CFD在布袋除塵器系統(tǒng)氣流均布中的應(yīng)用

張彥婷

摘 要：文章以大唐國際北郊電廠2×350MW機組配套布袋除塵器系統(tǒng)為物理模型，進行三維建模和數(shù)值分析，通過計算在進風煙道和除塵器內(nèi)部設(shè)置合理的導(dǎo)流裝置，使進入各列除塵器的流量分配和除塵器各袋區(qū)的處理風量滿足均勻性要求，提高布袋除塵器的使用性能。

關(guān)鍵詞：布袋除塵器;導(dǎo)流葉片;流量分配;數(shù)值計算

1 緒論

大唐國際唐山北郊熱電聯(lián)產(chǎn)一期項目工程建設(shè)安裝2臺350兆瓦超臨界燃煤濕冷供熱機組。該項目是唐山市路北區(qū)和高新區(qū)最主要的集中供熱熱源，兩臺機組建成后供熱面積可達1555萬平方米。本項目要求除塵器滿足如下要求：除塵效率≥99.97%，出口粉塵排放濃度≤15mg/Nm3，壓力損失不大于1000Pa。

2 布袋除塵器系統(tǒng)建模及軟件介紹

2.1 數(shù)值計算思路

本項目兩臺除塵器對稱布置，可選擇一臺除塵器進行數(shù)值建模計算。為保證進入兩列除塵器的煙氣量滿和除塵器各袋室處理煙氣量滿足要求，本文分別對進風煙道和除塵器本體進行建模計算。首先對進風煙道進行模擬，增加導(dǎo)流板，使進入兩列除塵器的流量分配滿足要求;其次對布袋除塵器本體進行建模計算，在布袋除塵器內(nèi)部增加導(dǎo)流管和導(dǎo)流葉片，使進入每個袋室的流量分配滿足均勻性要求。布袋除塵器系統(tǒng)三維模型見圖1所示。

為便于比較各袋室濾袋處理風量，把進風煙道分為左、右煙道，除塵器左右兩列3個袋室各分成12個區(qū)域，如圖2所示。

2.2 計算軟件介紹

本研究中CFD模擬軟件采用目前國際上比較先進的商用CFD軟件包-ANSYS FLUENT。與流體流動、熱傳遞及化學反應(yīng)等有關(guān)的工業(yè)均可使用。它具有豐富的物理模型、先進的數(shù)值方法以及強大的前后處理功能，在航空航天、汽車設(shè)計、石油天然氣、渦輪機設(shè)計等方面都有著廣泛的應(yīng)用。ANSYS FLUENT軟件針對各種復(fù)雜流動的物理現(xiàn)象，采用不同的離散格式和數(shù)值方法，使其在特定的領(lǐng)域內(nèi)計算速度、穩(wěn)定性和精度等方面達到最佳組合，從而高效率地解決各個領(lǐng)域的復(fù)雜流動計算問題。

3 進風煙道導(dǎo)流板設(shè)置及計算結(jié)果

根據(jù)實際工況的布袋除塵器入口煙氣量計算得到進入進風煙道中的煙氣流速為16.3m/s（282.7kg/s），在進風煙道入口處設(shè)置為速度入口，并在兩個出口處設(shè)置為壓力出口。

在未設(shè)置流量分配板之前，經(jīng)由兩個出口流出的煙氣流量分別為125.5kg/s和157.2kg/s，相對偏差（相對于理論的平均流量141.3kg/s）達±12.6%，未達到流量分配小于5%的要求。

導(dǎo)流板設(shè)置方案：在進風煙道的T型分支口處，添加一塊用于流體分配的導(dǎo)流板，如圖3所示。計算結(jié)果表明，在進風煙道中增加導(dǎo)流板之后，經(jīng)由左、右兩個進風煙道出口的煙氣流量分別為139.2kg/s及143.5kg/s，相對于理論均值為±1.5%，滿足進入兩列除塵器流量分配≤5%的要求。

4 布袋除塵器本體建模及計算結(jié)果

根據(jù)多年布袋除塵器導(dǎo)流板設(shè)置經(jīng)驗和多次模擬方案，布袋除塵器進口喇叭均布板和袋區(qū)導(dǎo)流裝置設(shè)置方案如下：第一層多孔板開孔率0.45，第二層多孔板開孔率0.5，多孔板上開孔直徑96mm。兩層多孔板上開傳統(tǒng)截面形狀的通道，開孔使用斜開孔形式（即通道中心不處于同一水平線上），導(dǎo)流管直接接在第二層多孔板上，進入袋區(qū)之后，導(dǎo)流管端頭處于第5、6組布袋區(qū)下方，設(shè)置3片導(dǎo)流板，導(dǎo)流管側(cè)面設(shè)置豎直的立板;灰斗上部加入7片導(dǎo)流葉片，導(dǎo)流葉片長2000mm，寬500mm，傾斜角55°。導(dǎo)流管和導(dǎo)流葉片設(shè)置如圖4所示。圖中1為導(dǎo)流管，2為導(dǎo)流葉片，3為導(dǎo)流管端部導(dǎo)流葉片。圖5為導(dǎo)流管和導(dǎo)流葉片放大示意圖。

下表為各袋區(qū)的流量分配情況。從表中可以看到，各組布袋的無因次化布袋均流量分配較為均一，最大偏差在±5%之內(nèi)，能夠滿足袋區(qū)各袋室流量分配的要求。

5 總結(jié)

（1）進風煙道中設(shè)置導(dǎo)流板后，使進入左、右兩列除塵器的流量分配由±12.6%降為±1.5%，滿足流量分配≤5%的要求。

（2）在布袋除塵器內(nèi)部設(shè)置導(dǎo)流管和導(dǎo)流葉片，使各布袋區(qū)域的流量分配最大偏差值<5%，滿足要求。

（3）布袋除塵器的壓力損失為882Pa，滿足≤1000Pa的要求。

本文利用CFD三維模擬軟件分別對布袋除塵器進風煙道和除塵器本體內(nèi)部設(shè)置導(dǎo)流裝置進行了計算，從計算結(jié)果顯示，所設(shè)置的導(dǎo)流裝置滿足流量分配要求，可用于指導(dǎo)工程項目設(shè)計。

參考文獻：

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