袋式除塵器箱體與灰斗進(jìn)風(fēng)的分析對(duì)比

陳華鋒

（合肥合意環(huán)保科技工程有限公司，安徽 合肥 230000）

1 研究背景及研究意義

自從工業(yè)化大生產(chǎn)以來(lái)，工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的同時(shí)，也不可避免的帶來(lái)了對(duì)環(huán)境的污染，其中工業(yè)粉塵的排放量約為917萬(wàn)噸。空氣中的粉塵的危害是多方面的，主要的表現(xiàn)為對(duì)人體的身體健康造成危害、影響產(chǎn)品的生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量、污染大氣。這就要求相關(guān)企業(yè)對(duì)生產(chǎn)工藝中的環(huán)保處理系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，使得排放滿足要求。我國(guó)的袋式除塵設(shè)備市場(chǎng)龐大，但現(xiàn)有的用于工業(yè)煙氣粉塵處理的大型袋式除塵設(shè)備，在運(yùn)行過(guò)程中往往達(dá)不到預(yù)期的效果，設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中普遍的失效形式有布袋清灰不徹底、濾袋板結(jié)、殼體腐蝕以及設(shè)備進(jìn)風(fēng)位置布置的不合理，使得煙氣沖刷布袋導(dǎo)致布袋使用壽命嚴(yán)重降低，研究出一種高效、耐用以及運(yùn)行維護(hù)成本低的袋式除塵設(shè)備，對(duì)于市場(chǎng)與除塵技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。

2 研究?jī)?nèi)容

本文主要圍繞現(xiàn)有技術(shù)袋式除塵設(shè)備在運(yùn)行所存在的由于設(shè)備進(jìn)風(fēng)煙道的設(shè)計(jì)不合理使得煙氣沖刷布袋，造成破袋等問(wèn)題展開(kāi)研究，采用CFD軟件進(jìn)行氣流模擬，并結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)比分析設(shè)備采用箱體進(jìn)風(fēng)與灰斗進(jìn)風(fēng)的優(yōu)缺點(diǎn)，研究出一種適合大型布袋除塵設(shè)備的進(jìn)風(fēng)方式，已解決現(xiàn)有設(shè)備由于氣流分布不均勻所導(dǎo)致的破袋現(xiàn)象，提高布袋的使用壽命。

2.1 總述

可以根據(jù)除塵器圖紙，建立了流場(chǎng)數(shù)值模擬的模型。數(shù)值模擬的起點(diǎn)為布袋除塵器煙氣入口煙道橫截面，認(rèn)為此處煙氣流速分布均勻；數(shù)值模擬終點(diǎn)為除塵器煙氣出口煙道的橫截面。離除塵器入口越近的倉(cāng)室流量越小，離入口越遠(yuǎn)的倉(cāng)室流量越大。對(duì)除塵器整體進(jìn)行初步模擬計(jì)算時(shí)，將布袋區(qū)域整體以多孔介質(zhì)模型進(jìn)行了近似處理，通過(guò)這種處理方法，能夠判斷煙氣在進(jìn)入各個(gè)倉(cāng)室的流場(chǎng)分布以及在各個(gè)倉(cāng)室的流量分配情況，但每個(gè)腔室內(nèi)的流場(chǎng)分布計(jì)算結(jié)果并不準(zhǔn)確。為了進(jìn)一步更精確地考察每個(gè)腔室內(nèi)的流場(chǎng)分布情況，需要對(duì)每個(gè)布袋進(jìn)行建模，并在軟件中將布袋設(shè)置為porous-jump邊界，但此時(shí)如果仍對(duì)整個(gè)除塵器進(jìn)行計(jì)算，則劃分的網(wǎng)格數(shù)量過(guò)于龐大，計(jì)算時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。根據(jù)前期初步計(jì)算結(jié)果得知，煙氣進(jìn)入各個(gè)倉(cāng)室的流量差別僅約為5%，可以認(rèn)為煙氣在6個(gè)除塵室的流量分配基本均勻。且煙氣在進(jìn)入灰斗前的漸縮管道時(shí)橫截面上的流速分布也比較均勻，因此只需對(duì)單個(gè)腔室進(jìn)行進(jìn)一步精確的模擬計(jì)算。

1）灰斗進(jìn)風(fēng)的情況研究分析，以單個(gè)除塵腔室作為對(duì)象，計(jì)算的起點(diǎn)定位灰斗前減縮管的入口橫截面，認(rèn)為此處煙氣速度分布均勻；計(jì)算終點(diǎn)為單個(gè)腔室的煙氣出口橫截面。

