基于Fluent软件的除尘器性能分析及结构优化

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基于Fluent软件的除尘器性能分析及结构优化
宁波,任鹏,喻宏祥,李志军
(天津水泥工业设计研究院有限公司,天津300400)
摘要:某厂5000 t/d窑尾电改袋除尘器在运行过程中烟气发生偏风,导致该设备一侧的运行负荷增加,同时该侧滤袋经常出现破袋.针对此种情况,采用Fluent软件对设备进行内部流场分析,找出问题的原因并提出合理的导流装置布置方案,均化内部气流,进而提高设备的运行效率,避免破袋通过结构优化后,气流分布发生明显的改善,偏风情况得到有效的“诊治”,提高了设备的运行性能:
关键词:电除尘器;Fluent软件;数值模拟;布袋除尘器;结构优化
中图分类号:TQ172.688 文献标识码:B文章编号:1002-9877(2021)04-0038-03 DOI: 10.13739/ki.c n ll-1899/tq.2021.04.013
0引言
电改袋除尘器是将电除尘器内部的极线、极板、振打、高压电源以及顶部的变压器等部件拆除,保留 除尘器壳体和灰斗等部分,再将喷吹箱、净气室、出风管及气路等结构安装到原来的设备上,进而完 成由电改袋除尘器的过程,随着国家对环保要求的 标准越来越高,早期设计的电除尘器已经不能满足 现在的排放标准'因此一些老水泥厂的电除尘器纷 纷改为袋除尘器。

电改袋除尘器已经在市场多年,有着改造成本低,改造周期短,运行稳定,又能符合 节能减排的政策[41,因此很受市场的欢迎。

然而,在实际改造过程中也存在一些不足,主要 是:设计过程中考虑了结构件的强度,却较少有研究 电改袋后气流分布状态的合理性,这样就可能影响 改造后的收尘效率;电除尘器和袋除尘器的收尘原 理不同,电除尘器的原理主要通过电场吸附将粉尘 收集11];而袋除尘器主要是通过滤袋捕捉将粉尘收 集,前者在工艺设计里考虑人口非标管道的布置情 况较少,而后者中烟气进人的分布状态是影响除尘 效率和滤袋寿命的关键因素之一[2]。

因此,电除尘器 改袋除尘器需要谨慎对待,尤其对于人口气流的分 布状态一定要严格把控[5],对于人口气流分布状态不 均勻情况,一定要布置合理的导流装置进行均化,确 保袋除尘器能够处于良好的状态运行。

可见,对电 改袋改造前或者改造后运行不好的设备做数值模拟 实验是很有必要的。

通过仿真实验,可以较真实地 模拟出除尘器的气流分布状态,对有问题的设备进 行合理的结构优化,进而保证设备正常稳定的运行。

本研究主要采用数值模拟技术对某厂电改袋除尘器 设备进行内部流场分析,找出现阶段的设备运行问题,并寻求出合理的导流布置方案,优化内部流场, 解决设备运行问题。

1几何模型
某厂5 000 t/d窑尾电改袋除尘器项目,改造后该 除尘器总处理风量为0=850000 m3/h,是由两台除尘 器并联组成,据现场反映,在运行过程中烟气发生偏 风,导致如图1中右侧(北侧)运行负荷增加,日常牛 产收集物料非常多,同时右侧的温度也较高,滤袋经 常出现破损,具体情况可见图2业主的描述所示。

图I现场除尘器设备及说明
为进行真实的模拟,同时收集除尘器前的进口 非标管道的图纸进行建模,如图3所示。

该除尘器有 两个人口,分别为生料磨人口和增湿塔人口,其中增 湿塔入口为旁路,标记为进风口 2;两管道直径均为 0>3 750 mm3据现场反馈,当关闭生料磨人口后开启 增湿塔人口时,北侧拉链机的下灰更多,现进行极端 模拟,只在进风口 2
设置入口速度。

2021.N 〇.4 宁波,等:基于Fluent 软件的除尘器性能分析及结构优化 -39-
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口管通连接问颺向您们谓 教.谓您们帮助研究.看看 是否存在问J H L 如果有问腿 谓给与提供解决建议.在此 非常感谢!下面我把情况说 明如下:
1、窑尾收尘器下面有四条 拉链机.靠北侧网条日常生 产收集物料非常多.南側网 条很少,原料磨停机时北侧 收集的物料更多.南侧网条 更少;
2、在收尘器入口两个进风 管各有一个热电偶,窑正常 生产原料磨运行时.北侧偶 测温180度.南侧为70-80 «•
3、2015年窑尾收尘器改造 完成.到目前使用看.大布 袋靠北侧的六个室的袋子不
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图2
除尘器运行中的问题
图3除尘器设备及工艺管路
具体设置边界条件:(1) 进风口 I 速度:FfOm /s ;(2)
进风口 2速度:F 2=2l .4m /s , b g /GSOOXS ),
S 为截面积;
(3) 出风口 1压力:-丨800 Pa ;
⑷出风口 2压力:-丨800 Pa ;
(5) —定温度下烟气密度设置为0.98 kg /m 3;(6) 滤袋区域设置为多孔介质[21。

