CFD技术在袋收尘器设计中的应用

李勇，王作杰，张松

CFD技术在袋收尘器设计中的应用

Application of the CFD Technology in Bag Filter Design

李勇，王作杰，张松

袋收尘器应如何设计，使得各袋室分风均匀合理，这对于收尘器的滤袋使用寿命至关重要，而袋收尘器进气口的进风角度和风速等因素则直接影响着袋收尘器的使用效果。将现代化的设计方法引入袋收尘器的设计过程，可以有效提高设计质量，缩短设计周期。CFD技术的应用使得流场设计更加科学和准确，可以很直观、清晰地解决实际遇到的相关问题。

某公司2500t/d生产线于2010年8月份正式投产，在2011年2、4、6月份进行过全厂检修，窑尾收尘器从2011年4月份开始出现滤袋破损的情况，并且逐步加重，到7月份时，滤袋破损已经超过40条。破损滤袋主要集中于进气口方向的第三、四室，破损部位分布在滤袋距离袋口100mm距离处（见图1）。从破损位置来看，初步分析应该是滤袋晃动，滤袋和袋笼频繁摩擦造成的破损。但是，通过对现场设备及操作工艺进行分析，并且收集此类型设备的使用信息，发现均未出现过此类现象，且首台该型号设备从2007年年底使用至今一直运行得比较理想，滤袋目前还在使用，而且相关参数均较正常。此外发现，这两年用于其他生产线配套的此类型收尘器也未曾出现过此类问题。因此，在同样工况情况下，出现如此大的设备运行差异，已经很难从设备本身寻找原因。

通过进一步分析和比对，发现这条2500t/d生产线工艺管道与以前存在差别，其进口管道由原来的传统水平进气方式改为上进气方式，而且从循环风机过来的管道与收尘器立面成27°角直接插入总管道（见图2），与从预热器直接过来的热风在进口处直接汇合，形成气体紊流，瞬间在风管内局部形成超过40m/s的风速，导致在第一个灰斗位置处的袋室气流运动不规则，滤袋产生晃动，致使滤袋破损。

为了验证我们的分析，我公司针对该设备工艺管路布置及设备结构进行三维建模，并采用CFD软件对该模型整体进行分析，分别模拟出了这种工况下收尘器内部流场分布情况，进出风管道中截面速度云图及整机速度流线图。模拟结果进一步印证了我们的设想，经过模拟后的流场云图见图3。

其中，1-1，1-2，1-3为原型仿真结果，2-2，2-2，2-3为改进型仿真结果。

从1-1和1-2可见，原型分风不均，高速气流直接俯冲进第一个灰斗，导致第一个灰斗内出现高速涡旋，然后从灰斗溢出进入第二个灰斗，溢出部位正好是第三、四室的位置。不稳定的高速气流冲击第三、四室内的滤袋底部，致使滤袋晃动与袋笼摩擦，最终导致滤袋破损。从2-1看出，在风管内加入导流装置后，使得气流均匀分散进入各个灰斗，气流在整个收尘器通道中运行比较平稳，各室气流分布也比较均衡。从1-3看出，原型气流进入灰斗时运动不规则，且风速较高，约为7～8m/s。从2-3看出，在风道内加入抗扰动导流装置后，气流进入灰斗时规则地贴灰斗壁面运动，且风速明显降低为4～5m/s。

通过实验室三维建模的流场模拟，发现收尘器滤袋破损的主要原因是，工艺管道布置不合理造成气流在收尘器内部分布不均匀，局部出现紊流现象，不规则的高速气流冲击滤袋底部，从而导致袋室内袋笼晃动，滤袋与袋笼加强圈处不断地摩擦。当玻纤（滤料）达到一定的磨损极限时，就出现破损，并随着粉尘的不断进入与侵蚀，破损部位逐渐蔓延，特别是当粉尘在滤袋里面积累到一定程度时，粉尘及滤袋的自重对破损面不断撕扯，最终导致部分滤袋脱落。特别是在一个袋室内，当出现个别滤袋破损时，由于喷吹及分风的影响，势必会逐渐影响到袋室内其他滤袋的使用寿命。

我们根据以上实验及分析结果，特提出以下方案，供业主决策：

由于改造风管工作量大，而且耗费资金和时间较多对业主不利，所以对风管不作改动。但由于整个进风管道汇合处距离太短，无法完全解决局部气流速度过高的状态，故只能在进口总管道上增加导流装置，同时在收尘器风道内部增加抗扰动导流装置。这样改造后，能从两方面解决气流不稳定的情况：首先，当不稳定气流通过进风管道垂直进入袋室时，在入口处的导流装置能将气流均匀布置，使各个袋室风量分布均匀；同时在风道内的抗扰动导流装置使气流速度局部能降到可接受水平（见流场模拟分析结果），保证了滤袋的安全。

经过考虑，业主采纳了上述方案，并于2011年当年完成改造，迄今设备运行一切正常，没有再发生破袋现象。

目前，CFD技术已全面在我公司的收尘器设计和改造工作中推广使用，彻底解决了因袋收尘器分风不均而引起的各种问题，大大提高了产品的合理性和可靠性，成效显著。

TQ172.688.3

B

1001-6171（2012）05-0039-02

通讯地址：中材装备集团有限公司环保分公司，天津 300400；

2012-06-07；

吕 光