圆筒状袋式除尘器箱体入口结构优化设计
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处理风量 /（m3/h） 708.12
如表 1 所示。
表 １ 筒状袋式除尘器的除尘参数
入口速度 /(m/s) 10 过滤速度 /(m/h) 0.9 入口面积 /m3 0.0196 过滤面积 /m3 13.11
筒 状 袋 式 除 尘 器 的 结 构 设 计 如 下： 箱 体 总 高 为 3000mm，其中灰斗为圆锥型高 1000mm，直径 1000mm；入口 位于箱体 2200mm 处，入口设置为正方形，边长为 140mm； 入 口 平 面 通 过 圆 柱 箱 体 的 中 心 线， 入 口 接 近 箱 体 的 边 与 箱 体 的 距 离 为 20mm， 如 图 1 所 示。 滤 袋 为 圆 柱 型， 长 1800mm，直径 1200，滤袋间距 190mm，一共 19 个，1 个灰斗， 假设是封闭的。图形壳体部分使用 Pro/Engineer 绘图软件 绘制，然后导入 ANSYS Workbench 中绘制滤袋部分。网格 划分是对入口和滤袋等重要部位采用适当加密，以减少计 算误差，提高计算精度。 １．２ 边界条件与参数设定 计算控制方程选用标准的ｋ -ε 湍流模型来模拟气相 流动，用 CO2 代替烟气，入口边界条件以入口速度为准。为 了防止大颗粒物粉尘在入口烟道内的沉积，一般在袋式除 尘器的入口前烟道中的气流速度都要大于 10m/s，故入口速 度设为 10m/s。出口边界采用压力出口边界条件；滤袋采用 多孔介质，这样可使其具有很好的鲁棒性（Robust）和收 敛性（convergence）[2]；壁面采用静止壁面。
１ 有限元模型的建立 １．１ 模型参数设计 由 于 筒 状 袋 式 除 尘 器 中 滤 袋 数 量 多 且 间 隙 又 密， 对 网格划分和计算要求很高。因此，这次模型的建立对筒状 袋 式 除 尘 器 进 行 了 小 型 化 和 简 约 化 处 理， 处 理 量 缩 减 为 708.12m3/h，且省去了脉冲清灰装置、底部排灰装置等。 上进风清灰难，设备复杂，基本淘汰；下进风除尘器由于 灰斗处气流较大，二次扬尘更加严重，影响除尘效率和滤 袋的使用寿命。侧进风除尘器对大风量除尘器的应用较为 普遍，故以侧进风为例进行优化设计。除尘器的除尘参数，
图 １ 筒状袋式除尘器箱体模型图
２ 计算结果与数据分析 ２．１ 筒状袋式除尘器内部速度分布图 除尘器的内部流速分布图，如图 2 所示。由分析结果 可以看出， 入口侧进采用直接方式， 如图 1 （左） 与图 2 （上） ， 对正对着的滤袋有很大的冲刷，而背对入口侧流速相对较 慢，流速分布及不均匀，可能导致滤袋晃动剧烈，严重影 响滤袋的使用寿命和箱体内粉尘的稳定性。侧进采用切入 式不变径方式，如图 1（中）与图 2（中），对靠近入口处 滤袋的冲刷相对减少一些，但靠近入口处与背对入口处的 冲刷相比，靠近入口处的滤袋冲刷依然很严重，影响靠近 入口处的滤袋的使用寿命。侧进采用切入式变径方式，如
设 计 与 研 究
１１
圆筒状袋式除尘器箱体入口结构优化设计
吴振波 李宗波
（沈阳工业大学，沈阳 110870）
摘 要：筒状袋式除尘器的入口位置及入口方式的不同，对除尘器内部的气流平稳影响很大。采用经典流体 力学软件 FLUENT，对筒状袋式除尘器的入口位置及入口方式进行优化仿真，使其内部的气流更加平稳，压力分 布更加均匀。结果表明，入口采用切入式，可有效稳定箱体内部气流和减少对滤袋的冲刷；入口逐渐展开、入口 位置靠近除尘器上半部分，能有效均衡袋式除尘器的气流和压力分布，减少滤袋所受的冲刷和压力。实验也表明， 滤袋底部所受压力较大时，应加密滤袋底部的支撑，有助于将滤袋所受压力转移到支架上。定期顺时针转动滤袋， 可使滤袋所受压力时间均衡，有效延长滤袋的使用寿命。 关键词：筒状袋式除尘器 入口 结构优化 气流 冲刷
现代制造技术与装备2016年12月-正文-20170105.indd 11
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１２
