除尘器进风口的研究和优化分析

除尘器进风口的研究和优化分析

【摘要】采用标准k-ε湍流模型对袋式除尘器建立模型，对不同气流组织形式下除尘器内部速度场进行了数值模拟，获得较好的气流组织分布，利于延长除尘器的使用寿命。该研究对优化除尘器内部气流组织分布及除尘器节能设计具有参考价值。

【关键词】袋式除尘器；数值模拟；气流组织；节能

Abstract：The bag filter model was established by using the Standard k-ε turbulence model．The velocity field under different airflow organizational were simulated．To create better airflow ,which will be useful to extend the life of the bag filter．The research is for improving the airflow and energy-saving of the bag filter．Keywords：The bag filter；Numerical simulation；airflow；energy saving

0．引言

袋式除尘器是治理大气污染的高效除尘设备，对减少大气污染起重要作用，在化工、冶金、矿山、机械、水泥、粮食、制药、轻工等行业已得到广泛应用，它主要用来捕集细小、干燥的非纤维性粉尘，袋式除尘器的粉尘排放浓度可达到l0 mg/m3以下。降低气流流通阻力及延长滤袋的使用寿命，是袋式除尘器需要解决的问题。袋式除尘器破损滤袋大部分集中在除尘器下游，这与箱体内部气流状况密切相关。合理调整气流分布可以降低运行阻力，延长滤袋的使用寿命，减少振动和噪音。因此，对袋式除尘器内部设置不同角度的导流板，利用CFD对除尘器内部流场进行模拟，通过分析找到一种可以使内部流场均匀的导流板，优化袋式除尘器设计。

1.计算模型和数值方法

1.1物理模型的简化及建立

根据除尘器实际结构尺寸对其进行简化，箱体部分尺寸为长 2.21m，宽2.29m，高3.2m，灰斗部分尺寸为长0.7m，宽0.22m，高1.75m。本次模拟主要是研究进风口处环形挡板不同角度对除尘器内部流场的影响，故将不考虑滤袋的影响，花板上方的上箱体盖板整个当出风口处理。由于除尘器关于进口中心面成镜像关系，所以建立的模型为除尘器的一半，详见下图1。

图1 除尘器模型

将此除尘器模型导入到Workbench中，利用Geometry将模型做些相应处理，然后Mesh画网格，最后利用Fluent做流场模拟，如下图2。

图2 除尘器模型导入

本次模拟的进风口共有五种情况：

1）进风口共五个圆形挡板，间距为50mm，总长275mm，角度为45°，见下图3（a）。

2）进风口共六个圆形挡板，间距为50mm，总长275mm，角度为45°，见下图3（b）。

3）进风口共六个圆形挡板，其中五个间距为50mm，另一个85mm，总长320mm，角度为45°，见下图3（c）。

4）进风口共七个圆形挡板，其中六个间距为50mm，中间位置挡板角度为70°，其余挡板角度均为45°，总长320mm，见下图3（d）。

5）进风口共七个圆形挡板，间距均为50mm，中间位置挡板角度为26°，其余挡板角度均为35°，总长320mm，见下图3（e）。

(a)(b)

(c)(d)

(e)

图3 导流板五种情况模型设计

1.2 数学模型

为了简化问题，作如下假设：

（1）空气为不可压缩流体且符合Boussinesq假设；

（2）流动为稳态紊流，假设流场具有高紊流Re数，流体的紊流粘性具有各向同性；

（3）气流为低速不可压缩流动，可忽略由流体粘性力作功所引起的耗散热；

（4）不考虑漏风的影响，认为除尘器内气密性良好。

控制方程组包含标准k-ε方程，连续性方程、动量方程以及能量方程[1-2]，选用二阶迎风差分方法进行离散，采用Standard格式进行压力插值，使用Simple 算法进行数值计算[3]。

1.3边界条件

主要边界类型及条件如下：

( 1 )将除尘器箱体、灰斗等定义为固体壁面。

( 2 )入口边界条件为速度入口，进风口的速度V=18m/s。k=0.098m2/s2，

ε=0.182m2/s3。

( 3 )除尘器的中心面设置为对称边界条件。

( 4 )出风口为自由出流，湍流强度为4.2%。

1.4网格的生成

网格的质量直接决定计算的精度和结果，本文对除尘器的空间离散采用六面体网格，并满足以下条件：网格单元最大尺寸为0.15m；对除尘器内部速度梯度较大的地方（如：进出风口、导流板）进行网格局部加密细化。

2.计算结果与分析

本文研究的目的是为了使粉尘进入除尘器后能够分布均匀，所以对除尘器具有代表性的对称面模拟结果进行分析（a：第一种情况；b：第二种情况；c：第三种情况；d：第四种情况；e：第五种情况）。

图4（a）进风口共有五个圆形挡板，间距为50mm，总长275mm，角度为45°。由于中心处的圆环半径较大，所以进风口中心处的速度较高，中心周围气流沿着导流板方向向外延伸，在中心上部形成小的涡流，但气流并不均匀。

图4（b）进风口共有六个圆形挡板，间距为50mm，总长275mm，角度为45°。相对于第一种情况，将中心处圆环的挡板半径变小，并增加了挡板的数量，中心处的气流速度降低，气流在经过导流板后形成一个很大的涡流，使进入滤袋

前的气流分布较为均匀。

图4（c）进风口共六个圆形挡板，其中五个间距为50mm，另一个85mm，总长320mm，角度为45°。相对于第二种情况，将最外边的圆环间距放大，但导致外围气流速度过高，并没有形成理想中的涡流。

图4（d）进风口共七个圆形挡板，其中六个间距为50mm，中间位置挡板角度为70°，其余挡板角度均为45°，总长320mm。相对于之前中心处气流速度过高，故将中心挡板的角度增加，以降低中心处速度。并增加了挡板的数量，为了使中心周围的气流分布更加均匀。

图4（e）进风口共七个圆形挡板，间距均为50mm，中间位置挡板角度为26°，其余挡板角度均为35°，总长320mm。第四种情况下的气流分布比较均匀，为了进一步研究和优化，将挡板的角度进行了相应的调整。由于挡板角度降低，中心周围的气流分布过于集中，气流速度沿着除尘器壁面贴附逐渐降低，并于中心处上升气流形成较大的涡流。进入滤袋前除了除尘器壁面附近的气流速度较高外，其余气流分布较为均匀。

(a) (b) (c)

(d) (e)

图4 五种情况气流组织形式速度分布(m/s)

3.结论

本文研究了袋式除尘器在不同的挡板情况下气流组织的速度场分布，由上述分析可得出以下结论：

(1)采用相同的送风参数，不同挡板的气流组织形式下除尘器内速度场分布存在一定差异。其中第二种情况挡板下的除尘器内部流场分布较为均匀，利于提高滤袋的除尘效率并延长除尘器的使用寿命。具体的实际效果需要在试验中进一步验证此种新型除尘器的可行性。

(2) 本文应用CFD方法，采用标准湍流k-ε方程模型对不同气流组织进行模拟，得到了速度场比较直观的数据和图形。利用CFD模拟可以对除尘器的气流