除尘器内部流场数值模拟

何 兰，刘文杰

（苏州大学 机电工程学院，江苏 苏州 215021）

除尘器内部流场数值模拟

何 兰，刘文杰

（苏州大学 机电工程学院，江苏 苏州 215021）

文章介绍某除尘器内部流场数值模拟分析，并诊断出流场分布不均匀的原因，提出优化方案，使除尘器在实际应用中有更好的效果。

除尘器；气流流场；数值模拟

1 除尘器结构形式

该除尘器由前端的重力沉降室和后端的袋式除尘器组合而成，两者之间用隔板隔开。气体从中间进入重力沉降室，预除尘后从箱体的两侧进入袋式除尘器，净化后的气体经上箱体后从中部排出。袋式除尘器采用扁布袋，共14个处理单元，各处理单元之间不隔开；采用上下两节组成的船型灰斗。

2 物理模型

为保证CFD分析结果的可靠性，按照除尘器的真实尺寸建立计算的物理模型。同时，考虑到计算过程的收敛性和计算机的实际性能，对除尘器的结构做如下简化：①扁袋结构的简化，忽略滤袋的转角处；②忽略上箱体中气包、脉冲阀和喷吹管对流场的影响；③对除尘器的所有内部构件都做无壁厚处理；④本次CFD分析为单相流分析，不考虑颗粒相对气流的影响；⑤该除尘器的结构左右对称，为节省时间，取一侧为计算区域。

3 边界条件和网格划分

此除尘器在常温下工作，设入口气体温度为27℃。此温度下，空气的动力粘度μ=1.7894e-5Pa·s，密度为1.225kg/m3。采用湍流强度和水力直径定义对出入口的湍流进行定义，分别采用速度入口、压力出口。采用混合网格，总网格数量约为164万；其中EquiSize Skew>0.7的网格单元4380个，占总网格数的0.27%，网格单元的最大EquiSize Skew值为0.88。

4 计算结果分析

（1）气体流动迹线图。由图1可知，气体进入除尘器后直接撞击第一排滤袋前的挡板，在重力沉降室上下分别形成两个大的漩涡。

图1 气体迹线图

（2）各滤袋出口速度分布。图2中过滤单元前端和后端的空白表示其速度大于2.5m/s。由图2中的滤袋出口速度分布可知，前面过滤单元出口处的速度远小于后面的。

图2 各滤袋出口速度分布

（3）沿气流方向各截面上速度分布如图3所示。

图3 沿气流方向各截面上速度分布

（4）截面所在位置如图4所示，箱体侧面速度分布如图5所示。由图4、图5可知原设计中，在前四个处理单元的进气侧加角钢对滤袋进行防护是有必要的。可否考虑对后续各处理单元的下部也加角钢进行保护。

图4 截面所在位置示意图

图5 箱体侧面速度分布

（5）扁袋的处理气量对比。图6中各滤袋的编号沿着气流方向依次变大。从图6可看出，各处理单元所处理的烟气量是不均匀的。每个处理单元的平均处理气量为从第二个单元开始各单元所处理的烟气量逐渐变大，最后一个得单元的处理气量明显大于前几个。

图6 各扁袋处理气量对比图

5 初步结论

采用FLUENT软件对除尘器的内部流场进行模拟计算，对结果进行分析后可得到以下结论。

（1）烟气进入除尘器后，以较高的速度撞击前端的隔板，增加了压降；并且产生较大的漩涡，影响粉尘的沉降。

（2）原设计方案中在1～4的处理单元两侧加设角钢是很有必要的。由模拟结果可知，第5个处理单元下部的气流速度也较大，是否可以也加设角钢保护滤袋。

（3）各处理单元所处理的烟气量沿着气流方向依次增加，导致原方案中在箱体两侧所加的导流板可能达不到预计的作用，可考虑进行改进。

6 除尘器结构的优化及其计算结果

（1）结构的优化。根据初步模拟计算所得到的结论，对原除尘器的结构进行优化。具体改进如下：①在箱体两侧第1、2、3处理单元的进气烟道内加圆弧形导流板。沿着气流的运动方向导流板的半径依次为150mm、100mm、50mm。②将除尘器入口管道向外移动244mm（即原插入深度的一半）。

（2）优化后的计算结果。结构改变后除尘器出入口的静压差为2223Pa；原除尘器出入口静压差为2441Pa，由此可见，减少入口管道的插入深度能有效降低除尘器的压降。图7为对称平面上的速度分布，与原除尘器的速度分布基本一致。加角钢后，除尘器箱体侧截面上速度分布于无角钢时相比明显下降。具体分布如图8所示。图9为加导流板前后各滤袋处理气量的对比图。可见加导流板后各滤袋处理的气量各趋于均匀，但位于最后的几个滤袋的处理气量还是明显大于其它滤袋。

图7 结构改变后对称面上速度分布

图8 加角钢后箱体一侧截面上（y=510）的速度分布

图9 加导流板前后各滤袋处理气量对比分析图

（3）最终结论。①在前四个处理单元加角钢能有效的降低滤袋前的气速，很好地保护滤袋；②减少进风管的插入深度将有效降低除尘器压降；③前述所加的导流板能起到增加个滤袋处理气量均匀性的目的。

［1］郝吉明，马广大.大气污染控制工程［M］.北京：高等教育出版社，2004.

［2］钟秦.燃煤烟气脱硫脱硝技术及工程实例［M］.北京：化学工业出版社，2002.

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［4］李思明，李彩亭，曾光明，等.新型湿法除尘除有害气体斜板塔的流场分析［J］.环境工程学报，2007，1（5）.

［5］李思明.新型湿法斜板塔德数值模拟［D］.长沙：湖南大学，2007.

Internal Flow Field Numerical Simulation of Dust Catcher

HE Lan，LIU Wen-jie
（Mechanical and Electrical Engineering College，Suzhou University，Suzhou，Jiangsu 215021，China）

The article introduces the internal flow field numerical simulation of a dust catcher，and the cause of the uneven distribution of flow field，then puts forward optimized scheme to make dust catcher have a better effect in actual application.

dust catcher；air flow field；numerical simulation

X701.2

A

2095-980X（2016）10-0044-02

2016-09-05

何兰，主要研究方向：机电工程。