深圳杯数学建模大赛B题论文-对布袋除尘系统运行稳定性的研究

深圳杯数学建模大赛B题论文-对布袋除尘系统运行稳定性的研究本文简介：数学建模校内竞赛论文论文题目：对布袋除尘系统运行稳定性的研究组号：2705#成员：黄志宇谢智龙周俊选题：B题姓名学院年级专业学号联系电话数学分析高等代数微积分高等数学线性代数概率统计数学实验数学模型CET4CET6黄志宇汽车工程学院2015车辆工程////////谢智龙汽车工程学院2015车辆工程/

深圳杯数学建模大赛B题论文-对布袋除尘系统运行稳定性的研究本文内容：

数学建模校内竞赛论文

论文题目：

对布袋除尘系统运行稳定性的研究

组号：2705#

成员：黄志宇

谢智龙

周俊

选题：B题

姓名

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数学分析

高等代数

微积分

高等数学

线性代数

概率统计

数学实验

数学模型

CET4

CET6

黄志宇

汽车工程学院

2015

车辆工程

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谢智龙

汽车工程学院

2015

车辆工程

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周俊

城市建设与环境工程学院

2015

建筑环境与能源应用工程

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对布袋除尘系统运行稳定性的研究

摘要

本文主要是收集资料，综合研究现行垃圾焚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，从而分析袋式除尘系统运行稳定性问题，以及其运行稳定性对周边环境烟尘排放总量的影响，并研究了新型超净除尘工艺相比袋式除尘系统稳定性能提升。

针对问题一中提出的问题，我们基于李雅普诺夫函数利用所学知识对系统稳定性进行分析，并进行相关模型建立。得出在其他条件一定的情况下，C1与C2之间的差值必定由y=i=15Xit决定，可以认为，单位时间内的差值大小（C1-C2的值）越小，系统就越稳定。我们可以通过实验f1X1~f5X5，计算出结果，烟尘排放总量式

A总=t=0TCt/t0n1Tn2Vt/t0.若给定A限代入上式，可知在其他条件不变的情况下，可以扩大Vt/t0的值，扩大倍数为n=A限/A总/S，并利用模糊综合评价法对模型进行评价。根据现行《生活垃圾焚烧污染控制标准》，给定A限=50mg/m3,根据模型可解出扩大倍数n=1.77。并据此向政府提出环境保护综合监测建议方案。

针对问题二中所提出的问题，采用一种能够完全稳定运行、且除尘效果超过布袋除尘工艺的新型超净除尘替代原工艺，我们需要衡量新工艺较之原工艺稳定性的提升量。现今控制系统中，多用李雅普诺夫法进行衡量与判定，此理论能同时适用于分析线性系统和非线性系统、定常系统和时变系统的稳定性。因此本文采用李雅普诺夫法对此问题进行判定和衡量。通过对原除尘工艺和新型除尘工艺二次型函数的计算，而后对二者稳定性结果进行做商，得出因而，若采用新型超净除尘替代工艺，除尘模型稳定性能提升将会提升1.52倍。

最后对模型的优缺点进行分析。

关键词

机理分析

单因子分析法

模糊综合评价法

李雅普诺夫函数

1

一、问题重述

今天，以焚烧方法处理生活垃圾已是我国社会维持可持续发展的必由之路。然而，随着社会对垃圾焚烧技术了解的逐步深入，民众对垃圾焚烧排放污染问题的担忧与日俱增，甚至是最新版的污染排放国标都难以满足民众对二恶英剧毒物质排放的控制要求（例如国标允许焚烧炉每年有60小时的故障排放时间，而对于焚烧厂附近的居民来说这是难以接受的）。事实上，许多垃圾焚烧厂都存在“虽然排放达标，但却仍然扰民”的现象。国标控制排放量与民众环保诉求之间的落差，已成为阻碍新建垃圾焚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焚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焚烧厂集中处理垃圾的情况下，采用现行除尘工艺的大型焚烧厂即便其排放浓度不超标，却仍然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，现行垃圾焚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焚烧产生危害疑虑的主要原因。因此，量化分析布袋除尘器运行稳定性问题，不仅能深入揭示现行垃圾焚烧烟气处理技术缺陷以期促进除尘技术进步，同时也能对优化焚烧工况控制及运行维护规程有所帮助。

