直通式布袋除尘器气流均布的数值研究

张彦婷

Zhang Yanting

（大唐环境产业集团股份有限公司 北京 100097）

(Datang Environment Industry Group Co.,Ltd,Beijing,100097)

直通式布袋除尘器气流均布的数值研究

张彦婷

Zhang Yanting

（大唐环境产业集团股份有限公司 北京 100097）

(Datang Environment Industry Group Co.,Ltd,Beijing,100097)

本文利用CFD软件对直通式布袋除尘器内部流场进行模拟，在袋区增加导流装置后不仅使进入布袋区域的平均速度减小，同时使进入各袋室的流量偏差减小，为直通式布袋除尘器的结构改进提供了依据。

直通式布袋除尘器；数值模拟；槽形板

1 前言

工业的高速发展带来的环境问题越来越严峻，国家及各地逐渐对烟气颗粒污染物做出细致和强制性的要求，特别是排放标准要求越来越高，对除尘设备的性能也提出了更高的要求，布袋除尘器具有高除尘效率、结构简单、运行稳定、维修方便等优点,是一种除尘性能优异、能满足当前《环境保护法》严格要求的、值得信赖的除尘设备。

直通式布袋除尘器以其占地面积小、压降低、维修部件少的特点在电厂得到了广泛应用，但除尘器内烟气流场分布不合理等因素，在其使用及大型化过程中仍然存在内部件磨损、布袋局部破损和除尘效率降低等问题，特别是直通式布袋除尘器，与常规布袋除尘器进气方式不同，对气流均匀性分布要求更高。所以，在布袋除尘器设计前，可利用数值模拟的方法对设备进行数值计算，优化结构，模拟结果用于指导工程设计。本文以发电厂350MW机组直通式布袋除尘器为例，利用CFD对除尘器设备进行1:1建模计算，对增加导流装置前后的流场进行了模拟，根据计算结果选择最佳的导流装置结构，用于除尘器设备的设计依据。

2 模型建立及边界条件设置

2.1 物理模型

350MW机组锅炉配置两台除尘器，每台除尘器型号为双列三室结构，平进平出，不设中间烟道。进口喇叭内布置两层孔板，出口位于净气室一侧，与净气室联通，除尘器顶部不再设置出口烟道。除尘器外形图如图1主视图和图2侧视图所示。

图1 除尘器主视图

图2 除尘器侧视图

2.2 软件介绍

计算流体力学（Computational Fluid Dynamic,CFD）是用数值方法在计算机中对流体力学的控制方程进行求解，从而可预测流场的流动。计算流体力学在最近20年得到了飞速的发展，其计算方法和理论模型及技术不断完善和丰富，并在科研和工程应用中得到了广泛的应用。数值模拟技术的优势在于能够突破实验环境的空间与参数限制，经济高效的解决实际问题。

2.3 三维建模及网格划分

除尘器为对称结构，网格越多占用计算机空间较多，为使计算结果更精确，选用较小的网格进行划分，所以在计算机空间一定的情况下，选用一台除尘器的单列进行三维建模。建模范围包括进口喇叭及孔板、壳体、灰斗、净气室、除尘器出口以及所有滤袋。进口喇叭内部均流孔板全部按实际布置来进行建模，没有采用多孔介质模型，目的在于更接近于真实值。除尘器本体采用混合网格划分，由于进口喇叭内包含孔板，因此采用非结构化网格，其它区域均为结构化网格，最差整体网格质量0.3，满足计算模拟要求。三维建模图如图3～4。

图3 进口喇叭及孔板建模图

图4 除尘器网格图

2.4 边界条件设置

每台炉烟气量为1950000m3/h，每台炉配备两台除尘器，因此每台除尘器的处理烟气量为975000m3/h，则单列除尘器处理风量487500m3/h，单列除尘器滤袋数量2160条，规格为Φ160x8350mm，过滤面积为9066m2，则过滤风速约为0.9m/min。

喇叭进口断面的当量水力直径D：D=2ab/(a＋b)=3.23 m，其中 a=3m，b=3.5m

经过核算除尘器内雷诺数达到了106，可知内部烟气流动属于高湍流度湍流流动，需要使用湍流模型进行描述，由于除尘器内存在旋转、分离等现象，选用比k-e湍流模型更准确的k-w，这种模型可以保持雷诺应力与真实湍流一致，考虑湍流各向异性等，在计算强旋流、分离流和射流的扩散速度时具有优异表现。对流项的差分格式选用二阶格式精度，并且在计算旋转流动时具有比一阶格式更大准确度。除尘器壁面采用无滑移壁面边界条件，壁面边界层湍流模型采用壁面函数法计算。除尘器进口选用速度进口，出口采用自由出流。

