本發(fā)明涉及一種干式除塵系統(tǒng)非穩(wěn)態(tài)過(guò)濾阻力預(yù)測(cè)方法,屬于顆粒物過(guò)濾阻力預(yù)測(cè)。

背景技術(shù)：

1、隨著工業(yè)生產(chǎn)和城市化進(jìn)程的加速，大氣顆粒物污染問(wèn)題日益突出，對(duì)環(huán)境和人體健康帶來(lái)了嚴(yán)重的威脅。為了有效控制顆粒物排放，干式除塵系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于電力、冶金、化工、建材等行業(yè)中。干式除塵技術(shù)利用過(guò)濾介質(zhì)對(duì)顆粒物進(jìn)行截留和分離，其優(yōu)勢(shì)在于操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便且不需耗費(fèi)大量水資源。然而，隨著干式過(guò)濾除塵進(jìn)程的持續(xù)，顆粒物會(huì)逐漸沉積在過(guò)濾介質(zhì)表面，并形成粉塵層，導(dǎo)致過(guò)濾阻力的持續(xù)增長(zhǎng)。干式除塵系統(tǒng)在常規(guī)工業(yè)控制顆粒物排放中，由于其加載顆粒濃度較大，且加載顆粒濃度處于動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，導(dǎo)致干式除塵系統(tǒng)絕大部分處于非穩(wěn)態(tài)階段，其過(guò)濾阻力并非線性變化，極大的增加了預(yù)測(cè)過(guò)濾阻力的難度。

2、傳統(tǒng)的過(guò)濾阻力預(yù)測(cè)方法通?；诜€(wěn)態(tài)假設(shè)，忽略了顆粒沉積過(guò)程的動(dòng)態(tài)變化，難以準(zhǔn)確反映過(guò)濾阻力在運(yùn)行過(guò)程中隨時(shí)間的非線性增長(zhǎng)特性，這種預(yù)測(cè)方法的局限性直接影響了除塵系統(tǒng)的運(yùn)行效率和設(shè)計(jì)優(yōu)化。此外，還存在部分基于理論模型推導(dǎo)的過(guò)濾阻力模型，如利用達(dá)西定律描述多孔介質(zhì)中的流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律。然而，這些模型往往未能充分考慮顆粒沉積效應(yīng)的復(fù)雜性，尤其是粉塵層厚度、過(guò)濾風(fēng)速及過(guò)濾效率對(duì)過(guò)濾阻力的影響。近年來(lái)，隨著計(jì)算技術(shù)和材料科學(xué)的進(jìn)步，一些新興的預(yù)測(cè)方法和技術(shù)(如智能算法、機(jī)器學(xué)習(xí)等)被引入到過(guò)濾阻力研究領(lǐng)域中。然而目前的這些方法存在計(jì)算復(fù)雜、對(duì)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)依賴較大的問(wèn)題，限制了其在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種干式除塵系統(tǒng)非穩(wěn)態(tài)過(guò)濾阻力預(yù)測(cè)方法，該方法能夠綜合考慮顆粒沉積以及過(guò)濾風(fēng)速、加載粉塵濃度、粉塵層厚度等過(guò)濾參數(shù)的影響，提高非穩(wěn)態(tài)過(guò)濾阻力預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性和實(shí)用性，且能夠簡(jiǎn)化算法、降低對(duì)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的依賴性，擴(kuò)大其適用范圍。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種干式除塵系統(tǒng)非穩(wěn)態(tài)過(guò)濾阻力預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：

3、s1、類比潔凈纖維層過(guò)濾阻力計(jì)算公式，利用纖維捕集體壓力損失，構(gòu)建加載纖維層過(guò)濾阻力模型；

4、s2、通過(guò)纖維捕集體直徑的變化率，構(gòu)建清潔纖維上阻力和作用于加載纖維捕集體上阻力之間的關(guān)系模型；

5、s3、將纖維捕集體直徑變化率視為纖維層厚度、粉塵沉積質(zhì)量的函數(shù)，構(gòu)建纖維捕集體直徑變化率與過(guò)濾效率、過(guò)濾時(shí)間參數(shù)之間的關(guān)系模型；