收集资料，综合研究现行垃圾焚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。基于模型回答下述问题：

1、如果给定焚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，试分析讨论焚烧厂扩建规模的环境允许上限是多少？并基于分析结果，向政府提出环境保护综合监测建议方案；

2、如果采用一种能够完全稳定运行、且除尘效果超过布袋除尘工艺的新型超净除尘替代工艺，你的除尘模型稳定性能提升多少？

二、问题分析

针对问题一，首先我们查阅相关资料，收集对布袋除尘系统稳定性影响较大的因素，最终确定为堵塞因素、气流撕裂因素、腐蚀氧化因素、高温破坏因素、机械摩擦因素[1]。然后根据单因子分析法，确定每个因素的函数表达式，采用matlab软件进行模糊综合评价，按照经验与数据给出影响因素权重，最后综合分析与求解。

针对问题二中所提出的问题，采用一种能够完全稳定运行、且除尘效果超过布袋除尘工艺的新型超净除尘替代原工艺，我们需要衡量新工艺较之原工艺稳定性的提升量。现今控制系统中，多用李雅普诺夫法进行衡量与判定，李雅普诺夫稳定性理论能同时适用于分析线性系统和非线性系统、定常系统和时变系统的稳定性，是更为一般的稳定性分析方法。因此本文采用李雅普诺夫法[8]对此问题进行判定和衡量。

三、模型假设

1.约定当Y=0的时候，系统正常工作；当Y=1的时候，系统遭到破坏，不能正常工作；

2.约定

X1~X5的影响使得y值足够大，即超出限定浓度范围，认为系统受到破坏；

3.对系统Y，假定其他一切条件不变；

4.假设在一段时间，对系统的输入信号不变的情况下，研究系统输出的变化为常数；

5.假设所使用的数据均真实有效。

四、符号说明

符号

含义

X1

堵塞因素

X2

气流撕裂因素

X3

腐蚀氧化因素

X4

高温破坏因素

X5

机械摩擦因素

C(t)

净化气流浓度

t

系统的不稳定时间

W

系统稳定性

C1-C2

单位时间内浓度的差值

fnXn

表示影响因素Xn在单位时间内对C1-C2的影响

A1

一个布袋对排放总量的影响

A总

整个气体受到的影响

五、建模过程及模型求解

5.1

问题一的分析和模型建立

5.1.1问题一模型的建立

根据题目要求，我们综合各项因素，分析稳定性问题的模型建立如下：

首先定义Y的数学式子为：

Y=X1+X2+X3+X4+X5

①

用+来表示逻辑函数的“或”，X1~X5的取值为0或1，Y的取值为0或1

规定当Y=0的时候，系统正常工作；当Y=1的时候，系统遭到破坏，不能正常工作。

根据式子①可知，当X1~X5中存在一个为1的时候，系统遭到破坏。

具体条件为：

X1=1

②

浓度C(t)在t1后明显出现快速下降的情况

X2~X5=1

③

浓度C(t)在t1后明显出现快速下降的情况

现在我们来分析系统的稳定性：

令Xn为系统输入，y为系统输出，则y=X1+X2+X3+X4+X5

④

当X1~X5的影响使得y值足够大，即超出限定浓度范围，我们认为系统受到破坏。

X1~X5

那么，我们利用等效系统的思想，将原来系统等效为具有等效功能的简单系统，示意图如下：

净化气流

烟尘气流

图四

由上图可以明显地看出，所有的工艺问题最终可以简化成“烟尘气流”通过“布袋”，气流能否稳定产生“净化气流”的问题。

由此，我们间隔时间t3，取两次浓度C1

C2

(当然，我们假设输入X1~X5的初始值一直没有太大变化，但却一直在对布袋造成影响)

