下进风袋式除尘器内部流场的数值模拟

1、下进风袋式除尘器内部流场的数值模拟 采用计算流体力学软件Fluent，通过数值模拟的方法对下进风袋式除尘器的内部流场举行了研究，发觉原设计方案存在气流分布不匀称、设备阻力过大等问题，提出了在进气通道内添加导流板的改进措施结果表明:在四种不同的工况下，改进后的袋室除尘器内部气流分布更匀称，进出口压力差减小，除尘器各部分均能起到良好的除尘作用，从而有效地削减了滤袋的磨损，提高了除尘效率和运行的稳定性，为袋式除尘器的结构优化设计供应了依据。 在我国，电力行业是煤炭消耗的最大部门，也是工业粉尘的主要排放部门。随着国家环保治理力度不断加大，对火电厂烟囱出口烟尘排放浓度要求日益提高，要求治理整改的期限也更

2、加紧迫。作为电力行业应用最广泛的的除尘设备之一，对袋式除尘器举行优化改造，提高袋式除尘的除尘效率，具有非常重要的现实意义。 袋式是袋式除尘器的执行部分，袋室内的气流分布直接影响到除尘器的工作性能和使用寿命，气流不均易造成袋室内的布袋的破损，影响到袋室内其他滤袋的除尘效率。袋式除尘设备内部气固两相流淌非常复杂，直接对袋式除尘器流场测试十分困难，因而一般选取CFD技术作为数值模拟的主要分析手段。 近年来，国内外学者针对这方面举行了很多研究。FraunhoferITWM20提出计算流体力学模拟过滤过程的算法。 Croom20提出了一些对进气口和导流板举行优化的改进措施，有一定的借鉴意义。德国INTE

3、NSIVFILTER公司23，24拥有自己特地的CFD部门利用CFX软件对方案前期预估以及袋式除尘器结构举行改进，在除尘器进口段通过加导流片改善内部气流组织，得到良好效果。 徐文亮等11分析了挡板除尘器流场情况，主要分析了前挡板长度和除尘器入口速度两因素对除尘性能的影响，提出了最佳挡板长度，并说明白降低入口速度对除尘器性能优化是有利的。郑辉等13用数值模拟软件对除尘设备进气烟箱放置气流分布板前后气固多相流的分布状况举行了数值模拟，提出了放置气流分布板后的气流分布状况显然优于未放置之前，气流分布较为匀称。 国内外一些袋式除尘企业已开头采用CFD技术，对除尘系统中流场举行定性研究，把握流场分布逻辑

4、，比较各种模型的优点和不足，了解各种袋室结构因素对气流分配的影响。笔者通过采用Fluent软件对改造前后袋室内的气流分布状况举行了对照分析，得到了改善气流分布的方案。 1数值模拟平台的建立 11几何模型及网络划分 研究选取的是下进风袋式除尘器，图1几何模型分为上箱体、中箱体、下箱体(灰仓)、进气口、排气口等几个部分。 模型基本参数为上箱体的长1600mm、宽2200mm、高6000mm，进风管位于上箱体底面位置，灰仓是高1200mm的倒四棱锥，灰斗侧面与水平面呈60°，滤袋直径130mm、长6000mm，滤袋为10排7列，间距是200mm×200mm，共70个滤袋，除尘器总

5、过滤面积1807m2。 因为该除尘器是轴对称图形，因此在Fluent中可采用对称边界条件，建模只取其中一半作计算区域。模型的网格划分采用:上箱体的上表面和滤袋出口面的面网格采用三角形网格，滤袋及上箱体的体网格采用三角棱柱形网格，中箱体的体网格采用三棱柱形网格，除尘器的入口采用正六面体网格，下箱体的体网格采用四棱柱台形网格，见图2。 图2除尘器的几何模型及网格划分 按挨次将滤袋编号，逼近对称面的滤袋编为第1排，远离对称面的滤袋编为第5排，中间2排滤袋依次为第2排、第3排和第4排，每排滤袋在远离进风口侧的编为第1列，依次往后，共分7列，见图3。 12数学模型 假定袋室内部流体是等温不行压缩、作定长

6、流淌，模拟计算选用标准k双方程模型控制方程为: 继续性方程 13数值计算方法和边界条件 因为袋式除尘器内部结构复杂，为利于建立模型及计算便利，做如下假设: (1)将进入袋室内细小颗粒温和体的混合物看作是一种匀称介质。 (2)分离在一定的粉尘厚度的状况下，对内部气流的分配作近似的模拟分析。 (3)建立模型时，只考虑袋室入口至袋式除尘器的花板处为止，不计其他部件的影响。 (4)因为袋式除尘器中滤袋数量浩大，因此，只取袋式除尘器中有限数量的滤袋举行模拟。 (5)因为模型的几何结构具有对称性，因此在模拟中可以取囫囵模型的一半作为计算区域。 由以上假设，本文采用标准的k方程湍流模型、稳态3D分别隐式解算

