圓筒狀袋式除塵器箱體入口結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

吳振波 李宗波

（沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)，沈陽(yáng) 110870）

圓筒狀袋式除塵器箱體入口結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

吳振波 李宗波

（沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)，沈陽(yáng) 110870）

筒狀袋式除塵器的入口位置及入口方式的不同，對(duì)除塵器內(nèi)部的氣流平穩(wěn)影響很大。采用經(jīng)典流體力學(xué)軟件FLUENT，對(duì)筒狀袋式除塵器的入口位置及入口方式進(jìn)行優(yōu)化仿真，使其內(nèi)部的氣流更加平穩(wěn)，壓力分布更加均勻。結(jié)果表明，入口采用切入式，可有效穩(wěn)定箱體內(nèi)部氣流和減少對(duì)濾袋的沖刷；入口逐漸展開(kāi)、入口位置靠近除塵器上半部分，能有效均衡袋式除塵器的氣流和壓力分布，減少濾袋所受的沖刷和壓力。實(shí)驗(yàn)也表明，濾袋底部所受壓力較大時(shí)，應(yīng)加密濾袋底部的支撐，有助于將濾袋所受壓力轉(zhuǎn)移到支架上。定期順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)濾袋，可使濾袋所受壓力時(shí)間均衡，有效延長(zhǎng)濾袋的使用壽命。

筒狀袋式除塵器 入口 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 氣流 沖刷

引言

近幾十年，我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，大氣污染越來(lái)越嚴(yán)重，霧霾成為許多城市常見(jiàn)的現(xiàn)象。人們對(duì)環(huán)境越來(lái)越關(guān)注，因此研制更好性能的袋式除塵器具有重要的意義。傳統(tǒng)的筒狀袋式除塵器入口是直接接入的，如圖1（左）所示。這種方式使除塵器內(nèi)部氣流比較紊亂，壓力分布極不均勻，局部過(guò)濾風(fēng)速和間隙速度大大超過(guò)設(shè)計(jì)值，氣流的停留時(shí)間短，達(dá)不到過(guò)濾效果，同時(shí)會(huì)使濾袋晃動(dòng)劇烈，甚至出現(xiàn)破袋等危險(xiǎn)事故。所以，對(duì)筒狀袋式除塵器的入口結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究十分必要。本文主要通過(guò)流體力學(xué)軟件FLUENT6.0[1]對(duì)不同的入口方式進(jìn)行數(shù)值模擬。如圖1所示，對(duì)筒狀袋式除塵器的入口結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，得到更優(yōu)的設(shè)計(jì)參數(shù)，使其壓力和流速分布更加均勻，濾袋的使用壽命更長(zhǎng)、過(guò)濾效率更高等。

圖1 筒狀袋式除塵器箱體模型圖

1 有限元模型的建立

1.1 模型參數(shù)設(shè)計(jì)

由于筒狀袋式除塵器中濾袋數(shù)量多且間隙又密，對(duì)網(wǎng)格劃分和計(jì)算要求很高。因此，這次模型的建立對(duì)筒狀袋式除塵器進(jìn)行了小型化和簡(jiǎn)約化處理，處理量縮減為708.12m3/h，且省去了脈沖清灰裝置、底部排灰裝置等。上進(jìn)風(fēng)清灰難，設(shè)備復(fù)雜，基本淘汰；下進(jìn)風(fēng)除塵器由于灰斗處氣流較大，二次揚(yáng)塵更加嚴(yán)重，影響除塵效率和濾袋的使用壽命。側(cè)進(jìn)風(fēng)除塵器對(duì)大風(fēng)量除塵器的應(yīng)用較為普遍，故以側(cè)進(jìn)風(fēng)為例進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。除塵器的除塵參數(shù)，如表1所示。

表1 筒狀袋式除塵器的除塵參數(shù)