單個(gè)腔室的入口煙氣量設(shè)置為41667m3/h。布袋以porous-jump邊界處理，面滲透率取1×10-11m2，壓力階躍系數(shù)取1×106m-1，厚度設(shè)為2mm。

2）考察指標(biāo)，設(shè)備采用灰斗進(jìn)風(fēng)，主要有兩個(gè)方面：一是在設(shè)備入口布置均風(fēng)裝置（即均風(fēng)板），煙氣由灰斗進(jìn)入設(shè)備倉(cāng)室，然后經(jīng)導(dǎo)流板引導(dǎo)，相對(duì)均勻的經(jīng)過(guò)濾袋；另一種則是設(shè)備入口未設(shè)置導(dǎo)流裝置，煙氣自灰斗直接進(jìn)入倉(cāng)室，然后經(jīng)過(guò)濾袋。以往的工程經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)于含塵煙氣自灰斗進(jìn)入設(shè)備，若煙氣入口未設(shè)置導(dǎo)流裝置，無(wú)論煙氣以何種角度進(jìn)如設(shè)備，煙氣進(jìn)入設(shè)備后均會(huì)產(chǎn)生渦流以及湍流現(xiàn)象，對(duì)布袋底部以及下表面?zhèn)让娴臎_刷均十分嚴(yán)重，嚴(yán)重影濾袋的壽命，設(shè)備的運(yùn)行效果。而對(duì)于含塵煙氣自灰斗進(jìn)入設(shè)備，若煙氣入口設(shè)置相關(guān)導(dǎo)流裝置，則相對(duì)于不設(shè)導(dǎo)流板的方案，該方案能稍微緩解含塵煙氣對(duì)于布袋的的沖刷，延長(zhǎng)布袋使用壽命，下面就含塵煙氣由灰斗進(jìn)入設(shè)備倉(cāng)室，然后經(jīng)導(dǎo)流板引導(dǎo)的方案，結(jié)合氣流模擬軟件CFD進(jìn)行研究分析。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，單個(gè)腔室模型內(nèi)的流線分布圖如下：

通過(guò)以上圖可以看出，煙氣經(jīng)過(guò)彎頭進(jìn)入灰斗后，一部分被導(dǎo)流板阻擋轉(zhuǎn)折向上，另一大部分由導(dǎo)流板下方經(jīng)過(guò)沖擊到灰斗外側(cè)壁面。且計(jì)算結(jié)果表明，盡管導(dǎo)流板對(duì)煙氣有引導(dǎo)作用，但是導(dǎo)流裝置對(duì)含塵煙氣的引導(dǎo)量很小，無(wú)法達(dá)到預(yù)期的效果，大部分煙氣經(jīng)導(dǎo)流板下方流過(guò)沖擊到灰斗的壁面。

上述研究表明，灰斗進(jìn)風(fēng)方案盡管在入口設(shè)置了導(dǎo)流裝置，緩解了煙氣對(duì)布袋的沖刷，但無(wú)法從本質(zhì)上解決此類問(wèn)題，煙氣進(jìn)入灰斗后，含塵煙氣仍會(huì)在灰斗內(nèi)部形成渦流及湍流，沖刷布袋。

3）箱體進(jìn)風(fēng)的情況研究分析，以單個(gè)除塵腔室作為對(duì)象，計(jì)算的起點(diǎn)定位灰斗前減縮管的入口橫截面，認(rèn)為此處煙氣速度分布均勻；計(jì)算終點(diǎn)為單個(gè)腔室的煙氣出口橫截面

單個(gè)腔室的入口煙氣量設(shè)置為41667m3/h。布袋以porous-jump邊界處理，面滲透率取1×10-11m2，壓力階躍系數(shù)取1×106m-1，厚度設(shè)為2mm。

4）考察指標(biāo)，通過(guò)模型內(nèi)的煙氣流線圖考察煙氣在除塵室內(nèi)部的氣流分布情況。截取箱體進(jìn)風(fēng)截面，通過(guò)該截面的速度矢量圖，考察煙氣在進(jìn)入除塵室時(shí)橫截面上的流向情況。在布袋區(qū)域底部截取濾袋底板截面，通過(guò)該截面的速度分布云圖和速度矢量圖，考察煙氣到達(dá)布袋區(qū)域底部時(shí)的流場(chǎng)分布情況。布袋外表面的煙氣流速對(duì)布袋的磨損起重要作用。對(duì)于布袋的底端，加速布袋磨損的因素是煙氣在水平方向的運(yùn)動(dòng)；而對(duì)于布袋的側(cè)面，影響布袋磨損的因素既有煙氣在水平方向的運(yùn)動(dòng)，也有煙氣在豎直方向的運(yùn)動(dòng)。因此，對(duì)于布袋底面，考察煙氣在水平方向速度分量的大小；對(duì)于布袋側(cè)面，考察煙氣流速大小。

