除尘器

布袋除尘器挡板和导流板对气流分布特性的影响

作者:广州新瑞环保    来源:www.xinruiep.com    发布时间:2019-01-28 14:28:42

摘要:采用计算流体力学方法对1x410t/h锅炉的布袋除尘器进行三维流场的数值模拟,考察整个除尘系统的烟气流量分配、速度及压力的内部分布规律。通过对烟道入口和除尘室入口合理布置导流板和挡板,改善气流的分布情况。这一方法和结果为同类布袋除尘器的流场优化提供参考。

关键词:布袋除尘器;流场;挡板:导流板;数值模拟

布袋除尘器是近年来发展起来的一种高效除尘装置,除尘效率不仅与滤料本身性能有关,还与其内部流场相关。布袋除尘器的内部流场是复杂的三维流场,流场分布的均匀性无法通过计算获知;在实际设计中,布袋除尘器内部结构参数一般通过经验值设定,存在盲目性。近年来,随着流体动力学计算软件FLUENT的出现和应用,逐步采用数值模拟方法研究布袋除尘器内部烟气流动规律,大大减少物理实验的次数。通过FLUENT数值模拟可优化布袋除尘器内部结构,以便得到更均匀的流场分布,为布袋除尘器的优化设计提供可靠依据。本文利用FLUENT对某工程1×410t/h锅炉的布袋除尘器进行三维流场的数值模拟,考察整个除尘系统的烟气流量分配、速度及压力的内部分布规律,以期为布袋除尘器中导流板的设计和优化提供理论依据,进而优化布袋除尘器内部流场。

1计算模型

1.1结构模型及网格划分

数值模拟分析的对象为1×410t/h锅炉的布袋除尘系统,布袋除尘器设计压力小于1300Pa,设计温度为200℃,除尘效率大于99.9%。该系统为三室六单元的左右对称结构,共用一个入口烟道和出口烟道,出口、入口烟道由风道隔板隔成上、下两个独立的通道。除尘室单元左右对称,故选取布袋除尘器的左部结构进行模拟,示意图见图1,箭头为烟气流动方向。

布袋除尘器挡板和导流板对气流分布特性的影响1.JPG

在烟道入口处设置一组导流板,使烟气均匀分布到各个除尘室入口。在除尘室入口与布袋束之间设置挡板,避免烟气直接冲击布袋造成入口处布袋负荷过重,而其余部位布袋负荷过轻的现象,尽可能使速度场分布均匀。设计中,挡板上部一般高出除尘室入口一段距离,挡板下部比布袋底部长一段距离,但是不进入灰斗部分。

划分网格时,为了减少网格数量并尽可能划分出规则网格,根据流场特性和几何形状的复杂程度,采用split命令将模型分割为多个块,然后进行网格划分。网格数量约为110万个。

1.2假设条件

布袋除尘器内部流场复杂,建模时作以下假设:1)假设流体作定常流动;2)整个流动过程为等温过程;3)滤袋为张紧的圆柱体,在工作过程中无变形;4)假定流体为不可压缩。

1.3物理模型

燃煤烟气中固体粉尘的体积分数很小(小于0.1%),而且其直径较小,因此这些粉尘的跟随性较强,对气相流动的影响基本可以忽略,故采用单一气相模型即可较真实的反映烟气流动及分布状况,并且节约计算资源。湍流模型选用标准K-ε模型。

1.4边界条件

布袋除尘器边界条件设置如下:烟气进口速度为14m/s,温度为140℃;布袋厚度2mm,设置为多孔介质模型;挡板和花板设置为壁面,流体不能穿过,只能绕流。

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1.5模拟方案

依次设定工况1(不加设任何导流板)和工况2(在烟道入口处设置导流板、在除尘室入口处设置挡板),通过调整工况2中导流板和挡板的位置、高度、角度等,对不同的模拟结果进行对比,确定最终的布置方案,以便为工程设计提供参考依据。

2结果及分析

2.1速度分布

通过Fluent后处理计算得到各除尘室的入口质量流率:(1)无导流板的工况依次为29.36kg/s、30.27kg/s和30.02kg/s;(2)添加挡板和导流板的工况依次为:29.84kg/s、29.87kg/s、29.93kg/s。从质量流率的计算结果可知,烟道入口导流板的布置对烟气在各除尘室之间的分布有明显的改善。烟气通过入口处导流板的导流和再分配,在各个除尘室之间均匀分布。

2.2流场分布

图2-1为单个除尘室内气体流场轨迹分布图。由图可见,除尘室入口没有挡板时,气流进入除尘室后以较陕的流速冲击入口正对面的布袋和灰斗底部,并且分布很不均匀。气流主要集中在除尘室入口及其正对面区域,该区域内迹线分布密集,且气体流速较大,造成布袋负荷不均匀,易损坏;气流直接冲击灰斗底部,对已经落入灰斗的粉尘可能因此重新进入集尘箱,增加布袋除尘器的整体负荷,影响其效率和能耗。然而,在除尘室入口合理布置挡板后,上述现象得到明显改善。气流进入除尘室后不会直接冲击布袋和灰斗,且在除尘室内分布较均匀,大大降低布袋的磨损和布袋除尘器的能耗,提高布袋的使用寿命。

布袋除尘器挡板和导流板对气流分布特性的影响2.JPG

2.3压力分布

图2-2为除尘室内部截面的气体压力分布图,图中压力值以出口面处压力值为0计算所得的相对压力大小,系统总压降约为1300Pa。由图可见,布袋除尘器的压力损失主要集中在布袋过滤处,这与实际情况相符;因布袋阻力大,烟气遇到布袋后只有很少一部分能够穿过布袋,大部分的烟气则沿布袋边壁向上,直到花板处。比较两工况可知,添加挡板和导流板后,布袋的压力损失从底部开始均匀分布,这表明布袋的底部过滤作用明显,并且布袋负荷均匀分布。因此,添加挡板和导流板能够优化气流分布。

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3结论

在常规的边界条件下,研究了挡板和导流板对气流分布特性的影响,得出以下结论:

(1)在烟道入口处设置导流板,使气流在各个除尘室之间较均匀分布;

(2)在除尘室入口处设置挡板,避免气流直接冲击布袋,提高布袋使用寿命;并且使得气流在除尘室内均匀分布,提高除尘效率。

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