CFD技術(shù)在袋收塵器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

李勇，王作杰，張松

CFD技術(shù)在袋收塵器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

Application of the CFD Technology in Bag Filter Design

李勇，王作杰，張松

袋收塵器應(yīng)如何設(shè)計(jì)，使得各袋室分風(fēng)均勻合理，這對(duì)于收塵器的濾袋使用壽命至關(guān)重要，而袋收塵器進(jìn)氣口的進(jìn)風(fēng)角度和風(fēng)速等因素則直接影響著袋收塵器的使用效果。將現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)方法引入袋收塵器的設(shè)計(jì)過程，可以有效提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短設(shè)計(jì)周期。CFD技術(shù)的應(yīng)用使得流場(chǎng)設(shè)計(jì)更加科學(xué)和準(zhǔn)確，可以很直觀、清晰地解決實(shí)際遇到的相關(guān)問題。

某公司2500t/d生產(chǎn)線于2010年8月份正式投產(chǎn)，在2011年2、4、6月份進(jìn)行過全廠檢修，窯尾收塵器從2011年4月份開始出現(xiàn)濾袋破損的情況，并且逐步加重，到7月份時(shí)，濾袋破損已經(jīng)超過40條。破損濾袋主要集中于進(jìn)氣口方向的第三、四室，破損部位分布在濾袋距離袋口100mm距離處（見圖1）。從破損位置來看，初步分析應(yīng)該是濾袋晃動(dòng)，濾袋和袋籠頻繁摩擦造成的破損。但是，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及操作工藝進(jìn)行分析，并且收集此類型設(shè)備的使用信息，發(fā)現(xiàn)均未出現(xiàn)過此類現(xiàn)象，且首臺(tái)該型號(hào)設(shè)備從2007年年底使用至今一直運(yùn)行得比較理想，濾袋目前還在使用，而且相關(guān)參數(shù)均較正常。此外發(fā)現(xiàn)，這兩年用于其他生產(chǎn)線配套的此類型收塵器也未曾出現(xiàn)過此類問題。因此，在同樣工況情況下，出現(xiàn)如此大的設(shè)備運(yùn)行差異，已經(jīng)很難從設(shè)備本身尋找原因。

通過進(jìn)一步分析和比對(duì)，發(fā)現(xiàn)這條2500t/d生產(chǎn)線工藝管道與以前存在差別，其進(jìn)口管道由原來的傳統(tǒng)水平進(jìn)氣方式改為上進(jìn)氣方式，而且從循環(huán)風(fēng)機(jī)過來的管道與收塵器立面成27°角直接插入總管道（見圖2），與從預(yù)熱器直接過來的熱風(fēng)在進(jìn)口處直接匯合，形成氣體紊流，瞬間在風(fēng)管內(nèi)局部形成超過40m/s的風(fēng)速，導(dǎo)致在第一個(gè)灰斗位置處的袋室氣流運(yùn)動(dòng)不規(guī)則，濾袋產(chǎn)生晃動(dòng)，致使濾袋破損。

為了驗(yàn)證我們的分析，我公司針對(duì)該設(shè)備工藝管路布置及設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模，并采用CFD軟件對(duì)該模型整體進(jìn)行分析，分別模擬出了這種工況下收塵器內(nèi)部流場(chǎng)分布情況，進(jìn)出風(fēng)管道中截面速度云圖及整機(jī)速度流線圖。模擬結(jié)果進(jìn)一步印證了我們的設(shè)想，經(jīng)過模擬后的流場(chǎng)云圖見圖3。

