，以及动态调整电动阀门的状态，我们可以实现通风除尘系统的优化和风量分配的平衡。如上图所示，假设此除尘系统共有n个吸尘点，其中共有m个吸尘点同时工作，且n＞m，不工作的吸尘点个数为n-m个，每个吸尘点不工作时的漏风率均为η，1、2、3、i、i+1、n-1、n各吸尘点的抽风量分别为：L1、L2、L3、Li、Li+1、Ln-1、Ln。现笔者根据通风除尘动态管网的定义，先对此系统中第0i段管道中最小风量Limin、最大风量Limax及风速vi

进行计算分析。

1）对此除尘系统中第0i段管道中的最小风量Limin进行分析计算。

当i≤n-m时，显然，当从第1至第i个吸尘点均不工作时，第0i段管道中的风量最小，其值为Limin＝η

当i＞n-m时，当从第1至第i个吸尘点中最多有n-m个吸尘点不工作，最少有i-n+m个吸尘点工作时，第0i段管道中的风量最小，其值为Limin＝η+

2）对此除尘系统中第0i段管道中的最大风量Limax进行分析计算。

当i≤m时，显然，当从第1至第i个吸尘点均工作时，第0i段管道中的风量最大，其值为Limax＝

当i＞m时， 当从第1至第i个吸尘点中最多有m个吸尘点工作，最少有i-m个吸尘点不工作时，第0i段管道中的风量最大，其值为Limax＝+η

3）对此除尘系统中第0i段管道中的风速vi的动态变化趋势及其对第0i段管道（包括其管件）可能造成的影响进行分析。

由于L＝Av=d2v

式中：

A—管道的面积(m2)

L—管道内风量(m3/s)

d—管道的管径(m)

v—管道中风速(m/s)

所以v ＝L，若设计的除尘管网已定，那么管道的直径d为定值，由此得出v∝L，此式说明：v与L成正比，即是说：v随L增大而增大，减小而减小。当Limin＜＜Limax时，第0i段管道中风速vi就会有很大的变化，这就意味着，第0i段管道中的风速vi在某一条件下会过低，而在另一条件下会过高。这样，要么在第0i段管道中严重积灰，要么对第0i段管道及其管件严重磨损（如果该系统管道需要耐磨，如干熄焦工程中的筛焦除尘管道）。如果管道中严重积灰，会导致管道堵塞，甚至管道产生变形、变位，致使除尘效果不好。如果管道及其管件严重磨损，可能会使管道及其管件在短期内磨漏，致使除尘系统短路，导致除尘失败。

3 结语

焦化通风除尘动态管网计算分析是为了优化焦化工程中的通风除尘系统而进行的研究。该方法通过动态计算和分析通风系统中的管网，评估风量分布、压力损失和能耗等参数，从而实现系统的高效运行和设计优化。焦化通风除尘动态管网的水力计算比静态管网更为复杂，但通过精确计算和分析，可以解决风量不均匀和管道堵塞等问题。通过适当选择管道尺寸、布置方案以及风机参数，可以提高通风系统的效率、减少能源消耗，并优化生产环境和保障员工健康。该方法在焦化工程中具有广泛的应用价值，为提高工业生产的安全性和环境保护做出了重要贡献。未来，随着技术的不断发展，焦化通风除尘动态管网计算分析将继续发挥其重要作用，为钢铁行业的可持续发展提供更加先进和高效的解决方案。

参考文献

[1]汤文华,石建中.某通风除尘系统运行的数值分析[J].工业安全与防尘,2001(05):20-22.

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