电改袋式除尘器气流分布数值模拟

电改袋式除尘器气流分布数值模拟

时间：2010年5月9日字体：大中小

党小庆马娥胡红胜刘美玲黄家玉

（西安建筑科技大学）

摘要本文以烧结机机尾电改袋式除尘器为例，采用数值模拟方法研究除尘器内部气流组织，给出优化的气流分布方

案，为合理布置气流分布装置提供参考依据。

关键词电改袋式除尘器气流分布数值模拟

1 引言

烧结机经扩容改造后，生产效率提高，机尾除尘系统烟气量增大，原电除尘器无法满足环保排放要求。应用电改袋技术对现有除尘系统进行扩容增效技术改造，将原电除尘器改造为袋式除尘器，要求改造后粉尘排放浓度低于30mg/Nm3。

电改袋式除尘器的运行阻力和滤袋使用寿命是设计中需要考虑的两个主要问题。调节除尘器内部气流分布，避免迎面气流对滤袋的冲刷，使各过滤单元流量分配均匀是解决上述问题的关键。论文采用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）方法对电改袋式除尘器内部气流流动状况进行了模拟，为除尘器气流分布装置设计和过滤单元的布置提供依据。

2 电改袋式除尘器

2.1 “电改袋”技术

“电改袋”技术就是保持除尘器的进出口喇叭与烟气管道连接尺寸不变，拆除电除尘器内部的极线结构、振打装置、顶盖和高压电源，保留壳体、灰斗，对进出口喇叭进行适当的改造，设置袋式除尘器的框架结构和上箱体，安装滤袋和袋笼，将电除尘器改为袋式除尘器，即电改袋式除尘器（ ETB， ESP Transform to Bag filter）[1,2]。电改袋式除尘器结构如图1所示，主要技术特点如下：

(1) 运行阻力低。电改袋式除尘器的进气方式为直通式，气流在除尘器内部流程短，流通顺畅，除尘器箱体阻力一般在300Pa左右，与电除尘器阻力相当[3]。

(2) 充分利用内部空间。电改袋式除尘器采用长袋布置方式，滤袋长度一般选择6~8m，与原除尘器相比，在同样的除尘空间内能够处理更大的风量，尤其适用原除尘系统的扩容增效改造。

(3) 不增加设备占地面积，施工周期短。电改袋式除尘器现场停炉施工一般20~30天。利用原有除尘器的基础框架、箱体、灰斗等，不改变进、出风口法兰位置，原有除尘系统管道不变。与新建一台电除尘器或袋式除尘器相比，可节省1/3以上的工程费用[1]。

图1 电改袋式除尘器示意图

2.2 电改袋式除尘器配套设备

电改袋式除尘器清灰采用脉冲喷吹方式。清灰能力强，运行阻力较低。压缩空气气源由钢厂内原有的空压设备提供，不需要设置单独的压缩空气站。压缩空气采用冷冻干燥器及气源加热设备进行处理，防止糊袋现象的发生。

针对烟尘特性，选择合适的滤料是电改袋式除尘器成功与否的关键问题之一。烧结机机尾烟气平均温度在80~150℃，粉尘有一定的磨啄性和粘附性，在烧结机启动或熟料降温过程中，烟气中携带的油雾、水汽会影响滤袋的清灰效果，需要采取一定防范措施[4]。针对烧结粉尘的特性选择经过PTFE 浸渍的涤纶针刺毡滤料，既经济又可保证滤袋的使用寿命。

3 气流分布

3.1 气流组织的要求

电改袋式除尘器的气流分布主要目的是保证滤袋使用寿命和降低设备运行阻力：

(1) 组织含尘气流向除尘器每个过滤单元均匀分配和输送，促使每个过滤单元滤袋的过滤负荷一致；

(2) 控制箱体进口滤袋迎面气流风速，减小含尘气流对滤袋的冲刷；

(3) 控制滤袋之间的气流上升速度，减少粉尘二次附着；

(4) 使通过除尘器的气流流动顺畅、平缓，降低除尘器箱体气流流通阻力。

3.2 气流分布的数值模拟

CFD是研究各种流体流动问题的数值模拟方法。CFD以离散化方法建立数值模型，并通过计算机进行数值计算和分析，得到在时间和空间上离散的数据组成的集合体，最终获得定量描述流场的数值解。具体步骤包括确定物理模型、确定控制方程、建立几何模型、划分计算网格、定义边界条件、给定解控参数、求解离散方程、计算求解和后处理等8个步骤。

几何模型包括单台电改袋式除尘器及其进出口管道。采用结构化与非结构化混合网格处理几何模型，整个模拟过程为等温过程，流体作定常流动。计算模型选用标准k -ε双方程模型，采用SIMPLE算法，二阶迎风差分格式，近壁面处采用壁面函数法处理[5,6]。

除尘器进口采用速度进口边界条件，出口采用压力出口边界条件，分布板采用多孔介质边界条件，滤袋采用多孔跳跃边界条件。

3.3 气流分布方案

为保证各过滤单元流量分配均匀，在除尘器一侧设置导流通道，引导一部分气流流向下游过滤单元。除尘器内部的气流流动过程为：含尘气流从进风口进入除尘器，分流为三个部分，一部分气流穿过气流分布板直接进入滤袋空间；一部分气流在导流板的作用下进入通道；一部分气流从滤袋袋底空间流向下游过滤单元。经计算，箱体进口断面流量分配要求如表1所示。

烧结机机尾粉尘磨啄性强，含尘气流对滤袋的冲刷作用更加严重。为解决这一问题，原第一电场前半部分不布置滤袋，预留空间可对含尘气流起一定的缓冲作用，减少迎面气流的冲刷作用。原灰斗挡风板会影响除尘器内部气流分布，在灰斗内产生绕流，造成除尘器内局部流速过大。重新调整灰斗挡风板，减少绕流现象，使除尘器各过滤单元流量分配均匀。各过滤单元流量偏差要求控制在15％之内。

3.4 气流分布数值模拟结果分析

采用数值模拟方法计算除尘器内部气流分布情况，建立几何模型，划分计算网格如图2所示。计算时取除尘器进口风量为18万m3/h，介质的参数为100℃时空气的物理参数。滤袋的边界条件设为多孔跳跃，根据滤料的透气性及孔隙率计算出边界条件的参数值。

电改袋式除尘器内部气流流动状况如图3所示，可以看出中箱体内气流分布基本均匀。输出除尘器进口断面流量，如表2所示，滤袋迎面气流速度值如表3所示。

从计算结果可以看出，箱体进口断面流量分配满足要求。靠近导流通道一侧，滤袋的迎面风速较大，最大气流速度为1.05m/s，满足要求。