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下進(jìn)風(fēng)袋式除塵器內(nèi)部流場的數(shù)值模擬

采用計算流體力學(xué)軟件Fluent，通過數(shù)值模擬的方法對下進(jìn)風(fēng)袋式除塵器的內(nèi)部流場進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)原設(shè)計方案存在氣流分布不均勻、設(shè)備阻力過大等問題，提出了在進(jìn)氣通道內(nèi)添加導(dǎo)流板的改進(jìn)措施．結(jié)果表明在四種不同的工況下，改進(jìn)后的袋室除塵器內(nèi)部氣流分布更均勻，進(jìn)出口壓力差減小，除塵器各部分均能起到良好的除塵作用，從而有效地減少了濾袋的磨損，提高了除塵效率和運行的穩(wěn)定，為袋式除塵器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供了依據(jù)。

在我國，電力行業(yè)是煤炭消耗的大部門，也是工業(yè)粉塵的主要排放部門。隨著環(huán)保治理力度不斷加大，對火電廠煙囪出口煙塵排放濃度要求日益提高，要求治理整改的期限也越發(fā)緊迫。作為電力行業(yè)應(yīng)用廣泛的的除塵設(shè)備之一，對袋式除塵器進(jìn)行優(yōu)化改造，提高袋式除塵的除塵效率，具有十分重要的現(xiàn)實意義。

袋式是袋式除塵器的執(zhí)行部分，袋的氣流分布直接影響到除塵器的工作能和使用壽命，氣流不均易造成袋的布袋的破損，影響到袋其他濾袋的除塵效率。袋式除塵設(shè)備內(nèi)部氣固兩相流動十分復(fù)雜，直接對袋式除塵器流場測試非常困難，因而一般選取CFD技術(shù)作為數(shù)值模擬的主要分析手段。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者針對這方面進(jìn)行了許多研究。FraunhoferITWM［20］提出計算流體力學(xué)模擬過濾過程的算法。

Croom［20］提出了一些對進(jìn)氣口和導(dǎo)流板進(jìn)行優(yōu)化的改進(jìn)措施，有一定的借鑒意義。德國INTENSIVFILTER［23，24］擁有自己專門的CFD部門利用CFX軟件對方案前期預(yù)估以及袋式除塵器結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，在除塵器進(jìn)口段通過加導(dǎo)流片改善內(nèi)部氣流組織，得到良好效果。

徐文亮等［11］分析了擋板除塵器流場狀況，主要分析了前擋板長度和除塵器入口速度兩因素對除塵能的影響，提出了佳擋板長度，并說明了降低入口速度對除塵器能優(yōu)化是有利的。鄭輝等［13］用數(shù)值模擬軟件對除塵設(shè)備進(jìn)氣煙箱放置氣流分布板前后氣固多相流的分布情況進(jìn)行了數(shù)值模擬，提出了放置氣流分布板后的氣流分布情況明顯優(yōu)于未放置之前，氣流分布較為均勻。

國內(nèi)外一些袋式除塵企業(yè)已開始采用CFD技術(shù)，對除塵系統(tǒng)中流場進(jìn)行定研究，掌握流場分布規(guī)律，比較各種模型的優(yōu)點和不足，了解各種袋室結(jié)構(gòu)因素對氣流分配的影響。筆者通過采用Fluent軟件對改造前后袋的氣流分布情況進(jìn)行了對比分析，得到了改善氣流分布的方案。

研究選取的是下進(jìn)風(fēng)袋式除塵器，1幾何模型分為上箱體、中箱體、下箱體(灰倉)、進(jìn)氣口、排氣口等幾個部分。

模型基本參數(shù)為上箱體的長1600mm、寬2200mm、高6000mm，進(jìn)風(fēng)管位于上箱體底面位置，灰倉是高1200mm的倒四棱錐，灰斗側(cè)面與水平面呈60°，濾袋直徑130mm、長6000mm，濾袋為10排7列，間距是200mm×200mm，共70個濾袋，除塵器總過濾面積1807m2。

由于該除塵器是軸對稱形，因此在Fluent中可采用對稱邊界條件，建模只取其中一半作計算區(qū)域。模型的網(wǎng)格劃分采用上箱體的上表面和濾袋出口面的面網(wǎng)格采用三角形網(wǎng)格，濾袋及上箱體的體網(wǎng)格采用三角棱柱形網(wǎng)格，中箱體的體網(wǎng)格采用三棱柱形網(wǎng)格，除塵器的入口采用正六面體網(wǎng)格，下箱體的體網(wǎng)格采用四棱柱臺形網(wǎng)格，見2。