现代制造技术与装备
２０１６ 第 １２ 期 总第 ２４１ 期
图 1（右）与图 2（下），是三个中冲刷最小的。滤袋冲刷 不严重，每个滤袋受到冲刷相对均匀，除尘器内部的流速 分布也相对均匀。如若定期维护时，能按规律旋转滤袋一 个 45°，可更加有效地延长滤袋使用寿命。
引言 近 几 十 年， 我 国 经 济 快 速 发 展， 大 气 污 染 越 来 越 严 重，雾霾成为许多城市常见的现象。人们对环境越来越关 注，因此研制更好性能的袋式除尘器具有重要的意义。传 统的筒状袋式除尘器入口是直接接入的，如图 1（左）所 示。这种方式使除尘器内部气流比较紊乱，压力分布极不 均匀，局部过滤风速和间隙速度大大超过设计值，气流的 停留时间短，达不到过滤效果，同时会使滤袋晃动剧烈， 甚至出现破袋等危险事故。所以，对筒状袋式除尘器的入 口 结 构 优 化 研 究 十 分 必 要。 本 文 主 要 通 过 流 体 力 学 软 件 FLUENT6.0[1] 对不同的入口方式进行数值模拟。 如图 1 所示， 对筒状袋式除尘器的入口结构进行优化，得到更优的设计 参数， 使其压力和流速分布更加均匀， 滤袋的使用寿命更长、 过滤效率更高等。
内部的流速和压力，使滤袋所受冲刷和压力更加均衡，也 可使箱体内部的气流更加稳定，Байду номын сангаас利于清灰等。但是，采 用变径切入式不是变径越大越好，而是在一定范围内最好。 经数值模拟仿，入口面积到侧进箱体终点处面积比为 1/3 左右可满足条件。 （2）侧进口在箱体的位置也很重要。太高，则使气流 由上往下冲刷滤袋；太低，容易使粉尘二次飞扬。经数值 模拟仿真，在箱体 3/4 位置左右最好，可使气流分布相对 更加均匀，过滤更加平稳。 （3）滤袋压力过大的部位，应该适当加密它的支撑架， 这样有助于延长滤袋的使用寿命和保持滤袋的形状，提高 过滤效率。 由于数值模拟中很多条件都是理想状态，虽然简化了 实验，但增加了误差，故还需具体实验来验证。同时，还 存在一些易忽视的问题，像粉尘颗粒在滤袋表面的不均衡 堆积、大颗粒物对箱体和滤袋的冲刷等，需进一步研究。
如表 1 所示。
表 １ 筒状袋式除尘器的除尘参数
入口速度 /(m/s) 10 过滤速度 /(m/h) 0.9 入口面积 /m3 0.0196 过滤面积 /m3 13.11
筒 状 袋 式 除 尘 器 的 结 构 设 计 如 下： 箱 体 总 高 为 3000mm，其中灰斗为圆锥型高 1000mm，直径 1000mm；入口 位于箱体 2200mm 处，入口设置为正方形，边长为 140mm； 入 口 平 面 通 过 圆 柱 箱 体 的 中 心 线， 入 口 接 近 箱 体 的 边 与 箱 体 的 距 离 为 20mm， 如 图 1 所 示。 滤 袋 为 圆 柱 型， 长 1800mm，直径 1200，滤袋间距 190mm，一共 19 个，1 个灰斗， 假设是封闭的。图形壳体部分使用 Pro/Engineer 绘图软件 绘制，然后导入 ANSYS Workbench 中绘制滤袋部分。网格 划分是对入口和滤袋等重要部位采用适当加密，以减少计 算误差，提高计算精度。 １．２ 边界条件与参数设定 计算控制方程选用标准的ｋ -ε 湍流模型来模拟气相 流动，用 CO2 代替烟气，入口边界条件以入口速度为准。为 了防止大颗粒物粉尘在入口烟道内的沉积，一般在袋式除 尘器的入口前烟道中的气流速度都要大于 10m/s，故入口速 度设为 10m/s。出口边界采用压力出口边界条件；滤袋采用 多孔介质，这样可使其具有很好的鲁棒性（Robust）和收 敛性（convergence）[2]；壁面采用静止壁面。
１ 有限元模型的建立 １．１ 模型参数设计 由 于 筒 状 袋 式 除 尘 器 中 滤 袋 数 量 多 且 间 隙 又 密， 对 网格划分和计算要求很高。因此，这次模型的建立对筒状 袋 式 除 尘 器 进 行 了 小 型 化 和 简 约 化 处 理， 处 理 量 缩 减 为 708.12m3/h，且省去了脉冲清灰装置、底部排灰装置等。 上进风清灰难，设备复杂，基本淘汰；下进风除尘器由于 灰斗处气流较大，二次扬尘更加严重，影响除尘效率和滤 袋的使用寿命。侧进风除尘器对大风量除尘器的应用较为 普遍，故以侧进风为例进行优化设计。除尘器的除尘参数，