7、器，压力速度耦合采用SIMPLE算法，对流项选取二阶迎风离散格式，在近壁区采用壁面函数法。滤袋采用多孔跳动模型，在继续相的动量方程中加入附加的黏性损失项，流体穿过介质的压力降满意Darcy公式: 2数值模拟结果及分析 本模型是下进风式袋式除尘器，灰斗没有任何的气流均布装置，进气口面积较小，进气速度较高。 图4为入口风速711m/s，过滤速度1m/min工况的下进风式袋式除尘器流场速度云图。由图4中(a)(e)中可以看到:在气流进入除尘器灰仓后，一小部分气流沿着除尘器上箱体前端墙体高速升高，造成这部分空间间歇速度过大，对逼近墙体滤袋的下部带来冲刷。 又因为在除尘器中被过滤下来的颗粒物向下运动，当

8、颗粒物下降到气流射流处，又会被射流重新带回到上箱体，这样不仅加重了滤袋的负荷，而且以较大的速度冲刷滤袋，同时也使在逼近墙体的滤袋的气流量较大，逼近对称面的滤袋的气流量较小。 图4下进风式袋式除尘器Y轴方向不同截面的速度云图 图5下进风式袋式除尘器Z轴方向不同截面的速度云图 从5图中可以看出在布袋的底部附近(Z=0mm面)气流极不匀称，逼近墙体滤袋附近的气流流量比较大，不仅气流间歇速度过大，超过了设计值，而且气流的含尘体积浓度也很高，对滤袋造成严峻冲刷，这样必定会降低滤袋的使用寿命。 由图5分析可以看出:入口处气流流速比较大，气流间歇速度过大，含尘体积浓度也很高，逼近墙体滤袋附近的气流流量比较大

9、，一部分烟气进入袋室沿滤袋高度升高，烟气在碰到滤袋的阻止后，一部分烟气沿滤袋间隙升高，一部分直接进入滤袋过滤。滤袋出口端速度较大且气流极不匀称，对滤袋造成冲刷，使滤袋内部所受压力不均，极易导致滤袋破裂。 3除尘器改进模型及模拟结果 31除尘器改进方法 针对现有的袋室进气口区域气流不均导致滤袋易破损的缺点，对袋式除尘器的结构举行优化设计，在除尘器的入口处安装了几块渐渐下降的导流板，以转变气体流淌方向，得到几乎匀称的升高气流。 导流板罗列形式不同，除尘器内气流分布也不同。按照除尘器滤袋的列数(n)，如图6所示，在除尘器的入口处安装了7块导流板。 为平分进气口的气流，按照阅历公式(7)可得导流板板高

10、: 式中:Hi为第i个导流板的高度，m;i=1，6;H为进气口的高度;n为滤袋的列数。 32改进后模型的流场分布 图7、图8为添加导流板后过滤速度为1m/min时除尘器不同截面的速度分布结果由图5可以看出，在进风口截面添加导流板后，除尘器袋室内的回流区域进一步缩小，流场也更趋于匀称，尤其是袋室前后两部气流分布有了显然的改善 图7改进后下进风式袋式除尘器Y轴方向不同截面的速度云图 图8改进后下进风式袋式除尘器Z轴方向不同截面的速度云图 为了能越发直观地显示袋式除尘器改进后流场的改善程度，在袋室内不同位置取面积相等的截面，分离计算这些截面改进前后的平均速度，结果示于图9。 图9为除尘器内部气流各滤

11、袋不同工况条件下的改进模型前后气流平均速度分布对照，从图中可以看出:总体上，随着过滤速度的提高，除尘器内部各滤袋平均气流速度的不匀称程度呈增大的趋势。 图(a)(d)为过滤速度为05m/min，1m/min，15m/min和2m/min4种工况的除尘器内部气流分布平均速度改进前后对照，由图(a)(d)可知，在除尘器入口附近加导流板后，高速气流进入袋式除尘器后，气流受导流板的影响，气流的主流方向下移，在导流板的作用下分7股气流匀称地进入上箱体。 分流后气流速度相对较小，气流在进入除尘器后不会对滤袋带来严峻冲刷，并且除尘器内气流分布也比较匀称。因为气流被分流，气流对后墙体的冲击变小，气流始终贴着除尘器下箱体的后墙体运动，回流速度也比原型的速度小，使得除尘器下箱体内气流分布匀称。在除尘器的不同截面，除尘器上箱体中气流间歇速度都小于设计值，没有对滤袋带来冲刷，囫囵除尘器内气流分布匀称。 4结论 (1)在原型中，气流高速冲刷灰斗墙体，一部分气流在灰斗内流淌形成回流，使沉积的粉尘再次卷入气流进入袋室，从而加重了滤袋负