按順序?qū)V袋編號，靠近對稱面的濾袋編為第1排，遠(yuǎn)離對稱面的濾袋編為第5排，中間2排濾袋依次為第2排、第3排和第4排，每排濾袋在遠(yuǎn)離進(jìn)風(fēng)口側(cè)的編為第1列，依次往后，共分7列，見3。

假定袋部流體是等溫不可壓縮、作定長流動，模擬計算選用標(biāo)準(zhǔn)k－ε雙方程模型控制方程為

由于袋式除塵器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為利于建立模型及計算方便，做如下假設(shè)

(1)將進(jìn)入袋細(xì)小顆粒和氣體的混合物看作是一種均勻介質(zhì)。

(2)分別在一定的粉塵厚度的情況下，對內(nèi)部氣流的分配作近似的模擬分析。

(3)建立模型時，只考慮袋室入口袋式除塵器的花板處為止，不計其他部件的影響。

(4)由于袋式除塵器中濾袋數(shù)量龐大，因此，只取袋式除塵器中有限數(shù)量的濾袋進(jìn)行模擬。

(5)由于模型的幾何結(jié)構(gòu)具有對稱，因此在模擬中可以取整個模型的一半作為計算區(qū)域。

由以上假設(shè)，本文采用標(biāo)準(zhǔn)的k－ε方程湍流模型、穩(wěn)態(tài)分離隱式解算器，壓力－速度耦合采用SIMPLE算法，對流項選取二階迎風(fēng)離散格式，在近壁區(qū)采用壁面函數(shù)法。濾袋采用多孔跳躍模型，在連續(xù)相的動量方程中加入附加的黏損失項，流體穿過介質(zhì)的壓力降滿足Darcy公式

本模型是下進(jìn)風(fēng)式袋式除塵器，灰斗沒有任何的氣流均布裝置，進(jìn)氣口面積較小，進(jìn)氣速度較高。

4為入口風(fēng)速7．11m/s，過濾速度1m/min工況的下進(jìn)風(fēng)式袋式除塵器流場速度云。由4中(a)—(e)中可以看到在氣流進(jìn)入除塵器灰倉后，一小部分氣流沿著除塵器上箱體前端墻體高速上升，造成這部分空間間歇速度過大，對靠近墻體濾袋的下部帶來沖刷。

又由于在除塵器中被過濾下來的顆粒物向下運動，當(dāng)顆粒物下降到氣流射流處，又會被射流重新帶回到上箱體，這樣不僅加重了濾袋的負(fù)荷，而且以較大的速度沖刷濾袋，同時也使在靠近墻體的濾袋的氣流量較大，靠近對稱面的濾袋的氣流量較小。

4下進(jìn)風(fēng)式袋式除塵器Y軸方向不同截面的速度云

5下進(jìn)風(fēng)式袋式除塵器Z軸方向不同截面的速度云

從5中可以看出在布袋的底部附近(Z=0mm面)氣流極不均勻，靠近墻體濾袋附近的氣流流量比較大，不僅氣流間歇速度過大，超過了設(shè)計值，而且氣流的含塵體積濃度也很高，對濾袋造成嚴(yán)重沖刷，這樣必然會降低濾袋的使用壽命。

由5分析可以看出入口處氣流流速比較大，氣流間歇速度過大，含塵體積濃度也很高，靠近墻體濾袋附近的氣流流量比較大，一部分煙氣進(jìn)入袋室沿濾袋高度上升，煙氣在遇到濾袋的阻擋后，一部分煙氣沿濾袋間隙上升，一部分直接進(jìn)入濾袋過濾。濾袋出口端速度較大且氣流極不均勻，對濾袋造成沖刷，使濾袋內(nèi)部所受壓力不均，極易導(dǎo)致濾袋破碎。

針對現(xiàn)有的袋室進(jìn)氣口區(qū)域氣流不均導(dǎo)致濾袋易破損的缺點，對袋式除塵器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，在除塵器的入口處安裝了幾塊逐漸下降的導(dǎo)流板，以改變氣體流動方向，得到幾乎均勻的上升氣流。

導(dǎo)流板排列形式不同，除塵器內(nèi)氣流分布也不同。根據(jù)除塵器濾袋的列數(shù)(n)，如6所示，在除塵器的入口處安裝了7塊導(dǎo)流板。

