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数学建模挑战赛真题-垃圾燃烧厂布袋式除尘系统运行稳定性分析今日，以燃烧方法处理生活垃圾已是我国社会维持可持续进展的必由之 路。然而，随着社会对垃圾燃烧技术了解的逐步深入，民众对垃圾燃烧排放污染问题的担忧与日俱增，甚至是最版的污染排放国标都难以满足民众对二恶英等剧毒物质排放的把握要求例如国标允许燃烧炉每年有 60 小 时的故障排放时间，而对于燃烧厂四周的居民来说这是难以承受的。事实上，很多垃圾燃烧厂都存在虽然排放达标，但却仍旧扰民的现象。国标把握排放量与民众 环保诉求之间的落差，已成为阻碍建垃圾燃烧厂选址落地的重要因素。而阻碍国标进一步提升的主要问题还是现行垃圾燃烧除尘工艺存在缺乏持续稳定性等重大缺陷。另外，在各地不得不建设大型燃烧厂集中处理垃圾的状况下，承受现行除尘工艺的大型燃烧厂即便其排放浓度不超标，却仍旧存在排放总量限额超标的问题，也会给当地的环境带来重大的恶化影响。总之，现行垃圾燃烧除尘工艺不能持续稳定运行的缺陷，是致使社会公众对垃圾燃烧产生危害疑虑的主要缘由。因此，量化分析布袋除尘器运行稳定性问题，不仅能深入提醒现行垃圾燃烧烟气处理技术缺陷以期促进除尘技术进 步，同时也能对优化燃烧工况把握及运行维护规程有所帮助。附件 1 是某垃圾燃烧发电厂布袋式烟气处理系统的局部实际运行数据，从中可以看出，布袋除尘工艺环节对整个袋式烟气处理系统的运行稳定性有打算性影响。请收集资料， 综合争辩现行垃圾燃烧发电厂袋式除尘系统影响烟尘排放量的各项因素，构建数学模型分析袋式除尘系统运行稳定性问题，并分析其运行稳定性对周边环境烟尘排放 总量的影响。基于你的模型请答复下述问题：1、假设给定燃烧厂周边范围单位面积排放总量限额地区总量/地区面 积，在考虑除尘系统稳定性因素的前提下，试分析争辩燃烧厂扩建规模的环境允许上限是多少？并基于你的分析结果，向政府提出环境保护综合监测建议方案；2、假设承受一种能够完全稳定运行、且除尘效果超过布袋除尘工艺的型超净除尘替代工艺，你的除尘模型稳定性能提升多少？参考答案附件 1、某某垃圾燃烧发电厂布袋除尘器牢靠性状况介绍袋式除尘器也称为过滤式除尘器，是一种干式高效除尘器，它是利用多孔纤维材料制成 的滤袋简称布袋将含尘气流中的粉尘捕集下来的一种干式高效除尘装置，是目前国内外 现行垃圾燃烧发电厂承受的主要烟气处理技术。布袋除尘器具有除尘效率高、燃料适用性强、设备一次投资少和可在线修理等优点，其除尘效率可达%。然而，布袋除尘器在实际使用过 程中，时而消灭烧袋、糊袋、气室出口提升阀突然关闭、气室压力波动大和电气误动等现象， 这些现象有的会缩短布袋使用寿命，造成除尘效率的急剧下降，有的会对除尘器及锅炉的安 全构成严峻威逼。虽然牢靠性是布袋除尘器设计的留意要点，但由于其核心部件除尘布袋存在寿命周期、且该周期长短又与燃烧工况及运维条件亲热相关，因此布袋除尘器在运行中无法实现长期恒 定的除尘效果。1、布袋除尘器工作流程袋式除尘器由于其具有除尘效率高，尤其对微米及亚微米级粉尘颗粒具有较高的捕集效 率，且不受粉尘比电阻的影响；运行稳定，对气体流量及含尘浓度适应性强；处理流量大， 性能牢靠等优点，用于捕集非粘结性、非纤维性的工业粉尘。