此时，y=X1t+X2t+X3t+X4t+X5t

⑤

当y∈a,b时，认为系统处于稳定状态，由此可以看出，系统的稳定性取决于影响X1~X5的大小，作用的时间t。

在其他条件一定的情况下，C1与C2之间的差值必定由y=i=15Xit决定。可以认为，单位时间内的差值大小（C1-C2的值）越小，系统就越稳定。

y=kC1-C2+C

C∈a,b

⑥

取合适单位，使k值为1，则：

y=C1-C2+C=i=15Xit

⑦

因此可以得出结论：

1)

单位时间内，C1-C2值的大小表示系统的稳定性与否

2)

X1t~X5t是影响稳定性的主要因素

3)

设系统的不稳定时间为

t，则C1-C2t是向周边环境的多于烟尘排放量

又由

C1-C2t=i=15Xit2

⑧

可知，不稳定的系统将对环境排放更多的烟尘。

最后，我们对模型做进一步的细化具体研究（这里的简化分析首先从正常工作的情况下开始）：

f1X1表示：对系统Y，我们假定其他一切条件不变，增大布袋的堵塞性X1（即逐步增加烟尘浓度）

得到，C1-C2—X1的函数关系：C1-C21=f1X1

f2X2表示：对系统Y，我们假定其他一切条件不变，增大气流流速X2

得到，C1-C2—X2的函数关系：C1-C22=f2X2

f3X3表示：对系统Y，我们假定其他一切条件不变，增大腐蚀氧气气流浓度X3

得到，C1-C2—X3的函数关系：C1-C23=f3X3

f4X4表示：对系统Y，我们假定其他一切条件不变，升高布袋所处环境温度X4

得到，C1-C2—X4的函数关系：C1-C24=f4X4

f5X5表示：对系统Y，我们假定其他一切条件不变，增加摩擦次数X5

得到，C1-C2—X5的函数关系：C1-C25=f5X5

现将整个除尘系统变换为五个输入与一个输出模型，

即y=fX1+X2+X3+X4+X5

对这些信号，为简化问题，我们假定在一段时间内她们都是常数，即对系统的输入信号不变的情况下，研究系统输出的变化，皆对单位面积单位时间而言。

由实验结果得出：

对X1（堵塞）：堵塞可能与露风、露水结块有关，但总体来说，为了拟出函数，我们认为堵塞主要来自长期烟尘过滤，逐渐使布袋堵塞到无法有效过滤的情况，有fX1=-C1e-αc

即烟尘堵塞在以指数形式递减，C1为第一次测量浓度，α与为与烟尘初始浓度C相关的系数。

对X2（气流撕裂）fX2=C1+Ce12MV气2-VKTV为撕裂纤维所要平均能量，K为系数，T为温度，C为烟尘原始浓度，V气为气流速度。

对X3（腐蚀氧化）

fX3=C1+Ca%

a为腐蚀气体浓度

对X4（高温破坏）fX4=C1+TT0

T0为初始温度

对X5（机械摩擦）fX5=C1+Cn,μV气2

Cn,μV气2为与机械摩擦相关的函数

对上述五个式子进行整理分析，令系统稳定性为W，

fnXn表示影响因素Xn在单位时间内对C1-C2的影响.

定义

W=1-C1-C2/C1

⑨

C1-C2=i=15C1-C2i=i=15fiXi

⑩

则对于稳定性，推理如下：

首先考虑到在微观条件下两类原理：

1)

大颗粒由于直接碰撞而被拦截

2)

小颗粒由于气体分子碰撞改变运动方向与纤维碰撞而被拦截

若要从X1~X5的微观层考虑，可能很难清楚地分析得到，但是我们只需要通过实验f1X1~f5X5，便可计算出结果，或者由下述阐述也可得出:

考虑到布袋有损坏，t的数值也将于毁坏数相关。

对于烧坏布袋，由于其占总比较大，且烧坏后若能及时更换，所以我们认为几乎每一个布袋都经历W由0~100%的过程。于是，在环境中的稳定性的影响，随着时间的推移，布袋过滤的能力逐步降低。