為平分進(jìn)氣口的氣流，根據(jù)經(jīng)驗公式(7)可得導(dǎo)流板板高

式中Hi為第i個導(dǎo)流板的高度，m;i=1，…，6;H為進(jìn)氣口的高度;n為濾袋的列數(shù)。

7、8為添加導(dǎo)流板后過濾速度為1m/min時除塵器不同截面的速度分布結(jié)果．由5可以看出，在進(jìn)風(fēng)口截面添加導(dǎo)流板后，除塵器袋的回流區(qū)域進(jìn)一步縮小，流場也更趨于均勻，尤其是袋室前后兩部氣流分布有了明顯的改善．

7改進(jìn)后下進(jìn)風(fēng)式袋式除塵器Y軸方向不同截面的速度云

8改進(jìn)后下進(jìn)風(fēng)式袋式除塵器Z軸方向不同截面的速度云

為了能更加直觀地顯示袋式除塵器改進(jìn)后流場的改善程度，在袋不同位置取面積相等的截面，分別計算這些截面改進(jìn)前后的平均速度，結(jié)果示于9。

9為除塵器內(nèi)部氣流各濾袋不同工況條件下的改進(jìn)模型前后氣流平均速度分布對比，從中可以看出總體上，隨著過濾速度的提高，除塵器內(nèi)部各濾袋平均氣流速度的不均勻程度呈增大的趨勢。

(a)－(d)．為過濾速度為0．5m/min，1m/min，1．5m/min和2m/min4種工況的除塵器內(nèi)部氣流分布平均速度改進(jìn)前后對比，由(a)(d)可知，在除塵器入口附近加導(dǎo)流板后，高速氣流進(jìn)入袋式除塵器后，氣流受導(dǎo)流板的影響，氣流的主流方向下移，在導(dǎo)流板的作用下分7股氣流均勻地進(jìn)入上箱體。

分流后氣流速度相對較小，氣流在進(jìn)入除塵器后不會對濾袋帶來嚴(yán)重沖刷，并且除塵器內(nèi)氣流分布也比較均勻。由于氣流被分流，氣流對后墻體的沖擊變小，氣流一直貼著除塵器下箱體的后墻體運動，回流速度也比原型的速度小，使得除塵器下箱體內(nèi)氣流分布均勻。在除塵器的不同截面，除塵器上箱體中氣流間歇速度都小于設(shè)計值，沒有對濾袋帶來沖刷，整個除塵器內(nèi)氣流分布均勻。

(1)在原型中，氣流高速沖刷灰斗墻體，一部分氣流在灰斗內(nèi)流動形成回流，使沉積的粉塵再次卷入氣流進(jìn)入袋室，從而加重了濾袋負(fù)荷;另一部分氣流沿除塵器后墻體高速上升，沖刷濾袋，造成袋室后端的濾袋容易破損;

(2)在進(jìn)口處添加導(dǎo)流板，可以對除塵器入口處的射流分流，使袋氣流分布更均勻，有效減少對部分濾袋的集中沖擊，從而提高了濾袋的使用壽命及除塵效率;

(3)采用計算機模擬方法能夠很好地反映出除塵器內(nèi)部氣流的流動狀況，為袋式除塵器氣流分布、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供了依據(jù)。

電除塵技術(shù)論文

電除塵是利用高壓電源產(chǎn)生的強電場發(fā)生電暈放電，使懸浮塵粒在電場力的作用下，將懸浮塵粒從氣體中分離出來的技術(shù)。下面是我精心的電除塵技術(shù)論文，希望你能有所感觸!

【】本文從電除塵器技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀、減排節(jié)能電除塵新技術(shù)，以及其他技術(shù)這三個方面對減排節(jié)能電除塵新技術(shù)應(yīng)用研究進(jìn)行闡述。

【關(guān)鍵詞】減排節(jié)能;電除塵技術(shù);應(yīng)用;研究

中分類號： TE08文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，為了更好的進(jìn)行節(jié)能減排，并且減少污染物的排放，節(jié)能減排電除塵新技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。

