下进风袋式除尘器内部流场的数值模拟.doc

8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进行了研究发现原设计方案存在气流分布不均匀、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均匀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减少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提供了依据。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越发紧迫。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进行优化改造提高袋式除尘的除尘效率具有十分重要的现实意义。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动十分复杂直接对袋式除尘器流场测试非常困难因而一般选取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进行了许多研究。FraunhoferITWM［20］提出计算流体力学模拟过滤过程的算法。Croom［20］提出了一些对进气口和导流板进行优化的改进措施有一定的借鉴意义。德国INTENSIVFILTER公司［2324］拥有自己专门的CFD部门利用CFX软件对方案前期预估以及袋式除尘器结构进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状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了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情况进行了数值模拟提出了放置气流分布板后的气流分布情况明显优于未放置之前气流分布较为均匀。国内外一些袋式除尘企业已开始采用CFD技术对除尘系统中流场进行定性研究掌握流场分布规律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情况进行了对比分析得到了改善气流分布的方案。1数值模拟平台的建立1．1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个滤袋除尘器总过滤面积1807m2。由于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顺序将滤袋编号靠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。1．2数学模型假定袋室内部流体是等温不可压缩、作定长流动模拟计算选用标准k－ε双方程模型控制方程为:连续性方程1．3数值计算方法和边界条件由于袋式除尘器内部结构复杂为利于建立模型及计算方便做如下假设:(1)将进入袋室内细小颗粒和气体的混合物看作是一种均匀介质。(2)分别在一定的粉尘厚度的情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)由于袋式除尘器中滤袋数量庞大因此只取袋式除尘器中有限数量的滤袋进行模拟。(5)由于模型的几何结构具有对称性因此在模拟中可以取整个模型的一半作为计算区域。由以上假设本文采用标准的k－ε方程湍流模型、稳态3D分离隐式解算器压力－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。滤袋采用多孔跳跃模型在连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足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7．11m/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上升造成这部分空间间歇速度过大对靠近墙体滤袋的下部带来冲刷。又由于在除尘器中被过滤下来的颗粒物向下运动