因为布袋过滤能力降低而引起C1-C2，乘以布袋总工作时间，便是向大气多排放的烟尘量，也就是对排放总量的影响。

则有：一个布袋对排放总量的影响（在一个周期内）为：A1=t=0TCt/t0-C0

其中C0为初始稳定性，即当系统在不受f1X1~f2X2影响时的取值；T为布袋一次周期内工作时间的长短；t为布袋一次周期内的工作时间，t0为采样间隔，当t/t0∈Z*时取一次。

则对n1个周期，n2个布袋而言，A总=t=0TCt/t0-C0n1Tn2

上式便是稳定性对排放总量的影响，当然只是针对单位体积而测出的浓度，再考虑整个气体：A总=t=0TCt/t0-C0n1Tn2Vt/t0

综上所述，我们可得出结论：

1)

稳定性

在烟尘气流比较稳定的情况下，取适当的时长做时间间隔，取适当次数，取多组Ci-C0为样本。如取i组，则有i个Ci-C0的数据，则稳定性W=1-i=1nCi-C0/nC0

2)

影响因素

利用f1X1~f5X5这五个实验，我们可以准确得出烟尘排放量与系统因素之间的数学关系（当然与周期，喷嘴清理气流也有关系）得到如下式子：

i=1nC1-C21=i=1nfX1,tnt0

⑾

i=1nC1-C22=i=1nfX2,tnt0

⑿

i=1nC1-C23=i=1nfX3,tnt0

⒀

i=1nC1-C24=i=1nfX4,tnt0

⒁

i=1nC1-C25=i=1nfX5,tnt0

⒂

3)

对总排放量的影响

利用

A总=t=0TCt/t0-C0n1Tn2Vt/t0

将其变为排放总量式

A总=t=0TCt/t0n1Tn2Vt/t0

5.1.2

对模型的模糊评价

（一）评价目的确定有限评价指标集合

U=u1、u2、?um

m=1.2…5

um

m=1.2…5

分别表示布袋的堵塞性X1，气流流速X2，

腐蚀氧气气流浓度X3，布袋所处环境温度X4，摩擦次数X5

（二）给出评价等级集合

V={V1、V2、?Vn}

其中

Vn分别表示{很好，较好，一般，较差，很差}

（三）确定各评价指标的权重

A=0.35，0.25，0.15，0.1，0.15

（四）单指标评价向量

R1=0.2,0.3,0.1,0.2,0.2

R2=0.1,0.3,0.2,0.2,0.2

R3=0.0,0.4,0.3,0.1,0.2

R4=0.3,0.3,0.1,0.2,0.1

R5=0.1,0.2,0.3,0.2,0.1

（五）模糊综合评价结果归一化得

C=0.1818，0.2727，0.2306，0.1459，0.1690

按最大隶属原则，此系统稳定程度较好。

5.1.3

对模型的求解

根据上述分析得出的排放总量式

A总=t=0TCt/t0n1Tn2Vt/t0，若给定A限代入上式，可知在其他条件不变的情况下，可以扩大Vt/t0的值，扩大倍数为n=A限/A总/S，此时为在允许上限内的最佳方案。

根据《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485-2014)中规定的烟尘排放量上限50mg/m3,可规定A限=50mg/m3。再根据某地垃圾焚烧厂焚烧炉除尘器烟道出口废气检测结果[5]，可得出A总=28.19mg/m3，单位面积S=1m3，算出扩大倍数为n=1.77。

5.1.4

环境保护综合监测建议方案

在考虑除尘系统稳定性因素的前提下，给定焚烧厂周边范围单位面积排放总量限额（地区总量/地区面积），我们分析讨论出了焚烧厂扩建规模的环境允许上限，现向政府提出环境保护综合监测建议方案：

以上是根据系统的运行状况给出的建议，下面就环境保护方面提出合理化建议:

1.建议政府对焚烧厂采用环保综合监控系统来进行监测。其主要是对垃圾焚烧厂的废气、废水的排放情况、环境安全参数(温度、压力、气体浓度、液位等)、环境污染参数(二噁英等大气排放物浓度)进行实时检测和监控，一旦发现所监控的污染源超标，能够采取一系列的报警联动机制，使得其周边环境状况得到最大程度的保障。