我國全面系統(tǒng)地對電除塵器技術(shù)進(jìn)行研究和開發(fā)始于上個世紀(jì)60年代。在1980以前，我國在國際電除塵器領(lǐng)域還處于非常落后的地位。改革開放以來，我國國民經(jīng)濟持續(xù)不斷地高速增長，環(huán)境保護(hù)對國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展顯得愈來愈重要。受市場經(jīng)濟下的利益驅(qū)動，國內(nèi)許多大、中型環(huán)保產(chǎn)業(yè)對電除塵器進(jìn)行技術(shù)研究和開發(fā)方面的投入不斷加大，電除塵器的應(yīng)用得到了長足的發(fā)展。更是將高效電除塵器技術(shù)列入“七五”攻關(guān)項目。通過對引進(jìn)技術(shù)的消化、吸收和合理借鑒，到上世紀(jì)90年代末，我國電除塵器技術(shù)水平基本上趕上國際同期水平。

進(jìn)入21世紀(jì)以后，我國把“大力推進(jìn)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，加強環(huán)境科學(xué)研究，積極發(fā)展環(huán)保產(chǎn)業(yè)”作為經(jīng)濟發(fā)展的重要相關(guān)政策，環(huán)保產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步得到重視。隨著對污染控制要求的不斷提高，對粉塵排放的要求也大幅提高。電除塵器作為控制大氣污染、解決環(huán)保與經(jīng)濟發(fā)展之間的矛盾的主要設(shè)備之一，其應(yīng)用技術(shù)進(jìn)一步得到飛速發(fā)展。

目前，電除塵器已廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電、鋼鐵、有色冶金、化工、建材、機械、電子等眾多行業(yè)。我國作為世界電除塵器大國立足于國際舞臺，不僅在數(shù)量上，而且在技術(shù)水平上都已進(jìn)入國際行列。電除塵器技術(shù)從設(shè)備本體到計算機控制的高低壓電源，以及絕緣配件、振打裝置、極板極線等已全部實現(xiàn)國產(chǎn)化，并且已有部分產(chǎn)品出口到30多個和地區(qū)。

在1980年以前，我國電除塵器的規(guī)模絕大多數(shù)都在100m2以下，而其行業(yè)占有量為有色冶金行業(yè)32%，鋼鐵行業(yè)30%，建材行業(yè)18%，電力行業(yè)8%，化工行業(yè)5%，輕工行業(yè)4%，其他行業(yè)0%。

隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，尤其是電力、建材水泥行業(yè)的發(fā)展達(dá)到水平，到上世紀(jì)90年代中期，電除塵器行業(yè)占有量的格局已改變?yōu)椋弘娏π袠I(yè)72%，建材水泥行業(yè)17%，鋼鐵行業(yè)5%，有色冶金行業(yè)3%，其他行業(yè)3%。目前火力發(fā)電行業(yè)的電除塵器用量已占全國總量的75%以上，648m2的電除塵器已在100MW的火電廠中成功運行。在化工行業(yè)，由于受國際硫磺的影響，從上世紀(jì)90年代中期采用硫磺制酸工藝取代硫鐵礦制酸工藝的企業(yè)急劇上升，使得電除塵器的行業(yè)占有量也隨之大幅下降，直到近兩年才有觸底反彈的跡象。

在火力發(fā)電中，由于煤粉變粗、煤的含水量過多等因素很容易造成鍋爐排放的煙霧溫度過高，很大程度地降低了電除塵器的工作效率。煤煙溫度的過高對電除塵器的影響主要表現(xiàn)在：

1)高溫?zé)熿F會增加煙氣量，同時使得電場的風(fēng)速增加，造成煙塵經(jīng)過電除塵器的處理時間變短，降低除塵效率。

2)高溫?zé)熿F也會降低電場的擊穿電壓，增加了氣體分子間的間隙，不利于電子與之碰撞，從而造成電離效應(yīng)增加，降低除塵效率。

3)容易形成反電暈(除塵器極板上高比電阻塵產(chǎn)生的局部放電)，早晨塵粉二次飛揚，降低除塵效率。

火電廠使用的電源主要為工頻段在50Hz的常規(guī)電源，而高頻電源對電子和微電子等技術(shù)的應(yīng)用，利用波形轉(zhuǎn)換可以滿足電除塵電力要求的同時，有很多優(yōu)點：

1)提高效率。如果給電除塵器使用高頻電源，利用高頻電源的電氣特以及放電的能，可以將電除塵的效率提高很多倍，同時還能降低煙氣的排放量。

2)節(jié)能。同樣利用高頻電源的一些特，可以將電除塵的效率因數(shù)提高0.9，更加的節(jié)省能源消耗。

3)體積小，使用便捷。普通的電源在制作中由于工藝的局限，很難在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上將體積進(jìn)一步縮小。而高頻電源則因使用的變壓器與控制系統(tǒng)集成的技術(shù)，體積很小，在安裝中可以考慮安裝在電除塵器的頂部。集成化的特點也決定了其可以使用更少的電纜，也更加節(jié)省空間。

