转炉干法静电除尘器阳极板振打仿真分析

梁 广，刘国华

（重庆赛迪冶炼装备系统集成工程技术研究中心有限公司，重庆市 400013）

转炉干法静电除尘器阳极板振打仿真分析

梁 广，刘国华

（重庆赛迪冶炼装备系统集成工程技术研究中心有限公司，重庆市 400013）

对转炉干法静电除尘器一个振打单元阳极板的振打过程进行了仿真，分析了其切向与法向两个方向的加速度值。结果表明中部振打的平均加速度值要大于在底部振打的值,在振打位置附近区域的振打加速度最大,同时极板的振打加速度随振打速度增大而增加,但增加幅度不是特别显著。

转炉；静电除尘；振打；有限元分析;数值仿真

0 前言

我国钢铁工业近些年来发展迅速,截止到2012年,我国的转炉数目超过600座[1],采用节能环保新技术对于钢铁工业的节能减排有着重要的意义。转炉干法静电除尘系统由德国鲁奇公司与蒂森克虏伯钢铁厂联合研制成功,该除尘方式不用大量浊环水洗涤煤气,而采用蒸发冷却器、静电除尘器与煤气冷却器相结合的干式系统,具有净化效率高、能耗低的特点,是当前转炉除尘的主要发展方向[2]。

干法静电除尘器阳极板上沉积的烟尘主要是采用振打方式进行清灰,采用一定重量的振打锤从侧部对阳极板进行敲打。长期实践表明,对于振打清灰,阳极板表面的加速度值大小要合适,同时极板表面要尽量均匀[3],振打锤的位置与速度对于这两个方面都会有显著的影响。对于阳极板上的加速度,理论分析表明使得沉积粉尘有效脱落的临界加速度值与粉尘层的厚度、粒径都有关系[4],阳极板表面法向加速度值要达到102 g以上才能够有效地清除阳极板上沉积的粉尘。然而对阳极板振打系统开展深入的实验研究比较困难,代价也很高,因此数值仿真手段已经成为了最有效、最经济的手段[5-6]。

本文以某实际运行的转炉干法静电除尘器为原型，采用数值仿真法对其中一个振打单元阳极板的振打过程进行仿真分析,计算阳极板表面加速度随振打时间的变化过程,同时考察振打位置、振打锤速度对阳极板表面加速度的影响,为振打系统的评估与改进提供科学依据。

1 振打计算模型

1.1 系统组成

阳极板与振打装置的结构见图1。

图1 阳极板与振打系统结构

由图1可以看出,振打单元阳极板(装置1)由多块标准的阳极板拼接而成,振打装置由传动装置、振打轴、振打锤(装置2)等主要部件组成,撞击杆固定在阳极板上。振打装置利用机械传动系统将振打锤提升到一定高度，然后自由下落冲击阳极板上固定的横杆,撞击力引起的振动通过此横杆传递到阳极板上,使阳极板产生振动。振动使阳极板表面产生微小的位移变化,使得附着在极板上的粉尘脱离阳极板表面。此位移变化的距离程度用阳极板表面的加速度来衡量。

1.2 有限元模型

阳极板的几何尺寸宽4.8 m,高3.6 m,振打锤直径为120 mm。振打锤撞击阳极板横杆的过程是一个较为复杂的多轴运动过程，但其撞击瞬间仍然可以简化为振打锤以一定的速度水平撞击横杆。在本文的仿真计算中,振打位置包括阳极板竖直中部与底部两个位置,振打锤撞击速度包括2.8 m/s、3.2 m/s与3.5 m/s。

仿真采用的数值方法为有限元方法[7],计算软件采用ANSYS,计算时间0.02 s,计算过程中记录每一个监测点法向与切向两个方向的振动加速度值。图2是计算过程监测加速度的点布置。

图2 加速度监测点分布

2 仿真结果与讨论

表1是阳极板表面所有测点的最大瞬时加速度的平均值，包括3种振打速度与两个振打位置，中部振打是指振打杆的位置在阳极板的竖直正中,底部振打是指振打杆的位置在阳极板的底部。

表1 阳极板表面测点最大瞬时加速度平均值

从结果可以看出,中部振打的平均加速度值要大于在底部振打的值,同时振打锤速度越大,加速度越大,并且法向加速度的值要显著高于切向加速度值。为了更好地分析加速度分布,沿竖直方向把4个测点的加速度值进行平均,再沿振打方向绘制一条水平分布的加速度曲线,以切向加速度为例,见图3所示。

图3 阳极板表面加速度沿振打方向水平分布

从图中结果可以看出沿振打方向,最大瞬时加速度是逐渐降低的,在中部振打时的下降趋势比在底部振打时更加明显,因此在底部振打时阳极板表面的加速度分布更为均匀。为了进一步分析阳极板表面的加速度的动态特性,以测点10为例,图4是其切向加速度随时间变化的动态曲线。

图4 测点10的切向加速度动态变化曲线

由图4可以看出其是一条波动剧烈的曲线,其振幅随时间逐渐降低,这是一个耗散过程，其最大振幅就是最大加速度,平均振幅在50 g左右。进一步对其变化频率分析,可以发现其周期约为0.24 ms，即频率为4 120。

3 结论

综上,可以得出以下结论：1)阳极板在中部振打时表面加速度比在底部振打时大,但在底部振打时极板表面的加速度分布更加均匀;2)阳极板的振打加速度随振打速度提高而提高，但增幅不明显;3)最大瞬时加速度范围在20～1 000 g,频率约为4 000 Hz。

[1] 巩婉峰.转炉一次除尘新OG法与LT法选择取向探析[J].钢铁技术,2009(4)：6-50.

[2] 王永刚,王建国,叶天鸿,等.转炉煤气干法除尘技术在国内钢厂的应用[J].重型机械,2006(2)：1-3.

[3] 王勇勤,肖启明,严兴春,等.单块集尘板振打加速度的有限元分析[J].环境工程学报,2009(2)：331-334.

[4] 向晓东,邹霖.电收尘极板上沉积尘的附着力与振打加速度[J].安全与环境学报,2006(6)：112-115.

[5] 邵毅敏,祝志芳,熊绍武,等.电除尘器阳极板振打加速度分布规律与仿真设计[J].环境工程学报,2010,4(5)：1147-1152.

[6] 肖启明,钱利霞.电除尘器阴极振打加速度的有限元分析[J].机械设计与制造,2011(5)：31-33.

[7] 尹飞鸿.有限元法基本原理及应用[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 广(1978—),男,高级工程师,主要从事气体净化及除尘设计工作。