工业除尘器系列
编辑：澳门十大富豪排名 来源：www.chongjingep.com 发布时间：2020-01-08 15:55:42
【摘要】布袋除尘器存在各个滤袋负荷不均、系统压降过大、滤袋使用寿命等问题，导致这些问题的主要原因是除尘器内部气流的分配问题。综述布袋除尘器内部气流分布数值模拟的研究进展。重点分析总结进风方式、过滤风速、渗透率和入口风速对布袋除尘器内部流场分布的影响。展望布袋除尘器未来研究方向。最后提出对布袋除尘器内部压力场和温度场的数值模拟研究应予以重视，为进一步优化金属布袋除尘器结构提供理论依据。关键词布袋除尘器流场分布数值模拟摘要布袋除尘器存在各个滤袋负荷不均、系统压降过大、滤袋使用寿命等问题，导致这些问题的主要原因是除尘器内部气流的分配问题。综述布袋除尘器内部气流分布数值模拟的研究进展。重点分析总结进风方式、过滤风速、渗透率和入口风速对布袋除尘器内部流场分布的影响。展望布袋除尘器未来研究方向。最后提出对布袋除尘器内部压力场和温度场的数值模拟研究应予以重视，为进一步优化金属布袋除尘器结构提供理论依据。
【关键词】布袋除尘器;流场分布;数值模拟
计算流体力学(CFD)可以有效地预测系统的行为，比如热传递、压降损失、速度流线、颗粒运动轨迹、流体流动和汽化过程等，这就避免了采用传统的较昂贵的实验装置测试过程。CFD模拟App在工业化装置的结构优化设计方面已经发展成熟。CFD数值模拟步骤主要包括：①建立几何模型；②生成网格；③定义边界条件；④确定计算模型；⑤计算求解和后处理等。常用的CFD模拟App有Fluent、Ansys等。数值模拟分析避免了布袋除尘器气流分布模型试验的局限性，不仅能解决除尘器进口气流流量分配问题.还能够显示各个滤袋单元的流量分配和箱体内任意一个断面的气流速度大小分布，全面有效地反映除尘器内部气流流动状况，可以为布袋除尘器气流分布结构优化设计提供依据。已有研究者通过使用FluentApp对某下进风布袋除尘器实际运行条件下的内部气固两相流动进行了数值模拟分析，提出了增大烟气进口截面和在除尘室内加设钝体两项改造措施，解决了该布袋除尘器尾部滤袋工作寿命过短的问题，同时这也验证了该App可以有效地用于布袋除尘器内部气流分布的模拟分析。
布袋除尘器应用已非常广泛，其研究工作已经做得比较深入细致，但针对高温金属布袋除尘器内部的气体流动特性、压力损失特性、过滤速度和颗粒沉积等开展的研究工作甚少。目前，布袋除尘器面临的问题主要是迎面气流对滤袋的冲刷和袋室单元的流量分配以及脉冲喷吹气流的清灰效果。在国内，对这方面的研究主要是使用计算流体力学(CFD)App进行数值模拟分析。以对实际布袋除尘器的设计、改造工程提出一些改进意见。未来对于金属滤袋除尘器的研究主要在以下几个方面：①研发更加高效、低阻的布袋除尘器系统；以满足国家节能减排政策的要求：②借助数值模拟计算技术优化除尘器内气流分布，以降低布袋除尘器的运行阻力，延长滤袋使用寿命，提高除尘性能；③提高脉冲性能，实现超低压脉冲喷吹。
长期以来，布袋除尘器内部流体分布不均一直是研究者关注的焦点.导致流体分布不均的主要因素有：进风方式、过滤风度、滤材渗透率等。气流分布不均，意味着每个滤袋的负荷存在差异，这样就可能导致部分滤袋承受过大负荷，过早出现破损，降低除尘效率。
布袋除尘器的内部结构直接影响除尘效率、运行阻力和滤袋使用寿命，其设计主要依靠经验参数，缺乏理论研究，未能形成统一标准。布袋除尘器的主要进风方式有三种。包括上进风、侧进风、下进风。图1为三种进风方式的除尘器简单示意图。其中下进风式因结构简单。造价低，目前使用较为广泛。
相比于侧进风，上进风除尘器各仓室的气流均匀性差。但后者的各排滤袋处理气量相对均匀，并且其后面仓室处理量的均匀性要比前面仓室的更好。在一些电除尘改造项目中，设计者通常选择侧进风方式，将除尘器的侧箱壁面完全打开形成一个喇叭形的烟气人口，不仅有效降低了除尘器内的气体流速，而且降低了含尘气体对前排滤袋的冲刷和系统的运行阻力。陈红超等研究了布袋除尘器除尘空间的气流组织，其结果表明在三种进风方式下，除尘器各仓室的气流均匀性依次是：侧下进风>侧进风>上进风。另外，上进风方式袋低的速度分布极不均匀，且迎风面速度相对较大，对滤袋有较严重的冲刷，造成部分滤袋过早破损，增大了滤袋更换频率。为了避免迎风面风速对滤袋的冲刷，可以采用侧下进风方式、下进风(如灰斗进风)方式，或者在滤袋迎风面加设钝体。但是下进风方式会产生较大的气流上升速度，并且容易发生二次返混，增加袋区粉尘浓度，从而导致除尘效率降低。
