1  除塵器結(jié)構(gòu)及研究目的

布袋除塵器結(jié)構(gòu)為“中央進(jìn)風(fēng)”，即除塵器中間布置進(jìn)風(fēng)煙道，在中間煙道內(nèi)每袋室設(shè)置兩個(gè)進(jìn)風(fēng)支管，煙氣沿支管進(jìn)入袋室，每臺(tái)除塵器沿氣流方向分為三個(gè)袋室，一共設(shè)置有 6 個(gè)分室支管。原布袋除塵器未設(shè)置導(dǎo)流裝置，使得進(jìn)入各室的氣流分布不均，各室的濾袋破損不均勻。趁除塵器大修機(jī)會(huì)，利用 ANSYS FLUENT 軟件對(duì)布袋除塵器在進(jìn)風(fēng)煙道設(shè)置不同規(guī)格的導(dǎo)流板進(jìn)行模擬計(jì)算，選擇最優(yōu)的布置方式，使得進(jìn)入各袋室的氣流分布均勻，除塵器的除塵效率、壓力損失等性能都達(dá)到最優(yōu)。

2  三維模型及流量分配判據(jù)

2.1  三維模型建立

除塵器各室中的布袋數(shù)量龐大，對(duì)于其物理建?？梢赃m當(dāng)簡(jiǎn)化，將各袋室布袋視為若一個(gè)過濾單元。此外，該項(xiàng)目中除塵器主體為關(guān)于平面的對(duì)稱形式，因此在對(duì)該除塵器進(jìn)行計(jì)算時(shí)僅計(jì)算一半的結(jié)果，在對(duì)稱平面處設(shè)為對(duì)稱邊界。在本模擬中，為便于分析比較模擬計(jì)算后進(jìn)入各袋室的流量，將沿?zé)煔膺\(yùn)動(dòng)方向上的煙氣各袋室支管依次命名為 1～ 6，三維建立圖形和各支管編號(hào)如圖 1 所示。

2.2  流量分配均一判據(jù)

在使用 ANSYS FLUENT 對(duì)煙氣流動(dòng)的算例進(jìn)行模擬時(shí)，通常采用殘差法判定收斂。一般認(rèn)為，各方向速度、湍流尺寸等參數(shù)的殘差降低至 10-4～10-3數(shù)量級(jí)且保持穩(wěn)定即可認(rèn)為模擬計(jì)算達(dá)到收斂。因此，對(duì)于純流動(dòng)現(xiàn)象的工業(yè)級(jí)反應(yīng)器的數(shù)值模擬，計(jì)算步數(shù)達(dá)到 104基本即可

本文計(jì)算的重要目的之一為通過導(dǎo)流板的設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)進(jìn)入除塵器袋室各支管的流量分配均勻，故對(duì)于通過支管截面處流量的監(jiān)測(cè)尤為重要。圖 3 所示為各個(gè)支管截面處的流量與計(jì)算步數(shù)之間的關(guān)系。從圖中可以看出，當(dāng)達(dá)到滿足要求或穩(wěn)定的殘差時(shí)，各個(gè)支管截面的流量仍處于顯著變化尚未穩(wěn)定的階段。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能在于，在煙氣流動(dòng)的過程中存在六個(gè)支管，其中任意一個(gè)支管截面上的速度分布的變化均會(huì)導(dǎo)致其余截面的流量的變化。因此，單純依靠殘差對(duì)流動(dòng)的穩(wěn)定進(jìn)行判定并不合適，本文的計(jì)算是通過監(jiān)視目標(biāo)截面處的流量來進(jìn)行判定。

3  入口導(dǎo)流板設(shè)置及計(jì)算結(jié)果分析

本文研究主要思路是在現(xiàn)場(chǎng)安裝條件允許的條件下，通過增加導(dǎo)流板的數(shù)量、改變導(dǎo)流板的位置和角度，從而得到滿足均流要求的導(dǎo)流板設(shè)置。

3.1  工況1

原除塵器未設(shè)置導(dǎo)流板，其三維建模圖見圖 4。

經(jīng)過計(jì)算，各支管流量分配見表 1。

從表 1 各支管流量分配結(jié)果來看，由于除塵器入口處無導(dǎo)流板的引導(dǎo)，使得煙道遠(yuǎn)端的支管 5 和支管 6 流量較大，尤其是支管 6 出現(xiàn)了高于 50% 的偏差。因此，需在煙道內(nèi)設(shè)置導(dǎo)流板，調(diào)節(jié)進(jìn)入除塵器各袋室的氣流分布。

3.2  工況2

在煙道入口處布置 5 塊 200mm×800mm 導(dǎo)流板，導(dǎo)流板傾斜角度均設(shè)為 11°。導(dǎo)流板布置見圖 5。

經(jīng)過計(jì)算各支管流量分配見表 2。

從表 2 中可以看到，相對(duì)于工況 1 未設(shè)置導(dǎo)流板的情況，工況 2 設(shè)置導(dǎo)流板后的流量分配有了較大的改善，尤其是支管 6的無因次化流量由 1.634 降低至 1.263，但支管 5 的流量卻有了顯著升高，由 1.131 增大至 1.398。同時(shí)，支管 2 ～ 4 的流量偏小的問題仍未得到解決。

3.3  工況3

在工況 2 的基礎(chǔ)上，保持導(dǎo)流板的尺寸和位置不變，導(dǎo)流板傾斜角度更改為 ：11°、16°、16°、16°、16°，同時(shí)在第二、四個(gè)支管口處各添加一塊導(dǎo)流板，導(dǎo)流板的傾角為 35°，尺寸為200mm×800mm。計(jì)算后各支管流量分配見表 3。

在支管 2 和支管 3上方各增加一塊導(dǎo)流板，調(diào)節(jié)進(jìn)入支管 2和支管 3 的流量，目的在于進(jìn)一步降低進(jìn)入支管 5 和 6 的煙氣流量。從表 3 中數(shù)據(jù)可以看到，此時(shí)支管 5 和 6 中的無因次化煙氣流量已經(jīng)降低至 1.076 和 1.115，已經(jīng)接近均一的要求。更為重要的是，此時(shí)進(jìn)入支管 3 和 4 的流量也得到了升高，分別

由 0.788 和 0.826 增大至 0.894 和 0.919，說明在支管 2 和 3上方增加的導(dǎo)流板起到了雙重的作用。結(jié)果表明，改進(jìn)之后進(jìn)入支管 2 的煙氣流量也得到了顯著地提升，各支管的流量已經(jīng)接近偏差≤ 5% 的要求了。

3.4  工況4

在工況 3 的基礎(chǔ)上調(diào)整導(dǎo)流板的傾斜角分別為：6°、13°、16°、16°、16°；第二、四個(gè)支管的導(dǎo)流板與水平方向的傾角調(diào)整為 38°，41°。結(jié)果可以得出，各支管流量偏差已滿足≤ 5% 的要求。