CFD在布袋除尘器系统气流均布中的应用

张彦婷

摘 要：文章以大唐国际北郊电厂2×350MW机组配套布袋除尘器系统为物理模型，进行三维建模和数值分析，通过计算在进风烟道和除尘器内部设置合理的导流装置，使进入各列除尘器的流量分配和除尘器各袋区的处理风量满足均匀性要求，提高布袋除尘器的使用性能。

关键词：布袋除尘器;导流叶片;流量分配;数值计算

1 绪论

大唐国际唐山北郊热电联产一期项目工程建设安装2台350兆瓦超临界燃煤湿冷供热机组。该项目是唐山市路北区和高新区最主要的集中供热热源，两台机组建成后供热面积可达1555万平方米。本项目要求除尘器满足如下要求：除尘效率≥99.97%，出口粉尘排放浓度≤15mg/Nm3，压力损失不大于1000Pa。

2 布袋除尘器系统建模及软件介绍

2.1 数值计算思路

本项目两台除尘器对称布置，可选择一台除尘器进行数值建模计算。为保证进入两列除尘器的烟气量满和除尘器各袋室处理烟气量满足要求，本文分别对进风烟道和除尘器本体进行建模计算。首先对进风烟道进行模拟，增加导流板，使进入两列除尘器的流量分配满足要求;其次对布袋除尘器本体进行建模计算，在布袋除尘器内部增加导流管和导流叶片，使进入每个袋室的流量分配满足均匀性要求。布袋除尘器系统三维模型见图1所示。

为便于比较各袋室滤袋处理风量，把进风烟道分为左、右烟道，除尘器左右两列3个袋室各分成12个区域，如图2所示。

2.2 计算软件介绍

本研究中CFD模拟软件采用目前国际上比较先进的商用CFD软件包-ANSYS FLUENT。与流体流动、热传递及化学反应等有关的工业均可使用。它具有丰富的物理模型、先进的数值方法以及强大的前后处理功能，在航空航天、汽车设计、石油天然气、涡轮机设计等方面都有着广泛的应用。ANSYS FLUENT软件针对各种复杂流动的物理现象，采用不同的离散格式和数值方法，使其在特定的领域内计算速度、稳定性和精度等方面达到最佳组合，从而高效率地解决各个领域的复杂流动计算问题。

3 进风烟道导流板设置及计算结果

根据实际工况的布袋除尘器入口烟气量计算得到进入进风烟道中的烟气流速为16.3m/s（282.7kg/s），在进风烟道入口处设置为速度入口，并在两个出口处设置为压力出口。

在未设置流量分配板之前，经由两个出口流出的烟气流量分别为125.5kg/s和157.2kg/s，相对偏差（相对于理论的平均流量141.3kg/s）达±12.6%，未达到流量分配小于5%的要求。

导流板设置方案：在进风烟道的T型分支口处，添加一块用于流体分配的导流板，如图3所示。计算结果表明，在进风烟道中增加导流板之后，经由左、右两个进风烟道出口的烟气流量分别为139.2kg/s及143.5kg/s，相对于理论均值为±1.5%，满足进入两列除尘器流量分配≤5%的要求。

4 布袋除尘器本体建模及计算结果

根据多年布袋除尘器导流板设置经验和多次模拟方案，布袋除尘器进口喇叭均布板和袋区导流装置设置方案如下：第一层多孔板开孔率0.45，第二层多孔板开孔率0.5，多孔板上开孔直径96mm。两层多孔板上开传统截面形状的通道，开孔使用斜开孔形式（即通道中心不处于同一水平线上），导流管直接接在第二层多孔板上，进入袋区之后，导流管端头处于第5、6组布袋区下方，设置3片导流板，导流管侧面设置竖直的立板;灰斗上部加入7片导流叶片，导流叶片长2000mm，宽500mm，倾斜角55°。导流管和导流叶片设置如图4所示。图中1为导流管，2为导流叶片，3为导流管端部导流叶片。图5为导流管和导流叶片放大示意图。

下表为各袋区的流量分配情况。从表中可以看到，各组布袋的无因次化布袋均流量分配较为均一，最大偏差在±5%之内，能够滿足袋区各袋室流量分配的要求。

5 总结

（1）进风烟道中设置导流板后，使进入左、右两列除尘器的流量分配由±12.6%降为±1.5%，满足流量分配≤5%的要求。

（2）在布袋除尘器内部设置导流管和导流叶片，使各布袋区域的流量分配最大偏差值<5%，满足要求。

（3）布袋除尘器的压力损失为882Pa，满足≤1000Pa的要求。

本文利用CFD三维模拟软件分别对布袋除尘器进风烟道和除尘器本体内部设置导流装置进行了计算，从计算结果显示，所设置的导流装置满足流量分配要求，可用于指导工程项目设计。

参考文献：

[1]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.

[2]Launder B E.Spalding D B.Lectures in Mathematical Models of Turbulence[M].London：Academic Press，1972.