除尘器

滤筒除尘器和旋风除尘器的数值模拟及优化

作者:六合彩资料歇后语    来源:www.    发布时间:2019-03-29 10:49:52

【摘要】运用Fluent软件对滤筒除尘器和旋风除尘器进行了模拟分析,并通过运用开口型挡板和加装底部导流板的方式对它进行优化。模拟分析显示,挡板的长度对气流分布有较大影响,优化结果显示,开口型挡板能够有效降低气速,底部导流板能够有效提高气流分布均匀性。优化后的模型和原模型相比,平均气速降低42.0%,气流分布均匀性提高82.8%。

【关键词】旋风除尘器;滤筒除尘器;复合除尘器;数值模拟;优化;挡板;导流板

目前工业应用的除尘器主要有旋风除尘器和滤筒除尘器两种。旋风除尘器虽然具有结构简单、制造方便等优点,但对细微粉尘的除尘效果差强人意,滤筒除尘器具有除尘效率高、过滤面积大等优点,但普遍存在的糊袋、板结及腐蚀等问题会严重影响滤筒的使用寿命虽然可以将多级除尘器并联使用达到除尘目的,但存在设备占地面积大、造价高等问题。滤筒除尘器和旋风除尘器是将两种除尘器组合起来,将优点集为一体,并解决了空间占用率高的问题。目前针对此种复合除尘器的研究较少,机理类似的有赵新义和张毅提出的旋风、滤筒复合除尘器和高士虎等提出的新型旋风分离器。运用Fluent软件对旋风和滤筒复合除尘器进行了数值模拟,指出压差分布不均等问题,为结构优化提供了依据。提出灰斗的挡板长度对除尘器的流场均匀性有很大影响。还提出导流板能使气流的速度场分布更为均匀。通过运用开口型挡板和加装底部导流板的方式对复合除尘器进行优化,从上升气速和气流分布均匀性两方面进行了探究。

1复合除尘器的机理

旋风和滤筒复合除尘器由旋风除尘器和滤筒除尘器两部分组成,如图1所示。含尘气体从进风口进入,并产生向下运动的旋转气流,粉尘颗粒在离心力的作用下甩向器壁,尘粒在失去惯性力以及重力作用下沿壁面下落,进入灰斗,完成一次除尘。未分离的细粉尘颗粒在内旋气流的带动下进入滤筒除尘部分进行二次除尘,含细粉尘的气流经滤筒的充分过滤后由出风口排出。喷吹系统定时对滤筒进行反向喷吹,使粘附在滤筒的粉尘在重力的作用下下落至灰斗,提高除尘效率。

图1 旋风、滤筒符合除尘器结构

引人综合流量不均勻系数△Kξ来分析气体流量分配情况和不均匀程度,综合流量不均匀幅值越接近于0,分配越均匀。为了更好地分析每个滤筒的气流分布情况,对滤筒进行编号,如图2所示。

每个滤筒的气流分布情况公式

式中

K——流量分配系数;

N——滤筒个数;

Q——单个滤筒实际处理气体量,m3/s;

Qmean——单个滤筒平均处理气体量,m3/s。

图2 滤筒分布示意图

2不同高度挡板数值模拟及分析

2.1几何模型及边界条件

旋风、滤筒复合除尘器总高3685mm,外筒体直径1700mm,上筒体直径1210mm,锥体部分高950mm,净气室高500mm,滤筒规格Φ120mmx2000mm

旋风、滤筒复合除尘器内具有三维强旋流,且具有明显的各向异性的湍流特点,整个流动可

看成定常不可压缩流动。边界条件:进风口速度边界为15m/s;出风口压力边界为-1000Pa;滤筒,多孔介质跳跃边界,渗透率为2x10-11,介质层厚2mm,压力跳跃系数为0。

针对挡板的高度、下部形状等特征进行了分析,几何模型如图3所示。图3a为正常高度挡板,挡板下沿与圆柱段底端对齐;图3b为长挡板,挡板下沿沿锥形侧面平行方向延伸0.2D(挡板直径)长度;图3c为短挡板,挡板缩短0.2D长度。

