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    技術交流  

    電-袋復合式除塵器氣流分布的數值模擬
    發布者:admin  發布時間:2010-7-11 19:53:46  點擊:2983

     

    胡滿銀1 張靜1 王小強2

    (1 華北電力大學環境科學與工程學院;2 江蘇宇達電站輔機閥門制造有限公司)

     

        本文建立了電-袋復合式除塵器的三維結構模型,采用FLUENT軟件對除塵器內的氣流分布進行了數值模擬。流場的模擬采用k-ε雙方程模型,計算采用SIMPLE算法,電袋結合處的導流板采用了4種不同角度。計算結果表明:電場風速為1m/s導流板角度為45°時,從電除塵器引入到袋式除塵器各除塵室的氣流分配比較均勻;電場風速為0.5m/s1.5m/s時,導流板角度分別為55°和35°時,從電除塵器引入到袋式除塵器各除塵室的氣流分配比較均勻;其數值模擬結果較為合理,可作為電-袋復合式除塵器結構設計優化的參考依據。

    關鍵詞  -袋復合式除塵器  氣流分布  導流板  數值模擬

     

    1  引言

    2003年國家出臺了新的排放標準,標準規定新上火電項目其煙塵排放濃度應控制在50mg/m3 以下,一些城市和企業要求低于30mg/m3 [1] 。電-袋復合式除塵器是通過電除塵與袋式除塵的有機結合的一種新型高效的除塵器。電-袋復合式除塵器中氣流的均勻性既影響電除塵單元的除塵效率,又影響布袋除塵單元中濾袋的除塵效率和壽命。在大型靜電除塵器內煙氣通常為水平流動方式,而袋式除塵器傳統的進氣方式為下進氣。因此,需要采取適當的布風措施,既滿足煙氣在電除塵單元和袋式除塵單元都能均勻分布,又盡量減少壓力損失。

    目前,人們對電-袋除塵器氣流分布的實驗研究較多。劉練波[2]等人的靜電袋復合除塵器氣流分布冷態試驗收集了大量的試驗數據,根據對試驗數據進行規律性總結,確定了進口煙箱導流板參數與結合處氣流分布板形式。

    -袋復合式除塵器結合處的氣流均布裝置通常有導流板和孔板形式等,本文模擬的為其中的導流板形式,研究導流板角度的改變對電-袋復合式除塵器內部的氣流分布情況的影響。 通過建立電-袋復合式除塵器三維結構模型,采用FLUENT軟件對電-袋復合式除塵器內部的氣流分布進行了數值模擬,為其內部結構的優化設計提供一定的依據。

    2  物理模型和邊界條件

    2.1  -袋復合除塵器三維模型

        電-袋復合式除塵器的三維結構模型如1所示。入口煙箱長2.6,寬2.6;整個除塵室長21.275m、寬9m、高11.85m;其中電除塵室長5.9m,內部陽極板長4m、高11.55m;導流板寬0.6m、間距1.2m;袋式除塵部分為十室,每室高6.5m、底面長4.5m、寬3m

                                                圖1 三維結構模型

    2.2  相關參數的設定

        除塵器箱體內部流場是復雜的三維流場,采用的控制方程有:

                            (1)

    湍流模型選用標準ke雙方程模型,包括湍動能k方程和耗散率e方程。

        K方程:

                            (2)

        ε方程:

                           (3)

    方程從左到右五項分別為:非穩態項、對流項、擴散項、產生項、消失項。其中,ε是耗散率,μ是分子粘性。

    假定流體作定常流動,流體的各項運動參數與時間無關,整個模擬過程為等溫過程,流體是不可壓縮的。

    2.3  需要設置的邊界條件

    煙氣密度ρ=0.93 kg/m3;動力粘度μ=18160×10-5 Pa·S;入口設為速度邊界條件,煙箱入口速度為15.3 m/s,即電場風速為1m/s;頂端為出口,出口邊界設為壓力邊界條件;布袋設為多孔跳躍介質;其他均設為壁面無滑移邊界條件。

    3  模擬結果及分析

    3.1  速度矢量圖

        電袋結合處無導流板和加裝4種不同角度導流板時的速度矢量圖如2--6所示。速度矢量圖可以顯示在流體為空氣時的氣流速度的方向和大小,由以下速度矢量圖看出在電場入口形成的底部氣流速度方向是向下的,頂部的氣流速度方向是向上的,在除塵器的中間部位附近的氣流速度的流向較為復雜。通過比較加裝流板前后速度矢量圖可以看出,流板的加入改變了結合處氣流的流向,減少了對布袋的直接沖擊。但隨著導流板角度的增加,氣流對底部灰斗的沖刷程度也加大了。

       

                     圖2  無導流板                                                                                           3  導流板角度35°

       

                 圖4  導流板角度45°                                                                                       5  導流板角度55