2.对工厂除尘系统进行评估，适当限制同一地区工厂的扩建。

3.由于布袋除尘器在某种程度上无法根本性地避免对大气的污染，在工作过程中必然会排出一些有害污染气体，为此，工厂应在排放时尽量将其回收利用。在自身能力范围内尽最大程度减少污染。

4.定期检查敦促除尘过程中工厂布袋的更换。[4]

5.2

问题二的分析和模型建立

5.2.1

问题二的模型建立

针对问题二中所提出的问题，采用一种能够完全稳定运行、且除尘效果超过布袋除尘工艺的新型超净除尘替代原工艺，我们需要衡量新工艺较之原工艺稳定性的提升量。现今控制系统中，多用李雅普诺夫法进行衡量与判定，李雅普诺夫稳定性理论能同时适用于分析线性系统和非线性系统、定常系统和时变系统的稳定性，是更为一般的稳定性分析方法。因此本文采用李雅普诺夫法[9]对此问题进行判定和衡量。

利用李雅普诺夫判别法，构建非线性时变系统的状态方程如下

（16）

式中，x为n维状态向量；t为时间变量；

为n维函数，其展开式为

假定方程的解为

，x0和t0

分别为初始状态向量和初始时刻，。平衡状态

如果对于所有t，满足

（17）

的状态xe称为平衡状态（又称为平衡点）。平衡状态的各分量不再随时间变化。若已知状态方程，令

所求得的解x，便是平衡状态。

对于线性定常系统，其平衡状态满足

，如果A非奇异，系统只有惟一的零解，即存在一个位于状态空间原点的平衡状态。至于非线性系统，的解可能有多个，由系统状态方程决定。

控制系统李雅普诺夫意义下的稳定性是关于平衡状态的稳定性，反映了系统在平衡状态附近的动态行为。鉴于实际线性系统只有一个平衡状态，平衡状态的稳定性能够表征整个系统的稳定性。对于具有多个平衡状态的非线性系统来说，由于各平衡状态的稳定性一般并不相同，故需逐个加以考虑，还需结合具体初始条件下的系统运动轨迹来考虑。

本文主要对平衡状态位于状态空间原点（即零状态）进行衡量，因为任何非零状态均可以通过坐标变换平移到坐标原点，而坐标变换又不会改变系统的稳定性。

（a）李雅普诺夫意义下的稳定性

（b）渐近稳定性

（c）

不稳定性

如果对于任意小的(

>

0，均存在一个，当初始状态满足时，系统运动轨迹满足，则称该平衡状态xe

是李雅普诺夫意义下稳定的，简称是稳定的。该定义的平面几何表示见图1，表示状态空间中x0点至xe点之间的距离，其数学表达式为

（18）

设系统初始状态x0位于平衡状态xe为球心、半径为δ的闭球域内，如果系统稳定，则状态方程的解在的过程中，都位于以xe为球心，半径为ε的闭球域内。

（2）一致稳定性：

通常δ与t0

都有关。如果δ与t0

无关，则称平衡状态是一致稳定的。定常系统的δ与t0

无关，因此定常系统如果稳定，则一定是一致稳定的。

（3）渐近稳定性：系统的平衡状态不仅具有李雅普诺夫意义下的稳定性，且有

（19）

称此平衡状态是渐近稳定的。这时，从

出发的轨迹不仅不会超出，且当时收敛于xe或其附近。

（4）大范围稳定性

当初始条件扩展至整个状态空间，且具有稳定性时，称此平衡状态是大范围稳定的，或全局稳定的。此时，，，。对于线性系统，如果它是渐近稳定的，必定具有大范围稳定性，因为线性系统稳定性与初始条件无关。非线性系统的稳定性一般与初始条件的大小密切相关，通常只能在小范围内稳定。

（5）不稳定性

不论δ取得多么小，只要在内有一条从x0

出发的轨迹跨出，则称此平衡状态是不稳定的。

5.2.2

问题二的模型求解

根据物理学原理，若系统贮存的能量（含动能与位能）随时间推移而衰减，系统迟早会到达平衡状态。实际系统的能量函数表达式相当难找，因此李雅普诺夫引入了广义能量函数，称之为李雅普诺夫函数。它与及t