3 计算结果与分析

常规布袋除尘器一般仅在进口喇叭内布置两层均流孔板达到袋区的气流均布，本文首先对只布置孔板的布袋除尘器进行了模拟，存在局部风速偏高、冲刷滤袋、各袋区流量偏差大的问题，在此基础上对均流孔板进行改进，在袋区增加导流装置，使各袋区流量偏差小于5%，烟气到滤袋的速度均小于1.2m/s，避免了烟气对滤袋的冲刷。

为防止烟气直接冲刷滤袋，使烟气进入袋区能充分扩散，靠近进气口的第一袋区滤袋布置较少，滤袋到进口喇叭出口留有一定空间。两列除尘器中间顶部需要布置气包，使得侧部滤袋到壁板有一定距离。对布袋区域进行分区，对每一个区域的流量分布进行计算，统计各袋区的流量分配，计算各袋区的流量偏差。布袋区域分区图如图5所示。

图5 布袋除尘器分区图

3.1 原结构的数值计算

除尘器一般只在进口喇叭内布置两层均流孔板，第一层孔板开孔率35%，第二层孔板开孔率45%。袋区各分区的流量偏差见表1。从表中数据看出，各布袋分区流量偏差较大，靠近进口方向和出口方向的流量偏大，原因在于：1分区和2分区靠近烟气进口方向，一部分烟气从正面直接冲到滤袋迎风面；15分区和16分区处理烟气量偏多是因为大部分烟气从滤袋下部直冲到除尘器后部袋区。

表1 袋区分区的流量偏差表（优化前）

3.2 结构改进后的计算结果

3.2.1 结构改进设想

针对上述问题，对结构进行优化改进，改进结构如下：

（1）原有均流孔板开孔率不变，仅侧切一段（袋区有通道一侧），使更多的烟气导流到布袋区域侧面通道；

（2）在进风喇叭口出口迎风面设置槽型板，避免来流方向流速过大对布袋造成冲击；

（3）在侧面1、3袋区和13、15袋区设置槽型板，避免高流速冲击。

把原有均流孔板侧部开全孔的目的在于使更多的烟气进入袋区侧部通道，减少滤袋下部的烟气量；在布袋迎风面和侧部通道设置槽型板的目的是为了防止高流速的烟气对布袋造成

图6 槽形板布置三维视图

直接冲刷，同时起到均流的作用。增加槽形板后的结构见图6。

3.2.2 结构改进后的计算结果

结构改进后各袋区的流量偏差见表2，和原有结构相比，流量偏差降低很多，最大流量偏差小于5%，说明各袋区流量分配均匀，符合布袋除尘器流量分配均匀的标准。

表2 袋区分区的流量偏差表（优化后）

结语

本文利用CFD软件对某电厂350MW机组用直通式布袋除尘器内部流场进行了模拟，并对结构进行了改进，原有结构存在气流分布不合理，部分袋区滤袋存在烟气冲刷现象，导致局部阻力增大，滤袋使用寿命缩短，通过数值模拟的方法对在喇叭出口和侧面通道增加槽形板导流装置后的结构进行计算，结果显示各袋区风量较优化前均匀，各袋区流量偏差＜5%,同时槽形板也防止烟气直接冲刷前排和侧部通道区滤袋。计算结果表明，优化结构满足布袋除尘器气流分布均匀的要求，可用于工程设计指导。

[1]石增斌.布袋除尘器技术及其应用.煤炭技术.2006,25(1):123-125

[2]王福军.计算流体动力学分析—CFD软件原理与应用[M].北京:清华大学出版社,2004.212.

[3]张涤宇.电解铝烟气布袋除尘器内流场数值模拟[D].武汉:华中科技大学，2009

[4]毛锐,刘根凡等.布袋除尘器结构改进的数值模拟研究.环境工程.2014,77-81

Numerical Analysis and Study on Gas Flow Distribution of Straight-Through Flow Bag Filter

The article uses CFD to simulate the flow field inner bag filter,increases guiding device to make the average velocity into bag decrease,at the same time make the flow deviation of each bag area reduce,providing a basis for the improvement of the structure of the straightthrough flow bag filter.

Straight-through flow bag filter numerical simulation trough plate

张彦婷（1981-），女，硕士研究生，主要研究方向：布袋除尘器的设计及优化。