为方便CFD 数值模拟计算,做了如下简化:(1) 将烟气作为不可压缩的牛顿流体;(2) 除尘器进出口温差较小,忽略不计;(3) 设备本体不考虑漏风;(4>除尘器出口烟气均匀分布。

2研究方法
采用流体动力学CFD 进行流场仿真。

首先利用
Gambit 建立除尘器三维模型,将除尘器的人口处非 标管道和电除尘器出口一并作为研究对象。

模型采 用六面体网格进行划分,局部结构采用四面体网格, 通过计算网格单元数约为168万。

如图4所示,本文 从湍流的实用性考虑,采用RNG 模型来模拟电改袋除尘器流场分布。

图4模型网格化
3原除尘器模拟结果及分析
对原型除尘器模型进行数值模拟后,观察除尘
器人口管道处的烟气流线的分布状态及读取除尘器 出口处流量。

流线分布如图5所示,进出口烟气流量 如表1所示。

图5除尘器入口处烟气流线表1
进出口烟气流量
kg/s
进风口 2
出风口 1
出风口 2
231.205 53-123.42649
-107.778 94
由图5可见,在两叉风管中的流线密度程度是不 一样的,右侧的要略多于左侧;说明气流从增湿塔人 口进人,经过上部弯头和下部小弯头后在分叉的管 道处就发生了气流的偏风,
进而会导致右侧除尘设
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备处理风量增多,负荷增加,有可能出现前面描述的 该侧拉链机卸灰多,该侧阻力大,该侧温度偏高甚至 滤袋破损的情况。

再通过表1可知,出风口 1风量比出风口 2风量 大约多15.65 kg/s,通过计算可知出风口 1处的风室 内比出风口 2处的风室内多处理风量约5.8万m3/h:由此可确认业主所描述问题的原因,这种情况必然过表2可知,出风口 1风量与出风口 2风量也基本相 同,没有明显的风量差。

由此可以确定,通过在直管 处安装导流板能够有效地起到均匀分风的作用,进 而提升出风口 2的流量,降低出风口 1的流量,保持 除尘器两侧的平衡。

因此,此种利用Fluent软件对除 尘器性能进行分析从而采取导流装置的方案是完全 可行的,能从根本上“诊治”除尘器原来的“病症”。

会导致该侧的卸灰量增加,同时该处滤袋的负荷增 加,进而影响了除尘器的整体性能3所以,要调整气 流在进人除尘器前发生偏风的问题,主要的办法就 是安装导流装置3
4增加导流装置的模拟结果及分析
通过对原型除尘器模型进行数值模拟后,发现 烟气在到达分叉管道之前没有发生气流偏风的情况,只在分叉的地方出现了。

因此,可将导流装置 放置在分叉前端处,烟气沿工艺管道的走向流动,在 与生料磨管道交汇处由于气流惯性,导致烟气流向
管道的右侧,直冲右边的分叉管,从而导致右侧风量 增大。

为矫正这种情况,我们可在气流冲向右端管 道壁面之前安装合理的分风板,就能解决上述问题。

同时考虑到现场安装的方便性,尽量将导流装置制 作的结构简单,容易安装。

通过多次研究探讨和仿 真分析后,采取在汇合直管的中性面处安装一块迎 风耐磨板的措施,能够有效地将烟气均匀分入到两 叉管中去。

导流装置结构示意如图6所示,增加导流 装置的模拟结果如图7所示,进出口烟气流量如表2 所示。

图6导流装置结构及安装位置示意
表2进出口烟气流量kg/s 进风口1进风口 2出风口1出风口 2 0231.205 53-115.554 53-115.649 50
由图7可见,气流经过导流板被平均分为两部分,在两叉风管中的流线密集程度基本一样,再通
图7安装导流装置后入口处烟气流线
5结论
⑴通过利用Fluent仿真分析手段,有效地诊断
出了该厂除尘器的实际运行问题,并提出合理的导
流装置方案,使得该设备得到有效的“诊治”,为厂里
的改造指明方向。

(2)利用CFD数值模拟引导设计除尘器是优化工
程设计的重要办法,对电改袋除尘器改造前后运行
不好的设备做数值模拟实验也是很有必要的。

通过
对物理模型内部流场的数值模拟,可以更好地指导
袋除尘器的前期设计方向,也可以精确诊断在线除
尘器的运行问题,并通过安装合理的导流装置进行
优化,确保除尘器的运行效果。

参考文献:
[1]金国淼.除尘设备[M].北京:化学工业出版社,2008: 253-262,
285-326.
[2]宋孝红,陈旺生,李丹天,等.烧结机尾新型电改袋除尘器结构
研究[J].环境丁-程,2016, 34(6): 106-109.
[3]韩德夫.5000 t/d水泥窑尾袋除尘器的改造[•!].水泥技术,2019 (5): 94-96.
[4]张殿印,王纯.除尘工程设计手册[M].北京:化学工业出版社,2010.
[5]宁波,王作杰,张松,等.入口管道对袋式除尘器性能影响
因素研究[J].安全与环境学报,2013, 13(6): 58-63.
(编辑乔彬
)。

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