作者：Robert Walters，唐纳森 Torit 区域销售工程师
在设计除尘系统的过程中，注意力往往都放在过滤装置（除尘器）上。 因此，系统设计人员可能会忽略其他因素，例如，关于除尘器排出的空气可考虑选择哪些处理方式。 本文对与过滤设备排出的空气相关的一些机遇和挑战进行了说明。 旧式尘系统采用非常简单的方法处理除尘器排出的空气，即直接将其排放到外面的大气中。 放置在室内或室外的除尘器都采用这种方法。 虽然此方式在某些应用中仍然有效，但当前对能源节约、易燃粉尘和环境法规遵从性等问题的关注都表明需要审慎的额外考虑。
1. 节能 – 必须替换排出的空气
在除尘系统运行过程中，用于将粉尘吸入除尘器的空气会留下真空，必须用补换空气进行补充。 如果您生活在气候温和的地区，这个问题解决起来可能会很简单，但许多工厂不得不投入精力和金钱，才能使其工厂变得舒适。 这意味着将调节好的空气排放出去并以新鲜空气进行补换，这会增加补充空气处理器的负荷和运行成本。
为避免在加热或制冷方面的投资损失，可以选择在调节好的空气经除尘器处理后，将其再循环至建筑物内。 这种处理方式一般应用于高性能滤材，因其可确保有效去除粉尘颗粒，从而实现空气再循环。 如果您的工厂受极端天气的困扰，那么此方式将有可能节约大量成本，但在开始将空气再循环至工厂设施之前，您可能需要评估一些额外的资本成本。
许多设计实践都建议在用于将空气再循环到被占用空间的系统中配置监控系统，以保证返还到被占用空间的气流量。 一种相对常见的方式是加装达到 HEPA（高效过滤）标准或 ASHRAE（制冷和空调工程师协会）标准的滤芯，作为除尘器与将空气重新循环至建筑物的排气装置之间的监控滤芯。 HEPA 滤芯和 ASHRAE 滤芯在捕获相对少量粉尘时，往往显示出较快的压降上升速度。 将它们安装在初级除尘器的下游位置，就可以监控回流空气中的粉尘量并显示压降上升情况，以提醒操作人员初级滤芯出现明显的漏风现象。 通过初级滤芯的粉尘仍然会被高效过滤 (HEPA) 滤芯捕获，从而避免重新回到被占用空间。 在正常情况下，高效过滤 (HEPA) 滤芯或 ASHRAE 滤芯中的粉尘很少，压降会较低且稳定，且滤芯使用寿命会保持在合理范围。 因此可最大限度地减少监控滤芯的维护费用。
再循环空气节约的成本能否抵消其他资本投资？ 在威斯康星州麦迪逊市，一个处理气流量为 10,000 cfm 立方英尺/分钟（1 立方英尺 = 0.0283 立方米）的除尘系统，以每周运行 168 hours 小时计算，预计可节约的能源如下所示：
使用以下公式可估算补充空气所需的加热成本：
节约的成本 = (0.154 x Q x T x D x C) ÷ q
所以在我们的示例中，年加热成本将为：
= (0.154 x 10,000 x 168 x 7673 x 6.11) ÷ 824,000 = 14,720 美元年加热成本
| 其中... | |
|---|---|
| 0.154 是换算系数 | |
| Q 指设计气流量，单位是立方英尺/分钟 (cfm) | 10,000 cfm 立方英尺/分钟（1 立方英尺 = 0.0283 立方米） |
| T是每周运行小时数 | 168 小时/周 |
| D 指每年的度日数 | 7,673 采暖度日数 |
| C 指加热每单位燃料所需的成本（以美元计算）（2013 年 11 月） | 6.11 美元/燃料单位 |
| q 是指每单位燃料的有效热量 BTU（英热单位） | 824 千英热单位/每单位燃料（1 英热单位 = 1.731瓦） |
另外，也可以使用以下公式估算制冷成本：
制冷成本= (0.0000258 x Q x T x H x C)
所以在我们的示例中，年制冷成本将为：
= (0.0000258 x 10,000 x 168 x 293 x 0.0804) = 1,021 美元年制冷成本
| 其中... | |
|---|---|
| 0.0000258 是换算系数 | |
| Q是气流量，单位是立方英尺/分钟 (cfm) | 10,000 cfm 立方英尺/分钟（1 立方英尺 = 0.0283 立方米） |
| T是每周运行小时数 | 168 小时/周 |
| H 指等效额定全负荷制冷小时数 | 293 个制冷小时 |
| C是每千瓦时的电力成本（以美元计算）（2013 年 11 月） | 0.0804 美元/千瓦时 |
| q 是指每单位燃料的有效热量 BTU（英热单位） | 824 千英热单位/每单位燃料（1 英热单位 = 1.731瓦） |
通过将过滤后的空气再循环，从而避免替换过滤设备排放的、调节好的空气，每年总共可在针对必要数量的补充空气的加热和制冷成本上节约将近 16,000 美元。 只要继续使用同一过滤设备，每年都可节约这个数量的成本。