有关，是一个标量函数，记以；若不显含t

，则记。考虑到能量总大于零，故为正定函数，能量衰减特性用表示。对于大多数系统，可先尝试用二次型函数作为李雅普诺夫函数。

二次型函数是一类重要的标量函数，记

（20）

其中，为对称矩阵，有。显然满足，其定号性由赛尔维斯特准则判定。当的各顺序主子行列式均大于零时，即

（21）

为正定矩阵，则正定。当的各顺序主子行列式负、正相间时，即

（22）

为负定矩阵，则负定。若主子行列式含有等于零的情况，则为正半定或负半定。不属以上所有情况的不定。

设除尘系统的状态方程为，其平衡状态满足,不失一般性，把状态空间原点作为平衡状态，并设系统在原点邻域存在对的连续的一阶偏导数。

由问题一可知，影响除尘系统稳定性的主要因素有：

1.堵塞因素

2.气流撕裂因素

3.腐蚀氧化因素

4.高温破坏因素

5.机械摩擦因素。

对于原有除尘系统：

新型除尘系统较之于原有除尘方式具有高稳定性，采用固体滤料，具有更高的排放标准，并且成本更低，新技术比布袋除尘工艺运行成本降低50%。

对于新型除尘系统：

因而，若采用一种能够完全稳定运行、且除尘效果超过布袋除尘工艺的新型超净除尘替代工艺，除尘模型稳定性能提升了1.52倍。

六、模型分析

1、模型一构建时采用了单因子分析法，思路清晰，并运用模糊综合评价确定了模型具有较好的稳定性。

2、模型一中影响因素的函数式中参数应进行实验确定，以获得最佳的效果。在无法进行实验的情况下，用数据进行分析得出的结果是粗糙的。

3、本模型所提出的结果分析，可对工厂的生产操作，政府的环保政策制定有一定的指导作用。

4、模型二中所使用的李雅普诺夫法，使用时需要一定的技巧和经验，使用时需要根据一定的经验积累。

七、参考文献

[1].毛清稀.复合滤料袋式除尘器及其应用,通风除尘,1996,(4),:24-26

[2].王鸿合,张斌.布袋除尘器技术及其应用.吉林电力设计院.2004,10

[3]HJ

2012-2012.

垃圾焚烧袋式除尘工程技术规范

[S].

[4]袋式除尘技术是燃煤电厂烟气达标排放的保障

[J].

中国环保产业,2015.02

[5]吴锐.城市生活垃圾焚烧发电厂烟气主要成分分析与研究.2009.11

[6]邱光君;刘振均;胡中杰;;高炉环保除尘工艺[J];钢铁;2005年11期

[7]王晓轩,李光,龚世旺,周立波;某袋式除尘系统的自动控制[J];工业安全与环保;1998年04期

[8]丁莉芬;姜素霞;陈志武;杨学清;《自动控制原理》课程中闭环脉冲传递函数算法研究[J];办公自动化;2012年06期

[9]金晓明,荣冈,王骥程;基于李雅普诺夫稳定性的模糊关系模型辨识算法[J];控制理论与应用;1997年02期

八、附录

附录一

城市生活垃圾焚烧发电厂主要烟气成分及烟气参数监测统计结果

附录二

垃圾焚烧发电厂布袋除尘器可靠性情况介绍

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焚烧发电厂采用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维修等优点，其除尘效率可达99.9%。然而，布袋除尘器在实际使用过程中，时而出现烧袋、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重威胁。

虽然可靠性是布袋除尘器设计的注重要点，但由于其核心部件除尘布袋存在寿命周期、且该周期长短又与焚烧工况及运维条件密切相关，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，性能可靠等优点，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，细微的尘粒（粒径为

1μm

或更小）则受气体分子冲击(布朗运动)不断改变着运动方向，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离出来。它的优点是除尘效率高且稳定，对于