6、s4、基于s1、s2、s3所構(gòu)建的模型，通過(guò)積分的方法消除顆粒沉積不均勻性的影響，求解加載纖維層過(guò)濾阻力模型；

7、s5、根據(jù)達(dá)西定律，構(gòu)建含塵氣流流經(jīng)粉塵層時(shí)的過(guò)濾阻力與粉塵層厚度、粉塵層滲透系數(shù)之間的關(guān)系模型；

8、s6、基于s5，結(jié)合物質(zhì)守恒定律，通過(guò)沉積粉塵質(zhì)量與捕獲粉塵質(zhì)量之間的等量關(guān)系，構(gòu)建并求解粉塵層過(guò)濾阻力模型；

9、s7、基于s4和s6求解得出的纖維層過(guò)濾阻力模型和粉塵層過(guò)濾阻力模型，獲取干式除塵系統(tǒng)非穩(wěn)態(tài)過(guò)濾阻力預(yù)測(cè)模型。

10、進(jìn)一步地，所述s1的具體過(guò)程為：

11、s1.1、清潔狀態(tài)下纖維層的壓力損失取決于單位長(zhǎng)度纖維上所受的阻力，潔凈纖維層過(guò)濾阻力表示為：

12、δp0＝fl·lf·l(1)；

13、其中，δp0為潔凈過(guò)濾器的過(guò)濾阻力，fl為潔凈纖維上的阻力，l為纖維層的厚度，lf為單位厚度纖維層中纖維的長(zhǎng)度，其計(jì)算公式為：

14、

15、其中，εf為纖維層的孔隙率，df為纖維直徑；

16、s1.2、纖維層在過(guò)濾含塵氣流時(shí)，粉塵堆積在纖維表面，形成新的纖維捕集體；隨著加載的持續(xù)，新的捕集體又會(huì)不斷捕獲顆粒，再次形成新的纖維捕集體，以此循環(huán)往復(fù)；類比潔凈纖維層過(guò)濾阻力的計(jì)算公式，加載纖維層過(guò)濾阻力由作用在新的纖維捕集體上的阻力進(jìn)行計(jì)算，過(guò)濾阻力滿足如下關(guān)系：

17、δpf＝fl′·lf·l(3)；

18、其中，δpf為加載纖維層的過(guò)濾阻力，fl′為作用在加載纖維捕集體上的阻力。

19、進(jìn)一步地，所述s2的具體過(guò)程為：

20、利用偏微分的形式，通過(guò)纖維捕集體直徑的變化率，表示作用于清潔纖維上阻力和作用于加載纖維捕集體上阻力之間的關(guān)系，表示為：

21、

22、其中，df′為加載纖維捕集體的直徑。

23、進(jìn)一步地，所述s3的具體過(guò)程為：

24、根據(jù)纖維捕集體直徑與纖維層厚度l和粉塵沉積質(zhì)量m的非線性變化關(guān)系，構(gòu)建纖維捕集體直徑變化率與過(guò)濾效率、過(guò)濾時(shí)間等過(guò)濾參數(shù)之間的關(guān)系模型，表示為：

25、

26、粉塵沉積質(zhì)量m的計(jì)算公式為：

27、m＝ηn0u0at(6)；

28、聯(lián)立公式(5)和(6)，得到纖維捕集體直徑變化率與過(guò)濾效率、過(guò)濾時(shí)間等過(guò)濾參數(shù)之間的關(guān)系模型：

29、

30、其中，η為過(guò)濾效率，n0為含塵氣流中顆粒的質(zhì)量濃度，a為纖維濾料沿過(guò)濾風(fēng)流方向的投影面積，u0為過(guò)濾風(fēng)速，t為過(guò)濾時(shí)間，k1、n1、n2、k2為常數(shù)量。

31、進(jìn)一步地，所述s4的具體過(guò)程為：

32、基于潔凈纖維層過(guò)濾阻力計(jì)算公式和s1、s2、s3所構(gòu)建的模型，沿纖維層厚度方向上取微元體dl，通過(guò)積分的方法消除顆粒沉積的不均勻性在過(guò)濾阻力計(jì)算中帶來(lái)的誤差，求解加載纖維層過(guò)濾阻力模型，表示為：