其中，1-1，1-2，1-3為原型仿真結(jié)果，2-2，2-2，2-3為改進(jìn)型仿真結(jié)果。

從1-1和1-2可見，原型分風(fēng)不均，高速氣流直接俯沖進(jìn)第一個(gè)灰斗，導(dǎo)致第一個(gè)灰斗內(nèi)出現(xiàn)高速渦旋，然后從灰斗溢出進(jìn)入第二個(gè)灰斗，溢出部位正好是第三、四室的位置。不穩(wěn)定的高速氣流沖擊第三、四室內(nèi)的濾袋底部，致使濾袋晃動(dòng)與袋籠摩擦，最終導(dǎo)致濾袋破損。從2-1看出，在風(fēng)管內(nèi)加入導(dǎo)流裝置后，使得氣流均勻分散進(jìn)入各個(gè)灰斗，氣流在整個(gè)收塵器通道中運(yùn)行比較平穩(wěn)，各室氣流分布也比較均衡。從1-3看出，原型氣流進(jìn)入灰斗時(shí)運(yùn)動(dòng)不規(guī)則，且風(fēng)速較高，約為7～8m/s。從2-3看出，在風(fēng)道內(nèi)加入抗擾動(dòng)導(dǎo)流裝置后，氣流進(jìn)入灰斗時(shí)規(guī)則地貼灰斗壁面運(yùn)動(dòng)，且風(fēng)速明顯降低為4～5m/s。

通過實(shí)驗(yàn)室三維建模的流場(chǎng)模擬，發(fā)現(xiàn)收塵器濾袋破損的主要原因是，工藝管道布置不合理造成氣流在收塵器內(nèi)部分布不均勻，局部出現(xiàn)紊流現(xiàn)象，不規(guī)則的高速氣流沖擊濾袋底部，從而導(dǎo)致袋室內(nèi)袋籠晃動(dòng)，濾袋與袋籠加強(qiáng)圈處不斷地摩擦。當(dāng)玻纖（濾料）達(dá)到一定的磨損極限時(shí)，就出現(xiàn)破損，并隨著粉塵的不斷進(jìn)入與侵蝕，破損部位逐漸蔓延，特別是當(dāng)粉塵在濾袋里面積累到一定程度時(shí)，粉塵及濾袋的自重對(duì)破損面不斷撕扯，最終導(dǎo)致部分濾袋脫落。特別是在一個(gè)袋室內(nèi)，當(dāng)出現(xiàn)個(gè)別濾袋破損時(shí)，由于噴吹及分風(fēng)的影響，勢(shì)必會(huì)逐漸影響到袋室內(nèi)其他濾袋的使用壽命。

我們根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)及分析結(jié)果，特提出以下方案，供業(yè)主決策：

由于改造風(fēng)管工作量大，而且耗費(fèi)資金和時(shí)間較多對(duì)業(yè)主不利，所以對(duì)風(fēng)管不作改動(dòng)。但由于整個(gè)進(jìn)風(fēng)管道匯合處距離太短，無法完全解決局部氣流速度過高的狀態(tài)，故只能在進(jìn)口總管道上增加導(dǎo)流裝置，同時(shí)在收塵器風(fēng)道內(nèi)部增加抗擾動(dòng)導(dǎo)流裝置。這樣改造后，能從兩方面解決氣流不穩(wěn)定的情況：首先，當(dāng)不穩(wěn)定氣流通過進(jìn)風(fēng)管道垂直進(jìn)入袋室時(shí)，在入口處的導(dǎo)流裝置能將氣流均勻布置，使各個(gè)袋室風(fēng)量分布均勻；同時(shí)在風(fēng)道內(nèi)的抗擾動(dòng)導(dǎo)流裝置使氣流速度局部能降到可接受水平（見流場(chǎng)模擬分析結(jié)果），保證了濾袋的安全。

經(jīng)過考慮，業(yè)主采納了上述方案，并于2011年當(dāng)年完成改造，迄今設(shè)備運(yùn)行一切正常，沒有再發(fā)生破袋現(xiàn)象。

目前，CFD技術(shù)已全面在我公司的收塵器設(shè)計(jì)和改造工作中推廣使用，徹底解決了因袋收塵器分風(fēng)不均而引起的各種問題，大大提高了產(chǎn)品的合理性和可靠性，成效顯著。

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呂 光