其作用原理是尘粒在绕过滤布 纤维时因惯性力作用与纤维碰撞而被拦截，微小的尘粒粒径为 1m 或更小则受气体分子冲击(布朗运动)不断转变着运动方向，由于纤维间的空隙小于气体分子布朗运动的自由路 径，尘粒便与纤维碰撞接触而被分别出来。它的优点是除尘效率高且稳定，对于 2m 以上的粉尘，其效率可达以上，且造价较低，治理简洁、修理便利。布袋除尘器工作原理见图 1。图 1 布袋除尘器工作原理图随着过滤过程的不断进展，滤袋外侧所积附的粉尘不断增加，从而导致布袋除尘器本体 的阻力渐渐上升。当阻力到达设定值或过滤时间到达设定值时，清灰把握器发出清灰信号，首先令一个袋室的提升阀关闭以切断该室的过滤气流，然后依次翻开各电磁脉冲阀，逐行喷吹，压缩空气由气源顺次经气包、脉冲阀、喷吹管上的喷嘴以极短的时间向滤袋喷射。压缩空气在袋内高速膨胀，使滤袋产生高频振动变形，使滤袋外侧所附尘饼变形脱落。在充分考虑了粉尘的沉降时间后，提升阀翻开，此袋室滤袋恢复到过滤状态，而下一袋室则进入清灰状态，直到最终一袋室清灰完毕为 1 个周期;某某垃圾发电厂以下也简称某某厂除尘器根本运行状况表 1：某某厂除尘器根本运行状况炉号1#炉2#炉备注参数名称布袋规格165*6000168*6000布袋数量10561056进口烟温220220200至 225之间波动，极限在 230以下出口烟温195195180 至 200 区间波动，近期低值 160可能和环境因素有关布袋差压KPa13501650出口负压2900Pa3000Pa布袋气源压力 KPa320KPa310KPa表 2：某某厂 2022 年底至 2022 年初布袋厂家及相关参数厂家广州华滤厦门三维丝备注参数名称纤维100%PTFE(聚四氟乙烯)100%PTFE(聚四氟乙烯)基布PTFE 基布100% PTFE 基布100%化学处理方式PTFE 覆膜PTFE 覆膜连续运行温度250240瞬时耐受温度270260化学抗酸性优优化学抗碱性优优化学抗水解性优完全不水解化学抗氧化性优完全不氧化化学抗磨损性优优喷吹压力强制吹灰压力更换数量及炉号更换时间备注表 3：2022 年底至 2022 年初某某厂布袋更换统计：1#炉2#炉2022 年 11 月 27 日2101#炉 6U 积灰，烧坏布袋 21 条2022 年 1 月 23 日022022 年 1 月 27 日302022 年 2 月 12 日052022 年 2 月 27 日22151#炉 6D、6U 积灰，烧坏 19 条2022 年 3 月 25 日732022 年 3 月 27 日402022 年 4 月 19 日433122 日烟气检测前检查，更换 1#炉 1U 玻纤布袋2022 年 4 月 28 日128烟气检测不合格后更换2022 年 4 月 29 日012022 年 5 月 2 日042022 年 5 月 28 日302022 年 6 月 1 日082022 年 7 月 17 日0222022 年 7 月 3 日0192022 年 8 月 27 日442022 年 10 月 9 日10452022 年 10 月 2 日10212022 年 11 月 11 日182022 年 11 月 18 日372022 年 11 月 19 日262022 年 1 月 18 日410合计138239两炉合计：377表 4：布袋更换前后烟尘含量的比照更换数量及炉号更换前后含尘量比照 mg/m更换时间1#炉2#炉更换前 3 天更换后 3 天1#炉1#炉2022 年 11 月 27日2102#炉2#炉1#炉1#炉2022 