布袋除尘器气流分布板数值模拟分析

刘敏 

【摘要】 布袋除尘器内部气流分布对除尘器的运行效果及滤袋使用年限起着至关重要的作用，比较不同形式的气流分布板对布袋除尘器内部流场的影响，分析计算结果以便进一步优化布袋除尘器的气流分布板设计参数，优化布袋除尘器的设计。

【关键词】 布袋除尘器 气流分布板 数值模拟

  前言：布袋除尘器是最早出现的除尘设备之一，也是治理大气污染的高效设备。近年来，随着过滤材料的快速发展和脉冲清灰等除尘技术的不断改进，布袋除尘器被广泛应用于电力、冶金、机械、有色金属加工、水泥等行业。布袋除尘器在高温烟气净化方面，包括燃煤锅炉烟气净化和城市垃圾焚烧烟气净化方面都取得了可喜的进展。在工业生产中，燃煤锅炉和工业炉窑等排放出大量的工业粉尘和烟尘，而布袋除尘器是目前治理该烟尘和粉尘比较有效的技术设备。

布袋除尘器在实际运行过程中也难免出现一些问题，如滤袋容易破损、过滤风速过大、颗粒物在死角沉积等现象，因此，对布袋除尘器的气流组织作进一步的理论研究及模拟分析，进一步优化布袋除尘器的设计参数，改进布袋除尘器的除尘效果。

1   布袋除尘器模型及计算条件

1.1除尘器模型

基于某电厂布袋除尘器的模型，比较分析不同气流分布板尺寸对布袋除尘器流场的影响，以此作为布袋除尘器的优化依据。

布袋除尘器参数如表1。

表1  布袋除尘器几何参数

	单位	运行参数
进口断面尺寸a×b	mm	9700×7500
断面面积F	m2	72.75
介质温度t	℃	80/120
平均流速V	m/s	2.17/2.29
体积流量Q	m3/h	570000/600000

1.2计算条件

由于布袋除尘器内部结构比较复杂，为了利于建立模型和方便计算，对其作一些假设和简化：

1)将烟气中的细小颗粒和气体的混合物看作是一种均匀介质，在进行计算时，把气固两相流近似简化成具有平均流体特性的单相流处理；

2)建立模型时，只考虑袋室入口至除尘器的花板处，不计出口净气箱及布袋除尘器其它部件的影响；

3)布袋除尘器滤袋数量庞大，按比例取有限数量的滤袋进行模拟计算；

4)比较两种不同尺寸的气流分布板对布袋除尘器内部气流的影响，即非全覆盖型气流分布板和全覆盖型气流分布板。

2 计算模型

烟气在布袋除尘器内的流动处理为单相流，不考虑粉尘对流场的影响，采用k-ε湍流模型进行模拟。烟气进口为质量流量边界条件，速度方向垂直于进口面，烟气出口为压力边界条件，固体壁面以无滑移边界条件。气流分布板和布袋进行适当的简化处理，详细描述如下：

气流分布板等效处理为均匀多孔跳跃边界，多孔跳跃边界前后压差与垂直于多孔跳跃边界面的法向气流速度存在如下关系：

其中为多孔跳跃边界的渗透率，为烟气密度，为烟气动力粘度，为压力跳跃系数，为多孔跳跃边界厚度。对于气流分布板，等效多孔跳跃边界的渗透率接近1，方程右侧第一项对压差的贡献很小，可忽略不计。压力跳跃系数可由气流分布板的开孔率求得。

3   计算结果及分析

布袋除尘器模型示意图如图1所示。烟气入口采用斜角喇叭口设计，在前排布袋端部与喇叭口之间设置两个L型气流分布板，两种规格的气流分布板长度分别为0.8H和1.2H，其中H为布袋长度。

图1  布袋除尘器模型示意图

3.1 非全覆盖型气流分布板流场计算结果

图2  非全覆盖型气流分布板典型截面气流分布图

从设置了非全覆盖型气流分布板的布袋除尘器的典型截面气流分布图可以看出，布袋除尘器横截面速度分布较均匀，但在下端未覆盖气流分布板的区域还存在一定范围的较高烟气流速区域，较高的烟气流速不利于除尘器的除尘效果，还会引起对布袋除尘器前排滤袋的冲刷并影响前排滤袋的使用寿命。

3.2 全覆盖型气流分布板流场计算结果

图3  全覆盖型气流分布典型截面气流分布图

采用基于非全覆盖型气流分布板进行改进后的全覆盖型气流分布板之后，布袋除尘器内部的流场出现了明显的改观，从布袋除尘器的两个典型截面上的流速分布可以看出，整个流场的流速更加均匀，颗粒物沉积的区域更少，烟气对前排的滤袋的冲刷更小。

4   结论

全覆盖型气流分布板较非全覆盖型气流分布板能对布袋除尘器内部气流的均布起到更好的促进作用，全覆盖型气流分布板能有效地减小高速气流对布袋除尘器前排滤袋的冲刷、减低滤袋破损概率、均布过滤风速并避免颗粒物在死角沉积。

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