安装带有变速驱动器的自动气流量控制系统，还额外可以节约成本。变速驱动器的作用是保持设计气流量和保证空气补充系统的负荷均衡。 通过使用该系统，再加上压降较低的表面过滤滤料，节约更多成本将不成问题。 假设该系统的处理气流量为 10,000 cfm 立方英尺/分钟（1 立方英尺 = 0.0283 立方米），并且在 2 in. 英寸水柱（1 英寸水柱 = 25.4 毫米水柱）的低压降下运行，将为该系统配备增强型表面过滤滤料和为该系统配备商用滤料这两种情况做对比，预计前者因压降较低，每年可节约的能耗成本为 2,262 美元。
上述节约金额并未将补充空气系统需要的低成本计算在内。 如果是新项目，请与当地公共事业公司联系，以了解适用的、旨在鼓励在节能系统上进行额外投资的补贴和激励计划。
2. 易燃粉尘注意事项
处理易燃粉尘的除尘系统可能需要额外的资本投入，以避免来自火源的能量或烟雾再次返回到建筑物中。 中止门是降低除尘器中的燃烧事件重回被占用空间之风险的集中缓解措施之一。 （请参见图 1）
中止门接收除尘器上或其附近安装的某些类型的传感器发送的信号。 当传感器触发中止门时，中止门会迅速转至闭合位置。 中止门处于闭合位置时，除尘器排放的空气会转为流向外部，而不是返回建筑物中。 用来触发中止门的传感器有很多种，但通常会选择用于在除尘器下游位置监测火花或烟雾的检测器。
如果您的工厂所在地的天气是一个不可忽视的因素，您在一年中的某些时期可能不希望将排出的空气再循环至建筑物中。 您的生产环境可能较热，所以在夏季更希望将热气排放到外面。 在上述情况下，往往需要手动触发中止门，使热气排放到外面而不是排回建筑物中。 请记住，运行除尘器时将空气排放到外面会增加对补充空气系统的需求。
无论是要在排气管道中安装监控滤芯、中止门，或是两者都要安装，都要记得：除设备的成本费用外，还需要承担将空气吹入设备中所需的能耗成本。 计算用于保持空气在原始系统中流动的能量（静压）消耗成本时，需要包括加速设备周围空气流动并将其吸入设备集尘罩以便将粉尘吸入除尘器所需的能耗成本。 还要加上使空气和粉尘通过管道中的弯管、接头和直管，直到到达除尘器所需的静压消耗成本。 还要包括除尘器到排气点之间管道的阻力所导致的能耗成本。 最后，需要包括使空气通过除尘器和滤芯需要的静态能耗成本。 上述除尘器能量损耗应包括足以使空气即使在滤芯脏到必须予以更换的情况下也能穿透滤芯的静压容量。 将上述所有能耗成本加到一起，就可以作为选择所需风机的参考。
如果您正在考虑选用监控滤芯或中止门，可能需要额外的静压容量，以提供使空气通过这些设备需要的能量。 请检查并确定您是否需要改造或更换现有风机以保证符合设计流量条件。
有关易燃粉尘的另一个注意事项是各类标准的相关要求，比如 NFPA 标准中有关工艺设备之间或者将空气输送回被占用空间的管道上的隔离装置要求。 这些隔离装置备有助于降低将能源和火焰输送回被占用空间的除尘器中发生爆燃事件的风险。 隔离装置利用除尘器附近的传感器检测除尘器中是否有发生爆燃事件的趋势。 传感器一旦发现有此类趋势，就会触发隔离装置以关闭管道，使火焰和能量无法回到被占用的空间。 机械隔离装置往往使用各种闸阀，若出现二次使用高能量封闭装置（如压缩气体）的情况，则闸门会在瞬间关闭。 化学隔离是指使用特殊金属罐或加农炮，使用压缩空气将灭火剂快速喷到管道中。 隔离装置不仅可用在从除尘器出来的回风管道中，还可用在通往除尘器的进气口管道中，以减少能源和火焰返回到加工流程中的可能性。
3. 空气监控的法规遵从性要求：
如果您的生产工序涉及处理或生产危险空气污染物，当地、联邦或州法规可能要求您监控您排放到大气中的空气的质量。 可能需要使用配备警报器的破袋检测器，来监控除尘器排出的气体中的粉尘含量和，提供除尘器的性能记录（请参见图 2）。 这些检测器安装在清洁空气排放管道或烟囱处，且必须按设计气流量进行校准。 在安装并校准这些检测器后，就可以对其进行配置。它们不仅可进行监测，而且还可按时记录粉尘含量以建立除尘器性能的永久记录。 有几种破袋检测器的设计还允许它们监测除尘器的脉冲清灰顺序，并将增加的粉尘排放与特定脉冲事件相关联。 在上述配置中，这些装置充当预防性维护工具，帮助除尘器操作人员缩小搜索破损滤芯的范围。
监控器通常配备用于声音警报或指示灯电路，以提醒操作人员存在异常情况。 另外，当颗粒含量急剧增加时，比如在由过滤器上的阴燃火产生的浓烟条件下，这些监控器还可用于触发中止门等装置。
概括起来就是：
请避免忽略除尘器所排放气体的错误。 您会希望积极主动地确保除尘器排放符合所有联邦、州或当地的规定。 您还会希望通过节约加热或制冷成本的方式，或者通过更好的监控和维护来提高除尘器可靠性的方式，抓住所有可增加除尘器价值的机会。 说到除尘器排出的空气，轻率地将其排放到外部会面临高昂的代价。
