轉爐干法靜電除塵器陽極板振打仿真分析

梁 廣，劉國華

（重慶賽迪冶煉裝備系統集成工程技術研究中心有限公司，重慶市 400013）

轉爐干法靜電除塵器陽極板振打仿真分析

梁 廣，劉國華

（重慶賽迪冶煉裝備系統集成工程技術研究中心有限公司，重慶市 400013）

對轉爐干法靜電除塵器一個振打單元陽極板的振打過程進行了仿真，分析了其切向與法向兩個方向的加速度值。結果表明中部振打的平均加速度值要大于在底部振打的值,在振打位置附近區域的振打加速度最大,同時極板的振打加速度隨振打速度增大而增加,但增加幅度不是特別顯著。

轉爐；靜電除塵；振打；有限元分析;數值仿真

0 前言

我國鋼鐵工業近些年來發展迅速,截止到2012年,我國的轉爐數目超過600座[1],采用節能環保新技術對于鋼鐵工業的節能減排有著重要的意義。轉爐干法靜電除塵系統由德國魯奇公司與蒂森克虜伯鋼鐵廠聯合研制成功,該除塵方式不用大量濁環水洗滌煤氣,而采用蒸發冷卻器、靜電除塵器與煤氣冷卻器相結合的干式系統,具有凈化效率高、能耗低的特點,是當前轉爐除塵的主要發展方向[2]。

干法靜電除塵器陽極板上沉積的煙塵主要是采用振打方式進行清灰,采用一定重量的振打錘從側部對陽極板進行敲打。長期實踐表明,對于振打清灰,陽極板表面的加速度值大小要合適,同時極板表面要盡量均勻[3],振打錘的位置與速度對于這兩個方面都會有顯著的影響。對于陽極板上的加速度,理論分析表明使得沉積粉塵有效脫落的臨界加速度值與粉塵層的厚度、粒徑都有關系[4],陽極板表面法向加速度值要達到102 g以上才能夠有效地清除陽極板上沉積的粉塵。然而對陽極板振打系統開展深入的實驗研究比較困難,代價也很高,因此數值仿真手段已經成為了最有效、最經濟的手段[5-6]。

本文以某實際運行的轉爐干法靜電除塵器為原型，采用數值仿真法對其中一個振打單元陽極板的振打過程進行仿真分析,計算陽極板表面加速度隨振打時間的變化過程,同時考察振打位置、振打錘速度對陽極板表面加速度的影響,為振打系統的評估與改進提供科學依據。

1 振打計算模型

1.1 系統組成

陽極板與振打裝置的結構見圖1。

圖1 陽極板與振打系統結構

由圖1可以看出,振打單元陽極板(裝置1)由多塊標準的陽極板拼接而成,振打裝置由傳動裝置、振打軸、振打錘(裝置2)等主要部件組成,撞擊桿固定在陽極板上。振打裝置利用機械傳動系統將振打錘提升到一定高度，然后自由下落沖擊陽極板上固定的橫桿,撞擊力引起的振動通過此橫桿傳遞到陽極板上,使陽極板產生振動。振動使陽極板表面產生微小的位移變化,使得附著在極板上的粉塵脫離陽極板表面。此位移變化的距離程度用陽極板表面的加速度來衡量。

1.2 有限元模型

陽極板的幾何尺寸寬4.8 m,高3.6 m,振打錘直徑為120 mm。振打錘撞擊陽極板橫桿的過程是一個較為復雜的多軸運動過程，但其撞擊瞬間仍然可以簡化為振打錘以一定的速度水平撞擊橫桿。在本文的仿真計算中,振打位置包括陽極板豎直中部與底部兩個位置,振打錘撞擊速度包括2.8 m/s、3.2 m/s與3.5 m/s。

仿真采用的數值方法為有限元方法[7],計算軟件采用ANSYS,計算時間0.02 s,計算過程中記錄每一個監測點法向與切向兩個方向的振動加速度值。圖2是計算過程監測加速度的點布置。

圖2 加速度監測點分布

2 仿真結果與討論

表1是陽極板表面所有測點的最大瞬時加速度的平均值，包括3種振打速度與兩個振打位置，中部振打是指振打桿的位置在陽極板的豎直正中,底部振打是指振打桿的位置在陽極板的底部。

表1 陽極板表面測點最大瞬時加速度平均值

從結果可以看出,中部振打的平均加速度值要大于在底部振打的值,同時振打錘速度越大,加速度越大,并且法向加速度的值要顯著高于切向加速度值。為了更好地分析加速度分布,沿豎直方向把4個測點的加速度值進行平均,再沿振打方向繪制一條水平分布的加速度曲線,以切向加速度為例,見圖3所示。

圖3 陽極板表面加速度沿振打方向水平分布

從圖中結果可以看出沿振打方向,最大瞬時加速度是逐漸降低的,在中部振打時的下降趨勢比在底部振打時更加明顯,因此在底部振打時陽極板表面的加速度分布更為均勻。為了進一步分析陽極板表面的加速度的動態特性,以測點10為例,圖4是其切向加速度隨時間變化的動態曲線。

圖4 測點10的切向加速度動態變化曲線

由圖4可以看出其是一條波動劇烈的曲線,其振幅隨時間逐漸降低,這是一個耗散過程，其最大振幅就是最大加速度,平均振幅在50 g左右。進一步對其變化頻率分析,可以發現其周期約為0.24 ms，即頻率為4 120。

3 結論

綜上,可以得出以下結論：1)陽極板在中部振打時表面加速度比在底部振打時大,但在底部振打時極板表面的加速度分布更加均勻;2)陽極板的振打加速度隨振打速度提高而提高，但增幅不明顯;3)最大瞬時加速度范圍在20～1 000 g,頻率約為4 000 Hz。

[1] 鞏婉峰.轉爐一次除塵新OG法與LT法選擇取向探析[J].鋼鐵技術,2009(4)：6-50.

[2] 王永剛,王建國,葉天鴻,等.轉爐煤氣干法除塵技術在國內鋼廠的應用[J].重型機械,2006(2)：1-3.

[3] 王勇勤,肖啟明,嚴興春,等.單塊集塵板振打加速度的有限元分析[J].環境工程學報,2009(2)：331-334.

[4] 向曉東,鄒霖.電收塵極板上沉積塵的附著力與振打加速度[J].安全與環境學報,2006(6)：112-115.

[5] 邵毅敏,祝志芳,熊紹武,等.電除塵器陽極板振打加速度分布規律與仿真設計[J].環境工程學報,2010,4(5)：1147-1152.

[6] 肖啟明,錢利霞.電除塵器陰極振打加速度的有限元分析[J].機械設計與制造,2011(5)：31-33.

[7] 尹飛鴻.有限元法基本原理及應用[M].高等教育出版社,2010.

Simulated Analysis of Converter Furnace Dry Method Electrostatic Precipitator Collecting Electrode

LIANG Guang,LIU Guohua

（CISDI GROUP Co.,Ltd,Chongqing 400013,China）

Based on simulated analysis of rapping progress in a rapping unit of CF dry method electrostatic precipitator,analyze acceleration magnitude of tangential and normal direction.The result shows that average acceleration magnitude of middle rapper greater than that of bottom rapper,the rapper accelerated speed at rapper nearby area is maximum.Meanwhile,the rapper accelerated speed of electrodes will be increased along with rapping speed increase,but increasing range is not so obvious.

CF;electrostatic precipitation;rapping;finite element analysis;numerical simulation

TF066.3+8

B

1004-4345(2014)05-0028-02

2014-02-20

梁 廣(1978—),男,高級工程師,主要從事氣體凈化及除塵設計工作。