图 １ 筒状袋式除尘器箱体模型图
２ 计算结果与数据分析 ２．１ 筒状袋式除尘器内部速度分布图 除尘器的内部流速分布图，如图 2 所示。由分析结果 可以看出， 入口侧进采用直接方式， 如图 1 （左） 与图 2 （上） ， 对正对着的滤袋有很大的冲刷，而背对入口侧流速相对较 慢，流速分布及不均匀，可能导致滤袋晃动剧烈，严重影 响滤袋的使用寿命和箱体内粉尘的稳定性。侧进采用切入 式不变径方式，如图 1（中）与图 2（中），对靠近入口处 滤袋的冲刷相对减少一些，但靠近入口处与背对入口处的 冲刷相比，靠近入口处的滤袋冲刷依然很严重，影响靠近 入口处的滤袋的使用寿命。侧进采用切入式变径方式，如
设 计 与 研 究
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圆筒状袋式除尘器箱体入口结构优化设计
吴振波 李宗波
（沈阳工业大学，沈阳 110870）
摘 要：筒状袋式除尘器的入口位置及入口方式的不同，对除尘器内部的气流平稳影响很大。采用经典流体 力学软件 FLUENT，对筒状袋式除尘器的入口位置及入口方式进行优化仿真，使其内部的气流更加平稳，压力分 布更加均匀。结果表明，入口采用切入式，可有效稳定箱体内部气流和减少对滤袋的冲刷；入口逐渐展开、入口 位置靠近除尘器上半部分，能有效均衡袋式除尘器的气流和压力分布，减少滤袋所受的冲刷和压力。实验也表明， 滤袋底部所受压力较大时，应加密滤袋底部的支撑，有助于将滤袋所受压力转移到支架上。定期顺时针转动滤袋， 可使滤袋所受压力时间均衡，有效延长滤袋的使用寿命。 关键词：筒状袋式除尘器 入口 结构优化 气流 冲刷
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现代制造技术与装备
２０１６ 第 １２ 期 总第 ２４１ 期
图 1（右）与图 2（下），是三个中冲刷最小的。滤袋冲刷 不严重，每个滤袋受到冲刷相对均匀，除尘器内部的流速 分布也相对均匀。如若定期维护时，能按规律旋转滤袋一 个 45°，可更加有效地延长滤袋使用寿命。
引言 近 几 十 年， 我 国 经 济 快 速 发 展， 大 气 污 染 越 来 越 严 重，雾霾成为许多城市常见的现象。人们对环境越来越关 注，因此研制更好性能的袋式除尘器具有重要的意义。传 统的筒状袋式除尘器入口是直接接入的，如图 1（左）所 示。这种方式使除尘器内部气流比较紊乱，压力分布极不 均匀，局部过滤风速和间隙速度大大超过设计值，气流的 停留时间短，达不到过滤效果，同时会使滤袋晃动剧烈， 甚至出现破袋等危险事故。所以，对筒状袋式除尘器的入 口 结 构 优 化 研 究 十 分 必 要。 本 文 主 要 通 过 流 体 力 学 软 件 FLUENT6.0[1] 对不同的入口方式进行数值模拟。 如图 1 所示， 对筒状袋式除尘器的入口结构进行优化，得到更优的设计 参数， 使其压力和流速分布更加均匀， 滤袋的使用寿命更长、 过滤效率更高等。
内部的流速和压力，使滤袋所受冲刷和压力更加均衡，也 可使箱体内部的气流更加稳定，Байду номын сангаас利于清灰等。但是，采 用变径切入式不是变径越大越好，而是在一定范围内最好。 经数值模拟仿，入口面积到侧进箱体终点处面积比为 1/3 左右可满足条件。 （2）侧进口在箱体的位置也很重要。太高，则使气流 由上往下冲刷滤袋；太低，容易使粉尘二次飞扬。经数值 模拟仿真，在箱体 3/4 位置左右最好，可使气流分布相对 更加均匀，过滤更加平稳。 （3）滤袋压力过大的部位，应该适当加密它的支撑架， 这样有助于延长滤袋的使用寿命和保持滤袋的形状，提高 过滤效率。 由于数值模拟中很多条件都是理想状态，虽然简化了 实验，但增加了误差，故还需具体实验来验证。同时，还 存在一些易忽视的问题，像粉尘颗粒在滤袋表面的不均衡 堆积、大颗粒物对箱体和滤袋的冲刷等，需进一步研究。