筒狀袋式除塵器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下：箱體總高為3000mm，其中灰斗為圓錐型高1000mm，直徑1000mm；入口位于箱體2200mm處，入口設(shè)置為正方形，邊長(zhǎng)為140mm；入口平面通過(guò)圓柱箱體的中心線，入口接近箱體的邊與箱體的距離為20mm，如圖1所示。濾袋為圓柱型，長(zhǎng)1800mm，直徑1200，濾袋間距190mm，一共19個(gè)，1個(gè)灰斗，假設(shè)是封閉的。圖形殼體部分使用Pro/Engineer繪圖軟件繪制，然后導(dǎo)入ANSYS Workbench中繪制濾袋部分。網(wǎng)格劃分是對(duì)入口和濾袋等重要部位采用適當(dāng)加密，以減少計(jì)算誤差，提高計(jì)算精度。

1.2 邊界條件與參數(shù)設(shè)定

計(jì)算控制方程選用標(biāo)準(zhǔn)的k-ε湍流模型來(lái)模擬氣相流動(dòng)，用CO2代替煙氣，入口邊界條件以入口速度為準(zhǔn)。為了防止大顆粒物粉塵在入口煙道內(nèi)的沉積，一般在袋式除塵器的入口前煙道中的氣流速度都要大于10m/s，故入口速度設(shè)為10m/s。出口邊界采用壓力出口邊界條件；濾袋采用多孔介質(zhì)，這樣可使其具有很好的魯棒性（Robust）和收斂性（convergence）[2]；壁面采用靜止壁面。

2 計(jì)算結(jié)果與數(shù)據(jù)分析

2.1 筒狀袋式除塵器內(nèi)部速度分布圖

除塵器的內(nèi)部流速分布圖，如圖2所示。由分析結(jié)果可以看出，入口側(cè)進(jìn)采用直接方式，如圖1（左）與圖2（上），對(duì)正對(duì)著的濾袋有很大的沖刷，而背對(duì)入口側(cè)流速相對(duì)較慢，流速分布及不均勻，可能導(dǎo)致濾袋晃動(dòng)劇烈，嚴(yán)重影響濾袋的使用壽命和箱體內(nèi)粉塵的穩(wěn)定性。側(cè)進(jìn)采用切入式不變徑方式，如圖1（中）與圖2（中），對(duì)靠近入口處濾袋的沖刷相對(duì)減少一些，但靠近入口處與背對(duì)入口處的沖刷相比，靠近入口處的濾袋沖刷依然很嚴(yán)重，影響靠近入口處的濾袋的使用壽命。側(cè)進(jìn)采用切入式變徑方式，如圖1（右）與圖2（下），是三個(gè)中沖刷最小的。濾袋沖刷不嚴(yán)重，每個(gè)濾袋受到?jīng)_刷相對(duì)均勻，除塵器內(nèi)部的流速分布也相對(duì)均勻。如若定期維護(hù)時(shí)，能按規(guī)律旋轉(zhuǎn)濾袋一個(gè)45°，可更加有效地延長(zhǎng)濾袋使用壽命。

圖2 筒狀袋式除塵器箱體速度分布云圖

2.2 筒狀袋式除塵器內(nèi)部壓力分布圖

除塵器內(nèi)部的壓力分布圖，如圖3所示。由圖可以看出，入口側(cè)進(jìn)采用直接方式，如圖1（左）與圖3（上），壓力變化非常明顯，濾袋內(nèi)外的壓差很大，壓力在入口處瞬間釋放，壓力驟變非常明顯。這樣濾袋處的過(guò)濾會(huì)很迅速，不僅達(dá)不到良好的過(guò)濾效果，還嚴(yán)重?fù)p壞了濾袋。側(cè)進(jìn)采用切入式不變徑方式，如圖1（中）與圖3（中），入口壓力是漸漸變小的，濾袋所受壓力稍微大點(diǎn)，整體還算平穩(wěn)。側(cè)進(jìn)采用變徑切入式方式，如圖1（右）與圖3（下），壓力則變小，相當(dāng)于在進(jìn)入除塵器內(nèi)部前有個(gè)緩沖作用；壓力最大值分布在入口彎管處，靠近入口處的幾個(gè)是快速變小，變化迅速；濾袋內(nèi)部的壓力分布更均勻，各個(gè)濾袋所受壓力均衡。但是，這種側(cè)進(jìn)變徑切入式變化過(guò)大，可能會(huì)導(dǎo)致入口處大顆粒的堆積，故也不能變徑過(guò)大。