图3 不同高度挡板复合除尘器几何模型

2.2数值模拟分析

不同挡板上升气速分布云图(空白区上升气速大于lm/s)如图4所示。3种情况的平均气流速度分别为2.62、3.02、3.03m/s。由图4可以看出,正常高度挡板气流分布均匀性较其余两种良好,锥形体内旋流对壁面碰触作用微弱,而其余两种结构的碰触作用十分明显,应用时会造成大量粉尘被挟制在内旋流之中。长挡板的下沿板对锥体内部流动产生强烈扰动,造成强旋流的生成和上升气流分布的极度不对称,可见这种通过部分限制锥体内部流体运动的结构形式并不可取。短挡板会减少圆柱段内做旋转运动的流体进入锥体,过多的气流进入过滤室使得上升气速急剧增加。

图4 不同高度挡板气流速度分布云图

3复合除尘器优化分析

3.1挡板优化

上述3种挡板均为壁面无空隙型,由入口进人的气体必须全部下旋至圆柱段底部再分流,一部分进入过滤室,另一部分进入锥形体。根据质量守恒可知,该种结构形式很难降低上升气速,影响粉尘的沉降,除非减小入口速度,但会降低旋风除尘效率。采用挡板壁面开口的方式,对气流进行进一步分散。其中单个矩形开孔尺寸950mmx400mm,每排开孔个数为两个,不同排间相互交错,几何模型如图5所示。开口型挡板上升气速云图如图6所示(空白区的上升气速大于1m/s),可以看出速度场较图4有明显改善,低速区域面积增大,高速风区缩小至滤筒间区。平均气速为1.69m/s,较原模型降低了35%,说明开口型挡板不仅起到了分散气流的作用,在降低气速方面的成效更为显著。

图5 开口型挡板几何特征示意图

图6 开口型挡板气流速度云图

滤筒流量分布曲线如图7所示,可知峰值滤筒编号为1、5、10、15、21、25,方形阵列4个角点(1、5、21、25)过滤量最大,这是由于侧进气做圆周运动过程中最先与半径最大的滤筒接触,因此这4个位置进风较多。在后续研究中滤筒布置方式上可考虑其他形式,如圆形阵列。受出气口负压影响,5、10、15、20、25号滤筒流量较大,说明岀口负压对于流体具有一定的导向作用。

图7 滤筒流量分布曲线

经过计算,综合流量不均幅值为0.081,原模型综合不均匀幅值为0.25,相对原始模型提高了67.6%,气流均匀性得到了极大改善。同时,内部滤筒(7〜9、12〜14、17〜19)进气量明显较外圈小,过滤室主流为螺旋运动,大部分烟气仍然被外圈滤筒吸收,造成滤筒流量分布不均,因此该种滤筒分布方式依然有待改进。

3.2导流板优化

通过分析可见,开口型挡板能够改善流场分布,降低上升气流速度,而导流板可使上升气流分布趋于均匀化。因此,不妨将二者结合(图8),考察流场变化情况。速度云图如图9所示,平均流速为1.51m/s,较原模型降低了42.0%。经导流板作用后,在滤筒下方空间上升气流分布较为均匀,在滤筒内与袋间隙流速较大,袋体内流速随高度增加逐渐变大。

滤筒流量曲线如图10所示。加装导流板后的优化模型的综合流量不均幅值为0.043,气流分散性得到进一步改善,相对原始模型提高了近82.8%,开口型挡板和导流板的结合起到了较好的效果。流量峰值滤筒集中在靠近出口一侧的5、10、15、20、25号滤筒。两个方案滤筒流量最大差值分别为25.23,11.70g/s,进一步证明导流板能够起到改善流量分配的目的。

图8 复合式除尘器优化模型

图9 优化模型气流速度云图

图10 滤筒流量分布曲线

4结论

4.1挡板的长度对气流分布的影响较大,正常高度挡板气流分布均匀性较好,长挡板的下沿板会对气流产生强烈的扰动从而造成强旋气流,短挡板会使得过滤室上升气速急剧增加。

4.2开口型挡板能有效降低气速,导流板能有效提高气流分布均匀性。将两者结合后,较原模型气速降低42.0%,气流分散均匀性提高82.8%。

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