袋式除塵器箱體與灰斗進風(fēng)的分析對比

陳華鋒

（合肥合意環(huán)?？萍脊こ逃邢薰?，安徽 合肥 230000）

1 研究背景及研究意義

自從工業(yè)化大生產(chǎn)以來，工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展在促進經(jīng)濟社會發(fā)展的同時，也不可避免的帶來了對環(huán)境的污染，其中工業(yè)粉塵的排放量約為917萬噸?？諝庵械姆蹓m的危害是多方面的，主要的表現(xiàn)為對人體的身體健康造成危害、影響產(chǎn)品的生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量、污染大氣。這就要求相關(guān)企業(yè)對生產(chǎn)工藝中的環(huán)保處理系統(tǒng)進行升級改造，使得排放滿足要求。我國的袋式除塵設(shè)備市場龐大，但現(xiàn)有的用于工業(yè)煙氣粉塵處理的大型袋式除塵設(shè)備，在運行過程中往往達不到預(yù)期的效果，設(shè)備在運行過程中普遍的失效形式有布袋清灰不徹底、濾袋板結(jié)、殼體腐蝕以及設(shè)備進風(fēng)位置布置的不合理，使得煙氣沖刷布袋導(dǎo)致布袋使用壽命嚴重降低，研究出一種高效、耐用以及運行維護成本低的袋式除塵設(shè)備，對于市場與除塵技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。

2 研究內(nèi)容

本文主要圍繞現(xiàn)有技術(shù)袋式除塵設(shè)備在運行所存在的由于設(shè)備進風(fēng)煙道的設(shè)計不合理使得煙氣沖刷布袋，造成破袋等問題展開研究，采用CFD軟件進行氣流模擬，并結(jié)合以往工程經(jīng)驗，對比分析設(shè)備采用箱體進風(fēng)與灰斗進風(fēng)的優(yōu)缺點，研究出一種適合大型布袋除塵設(shè)備的進風(fēng)方式，已解決現(xiàn)有設(shè)備由于氣流分布不均勻所導(dǎo)致的破袋現(xiàn)象，提高布袋的使用壽命。

2.1 總述

可以根據(jù)除塵器圖紙，建立了流場數(shù)值模擬的模型。數(shù)值模擬的起點為布袋除塵器煙氣入口煙道橫截面，認為此處煙氣流速分布均勻；數(shù)值模擬終點為除塵器煙氣出口煙道的橫截面。離除塵器入口越近的倉室流量越小，離入口越遠的倉室流量越大。對除塵器整體進行初步模擬計算時，將布袋區(qū)域整體以多孔介質(zhì)模型進行了近似處理，通過這種處理方法，能夠判斷煙氣在進入各個倉室的流場分布以及在各個倉室的流量分配情況，但每個腔室內(nèi)的流場分布計算結(jié)果并不準確。為了進一步更精確地考察每個腔室內(nèi)的流場分布情況，需要對每個布袋進行建模，并在軟件中將布袋設(shè)置為porous-jump邊界，但此時如果仍對整個除塵器進行計算，則劃分的網(wǎng)格數(shù)量過于龐大，計算時間過長。根據(jù)前期初步計算結(jié)果得知，煙氣進入各個倉室的流量差別僅約為5%，可以認為煙氣在6個除塵室的流量分配基本均勻。且煙氣在進入灰斗前的漸縮管道時橫截面上的流速分布也比較均勻，因此只需對單個腔室進行進一步精確的模擬計算。

1）灰斗進風(fēng)的情況研究分析，以單個除塵腔室作為對象，計算的起點定位灰斗前減縮管的入口橫截面，認為此處煙氣速度分布均勻；計算終點為單個腔室的煙氣出口橫截面。

單個腔室的入口煙氣量設(shè)置為41667m3/h。布袋以porous-jump邊界處理，面滲透率取1×10-11m2，壓力階躍系數(shù)取1×106m-1，厚度設(shè)為2mm。

2）考察指標，設(shè)備采用灰斗進風(fēng)，主要有兩個方面：一是在設(shè)備入口布置均風(fēng)裝置（即均風(fēng)板），煙氣由灰斗進入設(shè)備倉室，然后經(jīng)導(dǎo)流板引導(dǎo)，相對均勻的經(jīng)過濾袋；另一種則是設(shè)備入口未設(shè)置導(dǎo)流裝置，煙氣自灰斗直接進入倉室，然后經(jīng)過濾袋。以往的工程經(jīng)驗表明，對于含塵煙氣自灰斗進入設(shè)備，若煙氣入口未設(shè)置導(dǎo)流裝置，無論煙氣以何種角度進如設(shè)備，煙氣進入設(shè)備后均會產(chǎn)生渦流以及湍流現(xiàn)象，對布袋底部以及下表面?zhèn)让娴臎_刷均十分嚴重，嚴重影濾袋的壽命，設(shè)備的運行效果。而對于含塵煙氣自灰斗進入設(shè)備，若煙氣入口設(shè)置相關(guān)導(dǎo)流裝置，則相對于不設(shè)導(dǎo)流板的方案，該方案能稍微緩解含塵煙氣對于布袋的的沖刷，延長布袋使用壽命，下面就含塵煙氣由灰斗進入設(shè)備倉室，然后經(jīng)導(dǎo)流板引導(dǎo)的方案，結(jié)合氣流模擬軟件CFD進行研究分析。