圖3 筒狀袋式除塵器箱體壓力分布云圖

3 結(jié)論

（1）入口采用側(cè)進(jìn)變徑切入式方式，可有效均衡箱體內(nèi)部的流速和壓力，使濾袋所受沖刷和壓力更加均衡，也可使箱體內(nèi)部的氣流更加穩(wěn)定，有利于清灰等。但是，采用變徑切入式不是變徑越大越好，而是在一定范圍內(nèi)最好。經(jīng)數(shù)值模擬仿，入口面積到側(cè)進(jìn)箱體終點(diǎn)處面積比為1/3左右可滿足條件。

（2）側(cè)進(jìn)口在箱體的位置也很重要。太高，則使氣流由上往下沖刷濾袋；太低，容易使粉塵二次飛揚(yáng)。經(jīng)數(shù)值模擬仿真，在箱體3/4位置左右最好，可使氣流分布相對(duì)更加均勻，過(guò)濾更加平穩(wěn)。

（3）濾袋壓力過(guò)大的部位，應(yīng)該適當(dāng)加密它的支撐架，這樣有助于延長(zhǎng)濾袋的使用壽命和保持濾袋的形狀，提高過(guò)濾效率。

由于數(shù)值模擬中很多條件都是理想狀態(tài)，雖然簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)，但增加了誤差，故還需具體實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。同時(shí)，還存在一些易忽視的問(wèn)題，像粉塵顆粒在濾袋表面的不均衡堆積、大顆粒物對(duì)箱體和濾袋的沖刷等，需進(jìn)一步研究。

[1]陳少華，馮紹杰，趙東林，等.袋式除塵器箱體內(nèi)部流場(chǎng)的數(shù)值模擬研究[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2013，39（2）：29-30.

[2]陳強(qiáng).袋式除塵器內(nèi)氣流均勻性的數(shù)值模擬研究[D].上海：東華大學(xué)，2004.

[3]Rui Zhou，Henggen Shen，Meili Zhao.Simulation Studies on Protector of Pulse-jet Cleaning Filter Bag[J]. Serverse Sciencedirect，2012：426-431.

[4]少華，宋陽(yáng)，王鐵營(yíng)，王艷鵬.下進(jìn)風(fēng)袋式除塵器內(nèi)部流場(chǎng)的數(shù)值模擬[J].東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，35（1）：12-17.

Structure Optimization Design on the Entrance of Tank Body in a Cylindrical Bag Filter

WU Zhenbo, LI Zongbo
(Shenyang University of Technology,Shenyang 110870)

The different entrance location and the way of entrance in a cylindrical bag filter make a big difference to tank internal air. The simulation of the entrance location and the way of entrance optimization design in the cylindrical bag Filter are carried on by one of computational fluid dynamics (CFD) softwares-Fluent in order to make its internal flow more smoothly and pressure distribution more uniform. The results show that, entrance to adopt the way of blades can effectively stabilize tank internal air and reduce scour of the filter bag. Entrance gradually unfolding， entrance near the upper filter can effectively balance the air flow and pressure distribution of bag filter, can effectively reduce a bag of scour and stress. Experiments also show that the pressure is larger at the bottom of the bag , so should be encrypted the support at the bottom of the bag to help to transfer the pressure on the filter bag to the holder. Clockwise rotation bag on a regular basis can make the filter bag uniform pressure distribution and can effectively prolong the service life of the bag.

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