年 1 月 23日022#炉2#炉1#炉1#炉2022 年 1 月 27日302#炉2#炉1#炉1#炉2022 年 2 月 1244218日052#炉2#炉22151#炉1#炉112022 年 2 月 272#炉2#炉日2022 年 3 月 251#炉1#炉日732#炉2#炉2022 年 3 月 271#炉1#炉日402#炉2#炉2022 年 4 月 191#炉1#炉日43312#炉2#炉2022 年 4 月 281#炉1#炉日1282#炉2#炉2022 年 4 月 291#炉1#炉日012#炉2#炉1#炉1#炉2022 年 5 月 2 日042#炉2#炉2022 年 5 月 281#炉1#炉日302#炉2#炉1#炉1#炉122022 年 6 月 1 日082#炉2#炉2022 年 7 月 171#炉1#炉日0222#炉132#炉1#炉1#炉2022 年 7 月 3 日0192#炉2#炉112022 年 8 月 271#炉1#炉日442#炉2#炉108111#炉1#炉2022 年 10 月 9日10452#炉2#炉2022 年 10 月 21#炉81#炉7日10212#炉2#炉2022 年 11 月 111#炉1#炉日182#炉2#炉2022 年 11 月 181#炉1#炉日372#炉2#炉2022 年 11 月 191#炉1#炉日262#炉2#2022 年 1 月 181#炉1#炉日4102#炉2#炉备注 1:1、2#炉合并局部为大烟囱测量数据2：空格为没有测量数据3：连续处理布袋的记录开头处理前和处理完毕后的实际，处理时间段留空4:数据显示布袋更换前后含尘量有明显的变化除尘效率渐渐下降的缘由及对策某某厂除尘器运行参数见表 1。统计数据显示，某某厂在1 年左右的周期内共使用 2 家公司的布袋，布袋参数见表2，所选布袋完全满足某某厂除尘器工况要求。周期内共更换总数为 377 条;具体的更换数量见表 3。其中 2#炉的更换数量是 1#炉的 2 倍左右。布袋是保证除尘器在使用周期内除尘效率达标、工作牢靠性的重要指标之一。布袋除尘器在运行初期一般都能保持较高的除尘效率，但随着使用时间的增长，很多除尘器的除尘效率会逐步下降，在布袋使用寿命的中后期，布袋破损已比较严峻，除尘效率已不能满足环保要求。且不同布袋厂家的布袋的使用效果根本一样。造成布袋磨损的主要缘由如下：（1） 烟气分布不均，在气室局部过滤风速过高，致使粉尘加剧冲击、磨损布袋。从运行阅历状况看:某某厂两台除尘器均在 2022 年 3 月和 7 月分别对 2#和 1#进展了升级改造,由于两炉除尘器是两家公司进展改造施工，从设计和布风装置的计算存在差异;导致2#炉布袋损坏率高于 1#炉，运行中 1#炉差压在 1300Pa 左右，2#炉差压在 1650Pa 左右，具体的分布差异缘由目前尚未完全弄清楚，但差压大意味着布袋运行中承受的阻力更大，是导致布袋的损坏加剧的缘由之一。（2） 布袋间的距离过小造成布袋间碰撞磨损或是笼骨弯曲、笼骨与布袋底部间隙过小等造成的布袋与笼骨间的碰撞磨损；某某厂原除尘器布袋直径为120mm，改造后在原腔室截面积不变状况下，将布袋直径改为 165mm,增大了有效过滤面积。但缩小了布袋之间的距离， 也是布袋损坏率高的缘由（3） 喷吹管喷嘴与布袋口的中心偏差，使喷吹管喷出气流直接冲刷布袋上段而产生磨损；（4） 布袋清洗太频繁或喷吹压力过高亦会加速布袋的磨损。