CFD在布袋除塵器系統(tǒng)氣流均布中的應(yīng)用

張彥婷

摘 要：文章以大唐國(guó)際北郊電廠2×350MW機(jī)組配套布袋除塵器系統(tǒng)為物理模型，進(jìn)行三維建模和數(shù)值分析，通過(guò)計(jì)算在進(jìn)風(fēng)煙道和除塵器內(nèi)部設(shè)置合理的導(dǎo)流裝置，使進(jìn)入各列除塵器的流量分配和除塵器各袋區(qū)的處理風(fēng)量滿足均勻性要求，提高布袋除塵器的使用性能。

關(guān)鍵詞：布袋除塵器;導(dǎo)流葉片;流量分配;數(shù)值計(jì)算

1 緒論

大唐國(guó)際唐山北郊熱電聯(lián)產(chǎn)一期項(xiàng)目工程建設(shè)安裝2臺(tái)350兆瓦超臨界燃煤濕冷供熱機(jī)組。該項(xiàng)目是唐山市路北區(qū)和高新區(qū)最主要的集中供熱熱源，兩臺(tái)機(jī)組建成后供熱面積可達(dá)1555萬(wàn)平方米。本項(xiàng)目要求除塵器滿足如下要求：除塵效率≥99.97%，出口粉塵排放濃度≤15mg/Nm3，壓力損失不大于1000Pa。

2 布袋除塵器系統(tǒng)建模及軟件介紹

2.1 數(shù)值計(jì)算思路

本項(xiàng)目?jī)膳_(tái)除塵器對(duì)稱(chēng)布置，可選擇一臺(tái)除塵器進(jìn)行數(shù)值建模計(jì)算。為保證進(jìn)入兩列除塵器的煙氣量滿和除塵器各袋室處理煙氣量滿足要求，本文分別對(duì)進(jìn)風(fēng)煙道和除塵器本體進(jìn)行建模計(jì)算。首先對(duì)進(jìn)風(fēng)煙道進(jìn)行模擬，增加導(dǎo)流板，使進(jìn)入兩列除塵器的流量分配滿足要求;其次對(duì)布袋除塵器本體進(jìn)行建模計(jì)算，在布袋除塵器內(nèi)部增加導(dǎo)流管和導(dǎo)流葉片，使進(jìn)入每個(gè)袋室的流量分配滿足均勻性要求。布袋除塵器系統(tǒng)三維模型見(jiàn)圖1所示。

為便于比較各袋室濾袋處理風(fēng)量，把進(jìn)風(fēng)煙道分為左、右煙道，除塵器左右兩列3個(gè)袋室各分成12個(gè)區(qū)域，如圖2所示。

2.2 計(jì)算軟件介紹

本研究中CFD模擬軟件采用目前國(guó)際上比較先進(jìn)的商用CFD軟件包-ANSYS FLUENT。與流體流動(dòng)、熱傳遞及化學(xué)反應(yīng)等有關(guān)的工業(yè)均可使用。它具有豐富的物理模型、先進(jìn)的數(shù)值方法以及強(qiáng)大的前后處理功能，在航空航天、汽車(chē)設(shè)計(jì)、石油天然氣、渦輪機(jī)設(shè)計(jì)等方面都有著廣泛的應(yīng)用。ANSYS FLUENT軟件針對(duì)各種復(fù)雜流動(dòng)的物理現(xiàn)象，采用不同的離散格式和數(shù)值方法，使其在特定的領(lǐng)域內(nèi)計(jì)算速度、穩(wěn)定性和精度等方面達(dá)到最佳組合，從而高效率地解決各個(gè)領(lǐng)域的復(fù)雜流動(dòng)計(jì)算問(wèn)題。

3 進(jìn)風(fēng)煙道導(dǎo)流板設(shè)置及計(jì)算結(jié)果

根據(jù)實(shí)際工況的布袋除塵器入口煙氣量計(jì)算得到進(jìn)入進(jìn)風(fēng)煙道中的煙氣流速為16.3m/s（282.7kg/s），在進(jìn)風(fēng)煙道入口處設(shè)置為速度入口，并在兩個(gè)出口處設(shè)置為壓力出口。

在未設(shè)置流量分配板之前，經(jīng)由兩個(gè)出口流出的煙氣流量分別為125.5kg/s和157.2kg/s，相對(duì)偏差（相對(duì)于理論的平均流量141.3kg/s）達(dá)±12.6%，未達(dá)到流量分配小于5%的要求。

導(dǎo)流板設(shè)置方案：在進(jìn)風(fēng)煙道的T型分支口處，添加一塊用于流體分配的導(dǎo)流板，如圖3所示。計(jì)算結(jié)果表明，在進(jìn)風(fēng)煙道中增加導(dǎo)流板之后，經(jīng)由左、右兩個(gè)進(jìn)風(fēng)煙道出口的煙氣流量分別為139.2kg/s及143.5kg/s，相對(duì)于理論均值為±1.5%，滿足進(jìn)入兩列除塵器流量分配≤5%的要求。

4 布袋除塵器本體建模及計(jì)算結(jié)果

根據(jù)多年布袋除塵器導(dǎo)流板設(shè)置經(jīng)驗(yàn)和多次模擬方案，布袋除塵器進(jìn)口喇叭均布板和袋區(qū)導(dǎo)流裝置設(shè)置方案如下：第一層多孔板開(kāi)孔率0.45，第二層多孔板開(kāi)孔率0.5，多孔板上開(kāi)孔直徑96mm。兩層多孔板上開(kāi)傳統(tǒng)截面形狀的通道，開(kāi)孔使用斜開(kāi)孔形式（即通道中心不處于同一水平線上），導(dǎo)流管直接接在第二層多孔板上，進(jìn)入袋區(qū)之后，導(dǎo)流管端頭處于第5、6組布袋區(qū)下方，設(shè)置3片導(dǎo)流板，導(dǎo)流管側(cè)面設(shè)置豎直的立板;灰斗上部加入7片導(dǎo)流葉片，導(dǎo)流葉片長(zhǎng)2000mm，寬500mm，傾斜角55°。導(dǎo)流管和導(dǎo)流葉片設(shè)置如圖4所示。圖中1為導(dǎo)流管，2為導(dǎo)流葉片，3為導(dǎo)流管端部導(dǎo)流葉片。圖5為導(dǎo)流管和導(dǎo)流葉片放大示意圖。

下表為各袋區(qū)的流量分配情況。從表中可以看到，各組布袋的無(wú)因次化布袋均流量分配較為均一，最大偏差在±5%之內(nèi)，能夠滿足袋區(qū)各袋室流量分配的要求。

5 總結(jié)

（1）進(jìn)風(fēng)煙道中設(shè)置導(dǎo)流板后，使進(jìn)入左、右兩列除塵器的流量分配由±12.6%降為±1.5%，滿足流量分配≤5%的要求。

（2）在布袋除塵器內(nèi)部設(shè)置導(dǎo)流管和導(dǎo)流葉片，使各布袋區(qū)域的流量分配最大偏差值<5%，滿足要求。

（3）布袋除塵器的壓力損失為882Pa，滿足≤1000Pa的要求。

本文利用CFD三維模擬軟件分別對(duì)布袋除塵器進(jìn)風(fēng)煙道和除塵器本體內(nèi)部設(shè)置導(dǎo)流裝置進(jìn)行了計(jì)算，從計(jì)算結(jié)果顯示，所設(shè)置的導(dǎo)流裝置滿足流量分配要求，可用于指導(dǎo)工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

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