同理按照設(shè)備采用箱體進(jìn)風(fēng)，也可分為兩個(gè)方面：一是在設(shè)備入口布置均風(fēng)裝置（即均風(fēng)板），含塵煙氣由箱體進(jìn)入設(shè)備倉(cāng)室，然后經(jīng)導(dǎo)流板引導(dǎo)，相對(duì)均勻的經(jīng)過(guò)濾袋；另一種則是設(shè)備入口未設(shè)置導(dǎo)流裝置，煙氣自灰斗直接進(jìn)入倉(cāng)室，然后經(jīng)過(guò)濾袋。以下分別結(jié)合氣流模擬軟件CFD對(duì)兩種箱體進(jìn)風(fēng)方案展開(kāi)進(jìn)行研究分析。

5）未在設(shè)備入口段設(shè)置導(dǎo)流板的情況

經(jīng)過(guò)計(jì)算，模型內(nèi)的流線分布如下：

（濾袋底部截面圖）

可見(jiàn)單個(gè)除塵室與除塵器整體的數(shù)值模擬所得出的煙氣流場(chǎng)分布結(jié)果基本一致，煙氣由進(jìn)氣煙道斜向進(jìn)入灰斗后，在灰斗內(nèi)發(fā)生橫向旋轉(zhuǎn)。

在箱體進(jìn)風(fēng)截面面上，煙氣在X、Y、Z三個(gè)方向上都有速度分量，由于該圖是俯視角度，所以展示的是煙氣在X、Z方向即水平方向上的分量。由圖可知，煙氣從進(jìn)氣煙道進(jìn)入單個(gè)除塵室時(shí)，由于慣性作用在X軸方向仍有速度分量，導(dǎo)致灰斗內(nèi)氣流繞Y軸產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。

通過(guò)濾袋底部截面圖可以看出煙氣到達(dá)布袋底部時(shí)，仍在繞Y軸旋轉(zhuǎn)，因而煙氣相對(duì)于布袋底部仍有較大的切向速度。在布袋下方煙氣含塵量濃度較高的情況下，這種切向速度會(huì)對(duì)布袋產(chǎn)生較嚴(yán)重的磨損。這對(duì)布袋的壽命很不利。

6）在設(shè)備入口段設(shè)置導(dǎo)流板的情況

經(jīng)計(jì)算，在設(shè)備入口段設(shè)置導(dǎo)流板的方案模型內(nèi)的流線如下所示：

由以上視角的流線圖可看出，在進(jìn)風(fēng)分煙道內(nèi)添加導(dǎo)流板后，煙氣進(jìn)入單個(gè)除塵室時(shí)在X方向的速度分量基本被消除，在灰斗內(nèi)沒(méi)有產(chǎn)生明顯的繞Y軸旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，而改為繞X軸產(chǎn)生渦旋。但由圖可以看出，盡管在繞X軸的方向產(chǎn)生了渦旋，但渦旋流速較小，對(duì)布袋沖刷的影響不是很大。

通過(guò)對(duì)濾袋底部截面即布袋區(qū)域底部的煙氣速度矢量圖分析，未設(shè)置導(dǎo)流裝置相比，布袋區(qū)域底部的速度矢量不再呈繞中心旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上研究結(jié)果表明，袋式除塵設(shè)備的兩種下進(jìn)風(fēng)方式（灰斗進(jìn)風(fēng)與箱體進(jìn)風(fēng)），采用灰斗進(jìn)風(fēng)的方式，并在設(shè)備入口設(shè)置導(dǎo)流裝置，盡管能從一定程度上緩解煙氣進(jìn)入灰斗后所形成的渦流及湍流現(xiàn)象所引發(fā)的布袋底部水平風(fēng)速對(duì)濾袋的沖刷，但卻不能從根本上解決此類問(wèn)題。而相比于箱體進(jìn)風(fēng)來(lái)講，盡管設(shè)備采用箱體進(jìn)風(fēng)需抬高箱體，增加了設(shè)備的建設(shè)成本，但能解決布袋底部水平風(fēng)速對(duì)濾袋的沖刷，從而延長(zhǎng)濾袋的使用壽命。