33、

34、聯(lián)立公式(1)、(3)、(4)、(7)，求解加載纖維層過(guò)濾阻力模型，表示為：

35、

36、其中，c1、c2、α均為中間變量，其計(jì)算公式分別為：

37、c1＝k2(10)；

38、

39、α＝n1(12)。

40、進(jìn)一步地，所述s5的具體過(guò)程為：

41、根據(jù)達(dá)西定律，粉塵層過(guò)濾阻力與多孔介質(zhì)厚度、來(lái)流速度成正比，構(gòu)建含塵氣流流經(jīng)粉塵層時(shí)的過(guò)濾阻力與粉塵層厚度、粉塵層滲透系數(shù)之間的關(guān)系模型，表示為：

42、

43、其中，δpc為粉塵層的過(guò)濾阻力，μ為含塵氣流的氣體粘度，ξ為粉塵層的滲透系數(shù)，h為粉塵層厚度和纖維層厚度之和。

44、進(jìn)一步地，所述s6的具體過(guò)程為：

45、s6.1、基于s5，根據(jù)物質(zhì)守恒定律，時(shí)間0-t內(nèi)過(guò)濾介質(zhì)所沉積的粉塵質(zhì)量等于纖維層捕獲的粉塵質(zhì)量和粉塵層捕獲的粉塵質(zhì)量之和，表示為：

46、

47、其中，εc為粉塵層的孔隙率，由進(jìn)行計(jì)算，k3為未知量，ρp為加載粉塵的密度；

48、s6.2、結(jié)合單位時(shí)間內(nèi)過(guò)濾介質(zhì)所沉積的粉塵質(zhì)量與纖維層捕獲的粉塵質(zhì)量和粉塵層捕獲的粉塵質(zhì)量和之間的等量關(guān)系，構(gòu)建并求解粉塵層過(guò)濾阻力模型，表示為：

49、

50、其中，c3、c4、β均為中間變量，其計(jì)算公式分別為：

51、

52、β＝2-n3(18)；

53、其中，κ和n3均為常數(shù)量。

54、進(jìn)一步地，所述s7的具體過(guò)程為：

55、s7.1、干式除塵系統(tǒng)非穩(wěn)態(tài)過(guò)濾阻力表示為纖維層過(guò)濾阻力和粉塵層過(guò)濾阻力之和的形式如下：

56、δp＝δpf+δpc(19)；

57、其中，δp為干式除塵系統(tǒng)非穩(wěn)態(tài)過(guò)濾阻力；

58、s7.2、基于s4和s6求解得出的纖維層過(guò)濾阻力模型和粉塵層過(guò)濾阻力模型，干式除塵系統(tǒng)非穩(wěn)態(tài)過(guò)濾阻力表示為纖維層過(guò)濾阻力和粉塵層過(guò)濾阻力之和的形式，得到干式除塵系統(tǒng)非穩(wěn)態(tài)過(guò)濾阻力預(yù)測(cè)模型，表示為：

59、

60、其中，δp為干式除塵系統(tǒng)非穩(wěn)態(tài)過(guò)濾阻力。

61、本發(fā)明通過(guò)綜合考慮顆粒沉積效應(yīng)，并結(jié)合過(guò)濾時(shí)間、風(fēng)速、粉塵濃度及過(guò)濾效率等關(guān)鍵參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化特性，構(gòu)建了包含加載纖維層與粉塵層的多層次非穩(wěn)態(tài)過(guò)濾阻力預(yù)測(cè)模型，反映了非穩(wěn)態(tài)條件下過(guò)濾阻力的真實(shí)變化過(guò)程，極大地提高了過(guò)濾阻力預(yù)測(cè)的精確度；通過(guò)本發(fā)明的預(yù)測(cè)結(jié)果，可以合理調(diào)整過(guò)濾風(fēng)速、選擇適當(dāng)?shù)倪^(guò)濾介質(zhì)及優(yōu)化除塵設(shè)備結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)干式除塵系統(tǒng)低阻力、高效率的運(yùn)行目標(biāo)，有助于延長(zhǎng)過(guò)濾介質(zhì)的使用壽命，降低系統(tǒng)清洗和維護(hù)頻率，顯著減少運(yùn)行成本。此外，還能夠降低能耗，提高了經(jīng)濟(jì)效益。此外，本發(fā)明算法簡(jiǎn)化、降低了對(duì)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的依賴性，擴(kuò)大了其適用范圍。