胡满银研究了过滤风速对布袋除尘器内部气流的影响。得出结论：过滤风速过大，袋区速度分布相对均匀，但此时系统压降增大；过滤风速过小，袋区速度分布均匀性又变差。他提出过滤风速在1一1.2/min时，除尘器内部气流的分布比较均匀。当过滤风速超过设计值时，除尘器后面仓室滤袋容易磨损失效，影响了过滤效率。对过滤速度分别为0.8m/min和1.3m/min时除尘器内流场分布进行了测试实验研究，结果表明过滤速度1.3m/min时除尘器内部流场的均匀性相对于过滤速度0.8m/min的均匀性好，但总的来说两个过滤风速下除尘器内部流场的均匀性都较差。因此，就布袋除尘器内部流场均匀性而言，并不是过滤速度越小其均匀性越好，但也不能认为速度越大越利于布袋除尘器工作。选择一个合适的过滤速度，既可以提高除尘效率。又能延长滤袋使用寿命。
渗透率的定义：在一定的压差条件下。流体沿多孔介质垂直于渗透方向单位面积内所渗透过的流体的体积流量。过滤介质的渗透率与介质本身的孔隙率有关，它体现了流体穿过滤料和粉尘层构成的多孔介质的难易程度，可通过实验测试再计算得到。渗透率越大，表示通过单位面积滤料内的流体的体积流量越多。除尘器各个仓室滤袋的渗透率对气流均匀性具有很大的影响，优化设计滤袋的渗透率对均匀气流分配效果明显。但需要注意。滤袋渗透率越高，透气性也越好，过滤精度却相反。因此。进行布袋除尘器的设计时，在能够到达排放要求的情况下，应尽可能选择渗透率大的滤材，并且要及时地清除滤袋表面吸附的粉尘，以增大滤袋渗透率。
研究了不同渗透率下气流的分布情况，结果表明随着渗透率的减小，气流的不均匀性也逐渐减小。同样也说明了气流的分布随着粉尘层的积累增厚而更均匀，与实际运行情况相符。在某燃煤电厂“电改袋”除尘器改造技术的研究中对气流组织进行了数值模拟，通过改变各仓室滤袋的渗透率来改变各仓室的阻力，在流量较大的仓室布置渗透率较低的滤袋，可以减小仓室流量，同样在流量较小的区域布置渗透率高的滤袋可以增大此部分的流量，起到均匀流量分配的目的，解决布袋除尘器内部气流分布不均问题。
人口风速一般不能小于10m/s，以防止烟气中的大颗粒粉尘沉积到入口烟道。对除尘器内部流场分布进行了试验测试及数值模拟研究，结果表明：对于高风速人口模型，由于入口的高速射流效应，使得气流分配的不均匀现象比较严重，其部分间隙速度大于设计参考限值，而且滤袋底部速度过大，容易使滤袋提前破损。但是。随着入口风速的增大，气流和粉尘粒子的速度不仅增大，其在除尘器内分布均匀性更好，对于除尘效率的提高非常有利。因此，在允许的情况下，可通过适当增大入口风速来改善除尘器内部流体的分布，从而提高除尘效率。一般入口风速大概为15m/s，为了减少对烟气前排滤袋的冲刷以及返混现象，设计者提出增设导流板或钝体的除尘器结构改造方案。改善了除尘器内部气流的分布。但在电除尘器改造为布袋除尘器的流场数值计算研究中得到与上述相反的结论。入射速度由10m/s降低至5m/s以时，即减小了入口风速。下箱体下部回流区域的面积比之前减小，纵向掠过的速度分量有所增加，除尘器内流体分布的均匀性得到改善。
上述两个相反的结论还需要得到工程实践验证，但有一个共同点是：除尘器的改造应致力于改善流体分布的均匀性。
随着大气污染的日益恶化，环保部门对烟气排放提出了更加严格的要求，这对于布袋除尘器既是机遇又是挑战。今后对于布袋除尘器内部流场的研究需要加强数值模拟法与工程实践法的结合，尤其是对于金属滤袋除尘器的研究。另外，需要对布袋除尘器内部的压力场和温度场进行数值模拟，为除尘器的设计或改造提供理论依据。
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