                                  

                                                  圖6  導流板角度65°

    3.2  速度云圖

    -復合式除塵器中速度云圖模擬結果如7--11所示。對電-袋復合式除塵器結合處導流板角度進行改變的目的是要找到使煙氣進入袋式除塵器各除塵室時達到均勻分配的較佳角度。最終通過形成近乎相同的進袋煙氣速度來提高濾袋壽命和電-袋除塵器的除塵效率以適應社會對環境要求日益提高的趨勢。

        該模擬結果是截取X-Y面布袋進口高度處的速度分布圖,通過比較可以看出圖9即導流板45°時氣流速度分布比較均勻,可明顯看出淺顏色面積較大。

      

                     圖7  無導流板                                                                                     8  導流板角度35°  

                圖9  導流板角度45°                                                                                    10  導流板角度55°

                              

                                                圖11  導流板角度65°

    3.3  不同角度導流板時煙氣進入各除塵室的速度

    -袋復合式除塵器結合處導流板為不同角度時煙氣進入各除塵室的速度如表1所示。

    1  不同流板角度時的速度分布

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    8

    9

    10

    無導流板

    0.75

    1.23

    0.54

    0.45

    0.41

    0.80

    1.12

    0.53

    0.49

    0.43

    35°

    0.99

    0.82

    0.80

    0.71

    0.61

    0.85

    0.79

    0.68

    0.65

    0.50

    45°

    0.95

    0.84

    0.76

    0.70

    0.73

    0.98

    0.70

    0.75

    0.68

    0.64

    55°

    1.16

    1.03

    0.83

    0.80

    0.66

    0.98

    0.81

    0.79

    0.70

    0.63

    65°

    1.21

    0.83

    0.90

    0.74

    0.66

    1.07

    0.75

    0.80

    0.70

    0.64

     

    其速度平均值:

    V1= (0.75+1.23+0.54+0.45+0.41+0.80+1.12+0.53+0.49+0.43)/10=0.68

    V2=(0.99+0.82+0.80+……+0.50)/10=0.74

    V3=(0.95+0.84+0.76+……+0.63)/10=0.77

    V4=(1.16+1.03+0.83+……+0.63)/10=0.84

    V5=(1.21+0.83+0.90+……+0.64)/10=0.83

        均方差:

                   

                   

                   

                   

                    

    從以上數據結果中可以看出,導流板45°時所計算出的均方差數值最小,即導流板45°時,在布袋入口處氣流分布比較均勻,有利于延長布袋壽命、提高除塵效率。

    4  不同的入口流速時的模擬結果

    煙氣入口流速為8 m/s,即電場風速為0.5 m/s時的模擬結果表明導流板角度為55°時布袋進口處的氣流分布比較均勻;煙氣入口流速23.7 m/s即電場風速為1.5m/s時的模擬結果表明導流板角度為35°時的布袋進口處的氣流分布比較均勻。但隨著導流板角度的增加,氣流對底部灰斗的沖刷程度也加大了。

    5  結論

    1)數值分析避免了電-袋除塵器氣流分布模型試驗的局限性,不僅能解決除塵器進口氣流分布問題,還能夠顯示各個濾袋單元的流量分配和箱體內任意一個斷面的氣流速度大小分布,較全面的反映除塵器內部氣流流動狀況。

    2)數值分析結果表明,電場風速為1m/s時,導流板角度為45°時,從電除塵器引入到袋式除塵器各除塵室的氣流分配比較均勻;電場風速為0.5m/s1.5m/s時,導流板角度為分別為55°和35°時,從電除塵器引入到袋式除塵器各除塵室的氣流分配比較均勻;其數值模擬結果較為合理,可作為電-復合式除塵器結構設計優化的參考依據。

    3)由于導流板的設計不同,氣流在經過導流板進入布袋之前的氣流分布,情況也是多種多樣的。可以考慮將幾種角度與幾種導流板間距設計進行排列組合,然后對組合后的工況進行數值模擬,最后獲得最優工況的設計方案。

    參考文獻

    [1] 俞群.電除塵器技術發展現狀及新技術簡介.中國石化集團南京設計院 .江蘇南京,2006年第5

    [2] 劉練波,許世森. 靜電布袋復合除塵器的試驗研究. 動力工程, 200701):103107

    [3] 郭烈錦,高暉.除塵器袋室結構改進及內部氣固兩相流動特征分析[J].西安交通大學學報,200034(5)50-54

    [4] 韓占忠,王敬,蘭小平.FLUENT流體工程仿真計算實例與應用[M] .北京:北京理工大學出版社,2004

    [5] 王福軍.計算流體動力學分析—CFD軟件原理與應用[M].北京:清華大學出版社,2004.

                                             選自2009全國袋式除塵技術研討會論文集

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