2μm

以上的粉尘，其效率可达99.9％以上，且造价较低，管理简单、维修方便。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行，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逐渐升高。当阻力达到设定值或过滤时间达到设定值时，清灰控制器发出清灰信号，首先令一个袋室的提升阀关闭以切断该室的过滤气流，然后依次打开各电磁脉冲阀，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，提升阀打开，此袋室滤袋恢复到过滤状态，而下一袋室则进入清灰状态，直到最后一袋室清灰完毕为1个周期;

某某垃圾发电厂（以下也简称某某厂）除尘器基本运行状况

表1：某某厂除尘器基本运行状况

炉号

参数名称

1#炉

2#炉

备注

布袋规格

165*6000

168*6000

布袋数量

1056

1056

进口烟温℃

220

220

200℃至225℃之间波动，极限在230℃以下

出口烟温℃

195

195

180至200区间波动，近期低值160℃（可能和环境因素有关）

布袋差压KPa

1350

1650

出口负压

2900Pa

3000Pa

布袋气源压力KPa

320KPa

310KPa

表2：某某厂2014年底至2016年初布袋厂家及相关参数

厂家

参数名称

广州华滤

厦门三维丝

备注

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

250℃

240℃

瞬时耐受温度

270℃

260℃

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

0.35-0.4MPa

强制吹灰压力

0.4-0.54MPa

表3：2014年底至2016年初某某厂布袋更换统计：

更换时间

更换数量及炉号

备注

1#炉

2#炉

2014年11月27日

21

0

1#炉6U积灰，烧坏布袋21条

2015年1月23日

0

2

2015年1月27日

3

0

2015年2月12日

0

5

2015年2月27日

22

15

1#炉6D、6U积灰，烧坏19条

2015年3月25日

7

3

2015年3月27日

4

0

2015年4月19日

43

31

22日烟气检测前检查，更换1#炉1U玻纤布袋

2015年4月28日

1

28

烟气检测不合格后更换

2015年4月29日

0

1

2015年5月2日

0

4

2015年5月28日

3

0

2015年6月1日

0

8

2015年7月17日

0

22

2015年7月3日

0

19

2015年8月27日

4

4

2015年10月9日

10

45

2015年10月2日

10

21

2015年11月11日

1

8

2015年11月18日

3

7

2015年11月19日

2

6

2016年1月18日

4

10

合计

138

239

两炉合计：377

表4：布袋更换前后烟尘含量的对比

更换时间

更换数量及炉号

更换前后含尘量对比mg/m3

1#炉

2#炉

更换前3天

更换后3天

2014年11月27日

21

0

1#炉

1#炉

2#炉

2#炉

2015年1月23日

0

2

1#炉

1#炉

2#炉

2#炉

2015年1月27日

3

0

1#炉

1#炉

2#炉

2#炉

2015年2月12日

0

5

1#炉

44

21

1#炉

8.9

10.9

8

2#炉

2#炉

2015年2月27日

22

15

1#炉

22.6

19.2

1#炉

11

16.2

2#炉

2#炉

2015年3月25日

7

3

1#炉

24.6

1#炉

2#炉

2#炉

2015年3月27日

4

0

1#炉

1#炉

15.3

2#炉

2#炉

2015年4月19日

43

31

1#炉

16.5

11.5

23.2

1#炉

2#炉

2#炉

2015年4月28日

1

28

1#炉

14.2

16.5

15.8

1#炉

9.7

10

2#炉

2#炉

2015年4月29日

0

1

1#炉

1#炉

2#炉

2#炉

2015年5月2日

0

4

1#炉

1#炉

10.4

10.8

12.1

2#炉

2#炉

2015年5月28日

3

0

1#炉

1#炉

2#炉

2#炉

2015年6月1日

0

8

1#炉

1#炉

12

11.7

13.9

2#炉

14.9

27.2

2#炉

2015年7月17日

0

22

1#炉

11.1

1#炉

12.3

10.8

2#炉

26.3

12.3

13

2#炉

2015年7月3日

0

19

1#炉

11.7

12.5

13.4

1#炉

2#炉

2#炉

11

9.11

12.1

2015年8月27日

4

4

1#炉

9.4

8.1

8.3

1#炉

15.2

8

2#炉

25.2

16.9

2#炉

11.1

11

12.4

2015年10月9日

10

45

1#炉

1#炉

2#炉

2#炉

2015年10月2日

10

21

1#炉

8

7.7

7.2

1#炉

7

2#炉

6.7

2#炉

8.8

2015年11月11日

1

8

1#炉

1#炉

2#炉

10.7

9.1

9.5

2#炉

2015年11月18日

3

7

1#炉

1#炉

2#炉

2#炉

2015年11月19日

2

6

1#炉

1#炉

6.4

5.7

2#炉

2#

10.2

14.1

2016年1月18日

4

10

1#炉

10.7

1#炉

8.3

6.5

2#炉

10.8

2#炉