經(jīng)過計算，單個腔室模型內(nèi)的流線分布圖如下：

通過以上圖可以看出，煙氣經(jīng)過彎頭進入灰斗后，一部分被導(dǎo)流板阻擋轉(zhuǎn)折向上，另一大部分由導(dǎo)流板下方經(jīng)過沖擊到灰斗外側(cè)壁面。且計算結(jié)果表明，盡管導(dǎo)流板對煙氣有引導(dǎo)作用，但是導(dǎo)流裝置對含塵煙氣的引導(dǎo)量很小，無法達到預(yù)期的效果，大部分煙氣經(jīng)導(dǎo)流板下方流過沖擊到灰斗的壁面。

上述研究表明，灰斗進風(fēng)方案盡管在入口設(shè)置了導(dǎo)流裝置，緩解了煙氣對布袋的沖刷，但無法從本質(zhì)上解決此類問題，煙氣進入灰斗后，含塵煙氣仍會在灰斗內(nèi)部形成渦流及湍流，沖刷布袋。

3）箱體進風(fēng)的情況研究分析，以單個除塵腔室作為對象，計算的起點定位灰斗前減縮管的入口橫截面，認為此處煙氣速度分布均勻；計算終點為單個腔室的煙氣出口橫截面

單個腔室的入口煙氣量設(shè)置為41667m3/h。布袋以porous-jump邊界處理，面滲透率取1×10-11m2，壓力階躍系數(shù)取1×106m-1，厚度設(shè)為2mm。

4）考察指標，通過模型內(nèi)的煙氣流線圖考察煙氣在除塵室內(nèi)部的氣流分布情況。截取箱體進風(fēng)截面，通過該截面的速度矢量圖，考察煙氣在進入除塵室時橫截面上的流向情況。在布袋區(qū)域底部截取濾袋底板截面，通過該截面的速度分布云圖和速度矢量圖，考察煙氣到達布袋區(qū)域底部時的流場分布情況。布袋外表面的煙氣流速對布袋的磨損起重要作用。對于布袋的底端，加速布袋磨損的因素是煙氣在水平方向的運動；而對于布袋的側(cè)面，影響布袋磨損的因素既有煙氣在水平方向的運動，也有煙氣在豎直方向的運動。因此，對于布袋底面，考察煙氣在水平方向速度分量的大小；對于布袋側(cè)面，考察煙氣流速大小。

同理按照設(shè)備采用箱體進風(fēng)，也可分為兩個方面：一是在設(shè)備入口布置均風(fēng)裝置（即均風(fēng)板），含塵煙氣由箱體進入設(shè)備倉室，然后經(jīng)導(dǎo)流板引導(dǎo)，相對均勻的經(jīng)過濾袋；另一種則是設(shè)備入口未設(shè)置導(dǎo)流裝置，煙氣自灰斗直接進入倉室，然后經(jīng)過濾袋。以下分別結(jié)合氣流模擬軟件CFD對兩種箱體進風(fēng)方案展開進行研究分析。

5）未在設(shè)備入口段設(shè)置導(dǎo)流板的情況

經(jīng)過計算，模型內(nèi)的流線分布如下：

（濾袋底部截面圖）

可見單個除塵室與除塵器整體的數(shù)值模擬所得出的煙氣流場分布結(jié)果基本一致，煙氣由進氣煙道斜向進入灰斗后，在灰斗內(nèi)發(fā)生橫向旋轉(zhuǎn)。

在箱體進風(fēng)截面面上，煙氣在X、Y、Z三個方向上都有速度分量，由于該圖是俯視角度，所以展示的是煙氣在X、Z方向即水平方向上的分量。由圖可知，煙氣從進氣煙道進入單個除塵室時，由于慣性作用在X軸方向仍有速度分量，導(dǎo)致灰斗內(nèi)氣流繞Y軸產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。

通過濾袋底部截面圖可以看出煙氣到達布袋底部時，仍在繞Y軸旋轉(zhuǎn)，因而煙氣相對于布袋底部仍有較大的切向速度。在布袋下方煙氣含塵量濃度較高的情況下，這種切向速度會對布袋產(chǎn)生較嚴重的磨損。這對布袋的壽命很不利。

6）在設(shè)備入口段設(shè)置導(dǎo)流板的情況

經(jīng)計算，在設(shè)備入口段設(shè)置導(dǎo)流板的方案模型內(nèi)的流線如下所示：

由以上視角的流線圖可看出，在進風(fēng)分煙道內(nèi)添加導(dǎo)流板后，煙氣進入單個除塵室時在X方向的速度分量基本被消除，在灰斗內(nèi)沒有產(chǎn)生明顯的繞Y軸旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，而改為繞X軸產(chǎn)生渦旋。但由圖可以看出，盡管在繞X軸的方向產(chǎn)生了渦旋，但渦旋流速較小，對布袋沖刷的影響不是很大。

通過對濾袋底部截面即布袋區(qū)域底部的煙氣速度矢量圖分析，未設(shè)置導(dǎo)流裝置相比，布袋區(qū)域底部的速度矢量不再呈繞中心旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。

3 結(jié)語

通過以上研究結(jié)果表明，袋式除塵設(shè)備的兩種下進風(fēng)方式（灰斗進風(fēng)與箱體進風(fēng)），采用灰斗進風(fēng)的方式，并在設(shè)備入口設(shè)置導(dǎo)流裝置，盡管能從一定程度上緩解煙氣進入灰斗后所形成的渦流及湍流現(xiàn)象所引發(fā)的布袋底部水平風(fēng)速對濾袋的沖刷，但卻不能從根本上解決此類問題。而相比于箱體進風(fēng)來講，盡管設(shè)備采用箱體進風(fēng)需抬高箱體，增加了設(shè)備的建設(shè)成本，但能解決布袋底部水平風(fēng)速對濾袋的沖刷，從而延長濾袋的使用壽命。