布袋除尘器内部导流装置设计优化研究

2018-11-12张彦婷张丽丽大唐环境产业集团股份有限公司

节能与环保 2018年10期

文_张彦婷张丽丽大唐环境产业集团股份有限公司

1 除尘器结构及研究目的

布袋除尘器结构为“中央进风”，即除尘器中间布置进风烟道，在中间烟道内每袋室设置两个进风支管，烟气沿支管进入袋室，每台除尘器沿气流方向分为三个袋室，一共设置有6个分室支管。原布袋除尘器未设置导流装置，使得进入各室的气流分布不均，各室的滤袋破损不均匀。趁除尘器大修机会，利用ANSYS FLUENT软件对布袋除尘器在进风烟道设置不同规格的导流板进行模拟计算，选择最优的布置方式，使得进入各袋室的气流分布均匀，除尘器的除尘效率、压力损失等性能都达到最优。

2 三维模型及流量分配判据

2.1 三维模型建立

除尘器各室中的布袋数量庞大，对于其物理建模可以适当简化，将各袋室布袋视为若一个过滤单元。此外，该项目中除尘器主体为关于平面的对称形式，因此在对该除尘器进行计算时仅计算一半的结果，在对称平面处设为对称边界。

在本模拟中，为便于分析比较模拟计算后进入各袋室的流量，将沿烟气运动方向上的烟气各袋室支管依次命名为1～6，三维建立图形和各支管编号如图1所示。

图1 除尘器入口烟气分布支管编号示意图

2.2 流量分配均一判据

在使用ANSYS FLUENT对烟气流动的算例进行模拟时，通常采用残差法判定收敛。一般认为，各方向速度、湍流尺寸等参数的残差降低至10-4～10-3数量级且保持稳定即可认为模拟计算达到收敛。因此，对于纯流动现象的工业级反应器的数值模拟，计算步数达到104基本即可。

但对于本模拟计算的情况而言，以上判据并不能够完全适用。如图2所示为模拟计算过程的残差与计算步数之间的关系。从图中可以看出，当计算步数达到12000时，连续方程、各方向的速度残差均降低至10-3以下，且残差保持稳定。

图2 模拟步数和残差的关系

本文计算的重要目的之一为通过导流板的设计优化实现进入除尘器袋室各支管的流量分配均匀，故对于通过支管截面处流量的监测尤为重要。图3所示为各个支管截面处的流量与计算步数之间的关系。从图中可以看出，当达到满足要求或稳定的残差时，各个支管截面的流量仍处于显著变化尚未稳定的阶段。产生这种现象的原因可能在于，在烟气流动的过程中存在六个支管，其中任意一个支管截面上的速度分布的变化均会导致其余截面的流量的变化。因此，单纯依靠残差对流动的稳定进行判定并不合适，本文的计算是通过监视目标截面处的流量来进行判定。

图3 支管截面的流量和计算步数之间的关系

3 入口导流板设置及计算结果分析

本文研究主要思路是在现场安装条件允许的条件下，通过增加导流板的数量、改变导流板的位置和角度，从而得到满足均流要求的导流板设置。

3.1 工况1

原除尘器未设置导流板，其三维建模图见图4。

图4 工况1未设置导流板三维模型

经过计算，各支管流量分配见表1。

表1 工况1未设置导流板各支管流量分配

从表1各支管流量分配结果来看，由于除尘器入口处无导流板的引导，使得烟道远端的支管5和支管6流量较大，尤其是支管6出现了高于50%的偏差。因此，需在烟道内设置导流板，调节进入除尘器各袋室的气流分布。

3.2 工况2

在烟道入口处布置5块200mm×800mm导流板，导流板倾斜角度均设为11°。导流板布置见图5。

图5 工况2导流板布置示意图

经过计算各支管流量分配见表2。

表2 工况2各支管的流量分配

从表2中可以看到，相对于工况1未设置导流板的情况，工况2设置导流板后的流量分配有了较大的改善，尤其是支管6的无因次化流量由1.634降低至1.263，但支管5的流量却有了显著升高，由1.131增大至1.398。同时，支管2～4的流量偏小的问题仍未得到解决。

3.3 工况3

在工况2的基础上，保持导流板的尺寸和位置不变，导流板倾斜角度更改为：11°、16°、16°、16°、16°，同时在第二、四个支管口处各添加一块导流板，导流板的倾角为35°，尺寸为200mm×800mm。计算后各支管流量分配见表3。

表3 工况3各支管的流量分配

在支管2和支管3上方各增加一块导流板，调节进入支管2和支管3的流量，目的在于进一步降低进入支管5和6的烟气流量。从表3中数据可以看到，此时支管5和6中的无因次化烟气流量已经降低至1.076和1.115，已经接近均一的要求。更为重要的是，此时进入支管3和4的流量也得到了升高，分别由0.788和0.826增大至0.894和0.919，说明在支管2和3上方增加的导流板起到了双重的作用。结果表明，改进之后进入支管2的烟气流量也得到了显著地提升，各支管的流量已经接近偏差≤5%的要求了。