4)綠色環(huán)保。高頻電源采用了三相電源供電的方法，使用起來對整個電網(wǎng)的影響小，其大的特點還是無缺相的損耗以及無污染，同時在電路的設(shè)計中增加了短路、開路、超溫保護(hù)等功能，完全可以在十分惡劣的條件下使用。

三氧化硫是火電廠煙氣的主要污染物之一，所以在電除塵技術(shù)中如果能減少三氧化硫的排放量，或者能進(jìn)一步減小排放的三氧化硫?qū)Νh(huán)境的污染，才能達(dá)到減排的要求。三氧化硫煙氣調(diào)質(zhì)技術(shù)可以將一定量的三氧化硫與煙氣中的少量水分通過一定手段結(jié)合成酸氣溶膠，這種溶膠在通過除塵器的時候能夠輕易地吸附于粉塵表面，從而達(dá)到電除塵的效率。

低二次揚塵技術(shù)主要是為了解決在電除塵過程中煙氣在電風(fēng)作用下產(chǎn)生的二次揚塵帶來的除塵效率低的問題。低二次煙塵技術(shù)主要有以下幾種措施：

1)對電除塵器內(nèi)部的振打機構(gòu)進(jìn)行一定的改進(jìn)，優(yōu)化振打工作的程序，通過合理配置振打的強度以及去除不必要的振打來降低二次揚塵的濃度，讓在極板上的粉塵聚成塊狀而脫落。

2)對電場進(jìn)行改進(jìn)來克服高流速下的二次揚塵。目前使用的對電場的改進(jìn)主要有使用高頻電源來減少電暈閉塞，增加電場的工作效率;在電場中增加變阻流格柵，減少揚塵量;增加電場的面積來擴大對煙氣流通的阻斷作用范圍，進(jìn)一步降低風(fēng)速。

在對火電廠電除塵技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)的時候，出了對于煙塵成分的研究，還出現(xiàn)了一種氣流分布的新技術(shù)。這種技術(shù)是考慮了在大型的電除塵器中氣流分布和濃度分布對于排放量的影響。

為了解決這種氣流分布不均帶來的影響，氣流分布技術(shù)從原始的檢測分析入手，通過對電除塵器內(nèi)部的結(jié)構(gòu)以及氣道中氣流分布裝置的安裝情況進(jìn)行研究，經(jīng)過一系列的實驗來找到影響氣流分布的原因，從而對癥下藥。這種技術(shù)主要是通過復(fù)雜的運算來找出修正的方案，可以有效保證氣流的氣流分配均勻，大限度地提高電除塵的效率。

常規(guī)的電除塵器粉塵荷電與收塵功能是在同一個電場內(nèi)完成，電場場強往往受荷電電壓限制，使電除塵效果不能得到佳發(fā)揮。這里提供一種陰陽極分小區(qū)布置、復(fù)式組合的機電多復(fù)式雙區(qū)收塵電場新型產(chǎn)品技術(shù)，根據(jù)設(shè)計要求，可沿電場長度方向設(shè)置2~3組荷電與收塵小區(qū)并呈復(fù)式交錯布置。

濕法電除塵器采用洗滌電極的方法，可確保電極清潔，并可有效捕集細(xì)微粉塵、去除 SO3及一些重金屬等，主要應(yīng)用在冶金環(huán)境除塵等常溫型工況場合。用在燃煤鍋爐濕法脫硫后，可捕集逃逸的 PM2.5細(xì)微粉塵等，有效解決石膏雨等問題，實現(xiàn)近似零排放。但要注意解決好設(shè)備防腐以及廢水循環(huán)處理。

全布袋除塵工藝不僅在技術(shù)上可行，且具有投資省、占地少、運行低等優(yōu)勢，是符合我國特點的新技術(shù)，是典型的節(jié)能環(huán)保工程。電加袋除塵器由電除塵器改造而成，改善了電除塵器的除塵效率收粉塵“比電阻”的影響很大，除塵效率低的缺點。

總的來說，各種新技術(shù)的不斷被研發(fā)和應(yīng)用，極大地促進(jìn)了節(jié)能減排技術(shù)的發(fā)展，在一定程度上減少了顆粒污染物的排放，促進(jìn)了生活環(huán)境的改善。

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