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摘要：袋式除尘器是一种干式滤尘装置，其具有除尘效率高、粉尘适应性广、运行稳定可靠等优点。随着国家对燃煤电厂污染物排放标准的不断提高，大型袋式除尘器越来越受到重视和应用。本文论述了袋式除尘器入口烟道流场数值模拟及其优化设计。
关键词：入口烟道；流量偏差；数值模拟；优化设计
除尘器入口烟道的气流组织与优化对大型除尘器的整体除尘效率具有重要的影响，它主要关注进入每台除尘器的流量分配和除尘器入口速度分布等问题。目前虽然在各类除尘器的规范中对除尘器间的流量分配和入口速度分布等有明确的规定，但却缺乏如何实现这些目标的具体措施。基于此，本文对袋式除尘器入口烟道流场数值模拟与优化设计进行了详细分析。
一、袋式除尘器概述
袋式除尘器是通过干式过滤法过滤的，粉尘受到滤料的蹄滤及颗粒间的相互碰撞、滞留、扩散、静电等作用而沉积在滤袋表面形成初始粉尘层，初始粉尘层在过滤中起主要作用，滤袋含尘过滤使袋式除尘器的过滤效率和过滤阻力都相应的增加，若除尘器的过滤阻力过高会使滤袋处理风量有所下降，当除尘系统的阻力增大到一定数值时，要对滤袋进行清灰，不能过分清灰，以免破坏滤袋表面的初始粉尘层，降低过滤效率。
袋式除尘器分类很多，按滤袋的形状分为：梯形、平板形和圆筒形；按进出风方式分为：下进上出式、上进下出式、直通式；按过滤方式分为：外滤式及内滤。滤料的材质有棉、麻、毛等天然纤维，玻璃、陶瓷、玄武岩、碳、金属等有无机纤维，以及聚酷纤维等有机纤维。
二、数值模拟
1、模型的建立和网格划分。本工程案例中，每台燃煤锅炉机组配备1套袋式除尘器系统，每套除尘系统由五个独立的除尘器单元并联组成。如图1和图2所示，经过空预器的烟气由2个入口进入入口联箱再分别通过各支管进入5个除尘器单元。经过袋式除尘器处理后的烟气汇入出口联箱再通过2个出口至引风机。由于除尘器本体及出口烟道对各除尘器流量分配也有影响，所以选取除尘系统的整体烟道作为研究对象。数值计算模型包括除尘系统的进口烟道，袋式除尘器本体及出口烟道。由于各除尘单元内部气流装置，滤袋等布置完全相同，故予以简化。本文中气流分布均匀性采用目前广泛使用的美国RMS法，即
3、计算方法。求解器采用稳态的3D压力基求解器，采用有限容积法离散控制方程，数值计算采用SIMPLE算法，对流项差分格式采用一阶迎风格式，近壁面处采用壁面函数法处理。
三、原模型数值模拟
对原除尘管道系统的流场进行数值模拟计算，得到除尘器各室的处理烟气量及其偏差，处理单元为1时，流量为116.0kg·s-1，偏差为10.79％；处理单元为2时，流量为97.8kg·s-1，偏差为-6.59％；处理单元为3时，流量为96.0kg·s-1，偏差为-8.31％；处理单元为4时，流量为97.8kg·s-1，偏差为-6.59％；处理单元为5时，流量为116.0kg·s-1，偏差为10.79％。各除尘单元流量偏差最小为-6.59%，最大为10.79%。均大于±2.5%的项目要求，流量分配不均匀。图3所示为原管道的气流流线图，下进气的气体由竖直烟道进入入口联箱转向水平烟道时，采用直角弯，形成较大尺寸的涡流区。且向上的气流由于惯性冲至联箱上壁面，造成2、4号除尘器喇叭口进口断面的上部出现高速区，最大速度达到27m·s-1，对管道冲刷严重。
此外，各除尘器喇叭口入口断面速度相对均方根最大为0.82，其中2、3、4号除尘器进口断面速度相对均方根都超过0.25.速度分布极不均匀，存在明显的高低速区。
四、优化方案及模拟结果
1、优化方案。现有的研究结果表明，通过在进口烟道设置导流板，布置气流分布板等优化措施可有效改善除尘器的流场均布问题。针对本工程实例中除尘器进口烟道的流量分配不均和进口断面速度分布不均的问题，考虑到空间结构布局、施工难易程度、节约施工材料等几方面的因素，对比多种优化方案及其对应的数值模拟实验结果。提出如下的烟道优化方案:1)将2个进口管道与汇管相连的部分由竖直管改为渐扩管，以利于烟气进入联箱后在水平方向扩散流动。在2个渐扩管中对称布置共八块导流板。2)将联箱切去一角，在喇叭口进口断面设置2块导流板，在另一个喇叭口进口断面设置1块导流板。使通过斜角的反射和导流板的导流改善断面竖直方向上速度分布存在偏差的问题。3)在喇叭口管道进口断面对称布置2块导流板，以改善断面水平方向上速度分布存在偏差的情况。
2、优化方案模拟结果。对除尘管道系统进行优化后，除尘器入口段的气流分布得到了明显的改善。导流板作用明显，极大地减小了联箱内的涡流现象。各除尘器单元流量分配趋于均匀。此外，除尘器处理烟气量最大偏差能达到项目技术规范要求。
优化后，5台除尘器喇叭口进口断面速度分布均匀，各进口断面速度相对均方根最大为0.25，符合项目技术规范要求，且断面最大速度由27m·s-1降为16.3m·s-1，从而极大地减小了管道的磨损。
五、结语
袋式除尘器作为一种高效除尘器，在我国已得到越来越广泛的应用。运行阻力和滤袋使用寿命是袋式除尘器大型化应用中需考虑的主要问题。而气流分布作为影响运行阻力和滤袋使用寿命的重要因素更加受到重视。其中，入口烟道的流场分布对整个除尘系统的气流分布具有重要的影响作用。目前，大型袋式除尘系统多由数台除尘器并联组成，除尘器入口烟道设置不合理，会导致进入每台除尘器的烟气流量产生较大偏差，造成局部滤袋较早破损，各滤袋单元运行阻力不均，从而影响袋除尘的效率。；因此，研究袋式除尘器入口烟道的流场具有重要的现实意义。
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论文作者:甄文安1周扬 2
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第9期
论文发表时间:2019/8/15
标签：除尘器论文; 断面论文; 烟道论文; 偏差论文; 入口论文; 数值论文; 流量论文; 《工程管理前沿》2019年第9期论文;