8.2

备注

1:1、2#炉合并部分为大烟囱测量数据

2：空格为没有测量数据

3：连续处理布袋的记录开始处理前和处理结束后的实际，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

2.1除尘效率逐渐下降的原因及对策

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;详细的更换数量见表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、工作可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，布袋破损已比较严重，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基本相同。造成布袋磨损的主要原因如下：

（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。

从运行经验情况看:某某厂两台除尘器均在2012年3月和7月分别对2#和1#进行了升级改造,由于两炉除尘器是两家公司进行改造施工，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，具体的分布差异原因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原因之一。

（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情况下，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原因

（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原因，导致除尘器飞灰清理不及时,局部腔室飞灰在布袋底部堆积，高温飞灰导致布袋损毁。

（6）不明原因导致的布袋底部损坏，在后期的更换中出现大量的布袋底部损坏，针对该现象多次和厂家沟通，并在后续的布袋采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、达到环保要求和保证安全、可靠运行的必由之路。设计中必须采取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可靠性。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，运行过程中经过多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，避免局部气流速度过高。在工程设计中，可采用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，采用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，需控制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，保证在布袋的表面保持一定厚度的粉尘初始层。

（3）完成对输灰系统的改造，保证布袋不会因为积灰的原因导致损毁。

2.2烟气超温和超压时除尘器可靠性分析

布袋除尘器滤料的材质对温度有一定的要求，当超过使用温度范围时，布袋有被烧毁的危险，这对除尘器的可靠运行造成了严重威胁。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控制在130～220℃之间，温度低于130℃容易造成烟气结露，粉尘吸附在布袋上，不易脱落，造成糊袋，严重影响除尘效果；超过220℃容易造成布袋损伤，大大减少布袋的使用寿命。综合整个生产工艺来看，一般烟气进口温度控制在160～185℃之间，有利于布袋除尘器长期稳定运行。

（2）采用喷水降温，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2015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。

2.3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，导致除尘器结构件严重的腐蚀。

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。

2.4气动阀组、控制系统对除尘器的影响

目前某某厂除尘器系统的气动装置、控制系统基本可以满足除尘器运行的需要，部分装置在改造时存在一些缺陷，会增加部分维护的工作量，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,控制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管理是布袋器稳定运行的保证。

附录三

Matlab源程序

A=input(

请输入权重:

)

B=input(

请输入模糊关系矩阵:

)

[m,n]=size(A);

%矩阵A的行数和列数

[m1,n1]=size(B);

%矩阵B的行数和列数

if

n~=m1

error(

矩阵A和列数与矩阵B的行数相同

)

else

fori=1:m

for

j=1:n1

for

t=1:m1

if

A(i,t)

B(t,j)=A(i,t);

end

end

end

C(i,:)=max(B);

end

end

disp(

综合评判向量

);

C

[p,q]=size(C);

sum=0;

for

i=1:p

for

j=1:q

sum=sum+C(i,j);

end

end

for

i=1:p

for

j=1:q

C(i,j)=C(i,j)/sum;

end

end

disp(

综合评价:

)

C

A=

load(

zuobiaonongdu.dat

);

x=A(:,1);y=A(:,2);

[x,y]=meshgrid(0:1:3000,0:1:3000);

20