（5） 在运营中，由于输灰系统故障的缘由，导致除尘器飞灰清理不准时,局部腔室飞 灰在布袋底部积存，高温飞灰导致布袋损毁。（6） 不明缘由导致的布袋底部损坏，在后期的更换中消灭大量的布袋底部损坏，针对该现象屡次和厂家沟通，并在后续的布袋选购中特别要求对底部制作工艺的改进，加强布袋 底部的强度。因此,在设计时给出有效的解决措施，是提高除尘器设计质量、到达环保要求和保证安全、牢靠运行的必由之路。设计中必需实行针对性措施以减小布袋破损率，延长布袋的使用 寿命，保证除尘器在使用周期内运行的牢靠性。减小布袋磨损的措施主要有几点。由于某 某厂的除尘器从投产就没有完整设计资料，运行过程中经过屡次及多家单位整修改造，致使 除尘器相关数据、设计、计算是否合理，还需在运行中验证。（1） 在设计时合理布置布袋，均衡气流，避开局部气流速度过高。在工程设计中，可承受导流装置均流气体或分流装置分流气体等措施来解决局部气流速度过高致使布袋磨损 的问题，承受挡灰板来解决烟尘直接与布袋碰撞造成的磨损问题。（2） 在安装过程中，需把握好喷吹管的喷嘴与布袋口的对正关系；在运行初期，需保持较低的喷吹压力和较长的喷吹周期，保证在布袋的外表保持肯定厚度的粉尘初始层。（3） 完成对输灰系统的改造，保证布袋不会由于积灰的缘由导致损毁。烟气超温存超压时除尘器牢靠性分析布袋除尘器滤料的材质对温度有肯定的要求，当超过使用温度范围时，布袋有被烧毁的危急，这对除尘器的牢靠运行造成了严峻威逼。防止烟气超温造成烧袋的措施如下：（1） 进入的烟气温度严格把握在 130220之间，温度低于 130简洁造成烟气结露， 粉尘吸附在布袋上，不易脱落，造成糊袋，严峻影响除尘效果；超过220简洁造成布袋损 伤，大大削减布袋的使用寿命。综合整个生产工艺来看，一般烟气进口温度把握在 160185之间，有利于布袋除尘器长期稳定运行。（2） 承受喷水降温，该方法不仅可以有效保证布袋的运行工况，而且通过降温更有效的保证了活性炭对二噁英的吸附效果，提高了烟气的处理质量。某某厂通过降温喷淋装置在2022 年的几次二噁英检测的过程中的使用，有效保证了烟气处理的达标排放。烟道和本体漏风对布袋性能的影响分析烟道和本体漏风漏水是影响某某厂除尘器效果的重要因素，主要的影响包括 1：漏风导致飞灰结板、结块。堵塞布袋影响过滤效果，或者结块于腔室、管壁影响飞灰的输送效果2：导致烟气结露，冷凝析出酸性液体，导致除尘器构造件严峻的腐蚀。3：雨天吸入雨水，进一步加重结块、酸液等带来的破坏性后果4：在烟气排放检测中，由于漏风导致的排放气体中氧含量高导致烟气污染物折算值变高，影响烟气的达标排放。气动阀组、把握系统对除尘器的影响目前某某厂除尘器系统的气动装置、把握系统根本可以满足除尘器运行的需要，局部装置在改造时存在一些缺陷，会增加局部维护的工作量，但不会从整体上影响除尘器的整体运行。因此，如何保证布袋除尘器稳定高效运行,把握烟气中烟尘和二恶英等剧毒物质的排放，合理的设计和日常运营治理是布袋器稳定运行的保证。附件 2、型超净除尘工艺主要技术特点介绍1、高稳定性，承受固体滤料，完全抑制老工艺布袋除尘器的缺点。2、具有更高的排放标准，二恶英纳克，含尘量毫克，硫化氢毫克；目前欧洲的相关标准分别是：纳克，10 毫克，35 毫克。3、低本钱，技术比布袋除尘工艺运行本钱降低 50%。技术对老工艺的替代在原有工厂不作设计修改即可实现，投入的技改本钱在短期内即可收回。