基于CFD软件的静电除尘器中重锤及其定位装置的分析与优化

李 凯，谢云辉 ，杨兴权，任必锐

(1.江苏苏盐井神股份有限公司第三分公司，江苏 淮安 223000；2.淮阴工学院，江苏 淮安 223003 3.江苏省制盐工业研究所有限公司，江苏 淮安 223000)

静电除尘器广泛应用于火电、水泥、煤矿、纯碱、化工等行业，大大降低了工业生产中的粉尘，减少了环境污染和保障了工人的安全。静电除尘器内部包括几十根阴极线通过接口与上方支撑板连接，支撑板由固定板固定在静电除尘器壳体上，阴极线下方挂着重锤，重锤固定在连接杆上，静电除尘器最下部为排水池。而重锤作为固定阴极线的装置，它的使用周期也很大程度影响着静电除尘器的工作效率[1]。重锤固定装置是用来定位重锤，同时让重锤在喷淋系统冲刷灰尘时保持位置不动。

1.固定板 2.支撑板 3.接口 4.阴极线 5.重锤 6.重锤固定装置 7.连接杆 8.排水池图1 静电除尘器内部结构图

1 静电除尘器中重锤存在的问题

在静电除尘器实际工作过程中,重锤表面长期受喷淋水周期性的冲刷作用，易出现腐蚀、突起变形，进而导致重锤直径增大，并与重锤固定装置贴合，导致重锤无法上下滑动，无法起到对放电线的拉紧作用，所以对静电除尘器中重锤固定装置进行防水方面的改进尤为重要。

2 重锤固定装置结构优化设计

在原有重锤装置基础上，加装一定角度倾斜的防水板，接触部分使用具有伸缩性的防水橡胶圈，利用参数建立三维模型，为防水性能模拟仿真提供基础。

用CFD软件在我们进行流体分析计算时会使用到一个流质模型,流质模型是针对具体的研究目标对象进行了抽象化,保留了研究目标的主体,忽略了一些次要的因素。经由实地勘察学习得到具体的结构参数见表1[2]。

传统重锤及固定装置结构包括阴极线用扎头连接下方的重锤，固定环一端通过安装杆焊接在电除尘器主体上，一端是内径比重锤直径稍大的固定环。本优化设计方案是在原有基础上加装带有橡胶套的挡水板(挡水板与水平面角度为20°)，一端橡胶套利用其伸缩性与重锤紧密配合，另一端开设一孔，可容许安装杆通过，起到支撑作用。整体三维结构图如图2所示，部分连接细节由于对本文CFD模拟分析没有影响，故没有在三维模型中体现。

表1 模型结构参数

3 重锤及其固定装置防水性能对比仿真模拟

3.1 重锤及其固定装置防水性能仿真整体思路

用CFD软件进行流体仿真验证结构的合理性是现阶段非常流行的手段。本文首先利用Ansys中的Mesh模块进行网格划分，然后仿真模拟得到对比的云图和相质量表，最后进行结论分析[3]。

3.2 网格划分及局部加密

用Mesh模块进行网格划分得到四面体网格，发现挡水板与橡胶套附近网格过于稀疏，而这部位对仿真结果影响很大，所以对其进行网格加密，网格单元尺寸由系统默认的3.75 mm减少到1 mm,网格单元数由原来的96 017个提升到了109 302个，大大增加了网格密度，如图2所示。

图2 网格划分加密处理后效果图

3.3 流量分布仿真图形建立

利用CFD软件对加装带橡胶套防水板前后重锤及固定装置表面进行流体仿真，具体方案是以0.5 m/s的喷淋水从上而下流经重锤表面，由于环境温度对流体流动影响不大，故设置环境温度参数为290 K,重力加速度9.8 m/s2,模拟流体在其表面的流量分布情况，验证防水性是否显著提升。结果如图3所示。

图3 加装防水板前后重锤表面流体流量分布图

从图3左图中看出，在未加装挡水板的情况下，重锤及固定装置附近流量分布图表明该区域在喷淋水向下冲击时，有大量的液体滞留，而右图加装了防水板后，大量喷淋水顺着挡板流下，此时几乎没有喷淋水在重锤上滞留，防水效果十分显著，解决了重锤在喷淋水长期冲刷下受到侵蚀的问题，进一步提高了静电除尘器的工作效率。

3.4 相质量分布图表

根据上一步所得的仿真数据，利用软件得出重锤及其固定装置附近的流体相质量流量对比分布图如图4，其中横坐标代表时间(单位s),纵坐标表示流体相质量流量(单位g/s)。

图4 加装防水板前后重锤表面相质量流量随时间对比分布图

选取了流量稳定的500～700 s的时间段制成了如图4所示的流量随时间的分布图，左图中可以看出，在未加上优化设计的挡水板前，重锤表面的流量很大，且从线条的变化不大可知，流体在重锤表面滞留时间长，而加装挡水板后，流量分布较之之前要小很多，另外从右图可以明显看出流量随时间变化波动很大，从可以得出流体在重锤表面无法稳定滞留，综上加装挡水板后防水性能显著。

4 结 语

本文优化设计的具有防水性能的重锤固定装置，通过与传统固定装置的对比，验证了新型固定装置的防水性能，很大程度上保护了重锤，延长了重锤的使用时间，进而进一步提高静电除尘器的工作效率。挡水板与水平面成20°角已经取得了很好的防水性能，故没有对挡水板的角度进行进一步对比分析，为今后研究预留了改良空间。与此同时这种新型的设计也对此装置应用于其他需要重锤的领域提供了可能。