水泥厂除尘布袋，下进风袋式除尘器内部流场的数值模拟



下进风袋式除尘器内部流场的数值模拟

采用计算流体力学软件Fluent，通过数值模拟的方法对下进风袋式除尘器的内部流场进行了研究，发现原设计方案存在气流分布不均匀、设备阻力过大等问题，提出了在进气通道内添加导流板的改进措施．结果表明在四种不同的工况下，改进后的袋室除尘器内部气流分布更均匀，进出口压力差减小，除尘器各部分均能起到良好的除尘作用，从而有效地减少了滤袋的磨损，提高了除尘效率和运行的稳定，为袋式除尘器的结构优化设计提供了依据。

在我国，电力行业是煤炭消耗的大部门，也是工业粉尘的主要排放部门。随着环保治理力度不断加大，对火电厂烟囱出口烟尘排放浓度要求日益提高，要求治理整改的期限也越发紧迫。作为电力行业应用广泛的的除尘设备之一，对袋式除尘器进行优化改造，提高袋式除尘的除尘效率，具有十分重要的现实意义。

袋式是袋式除尘器的执行部分，袋的气流分布直接影响到除尘器的工作能和使用寿命，气流不均易造成袋的布袋的破损，影响到袋其他滤袋的除尘效率。袋式除尘设备内部气固两相流动十分复杂，直接对袋式除尘器流场测试非常困难，因而一般选取CFD技术作为数值模拟的主要分析手段。

近年来，国内外学者针对这方面进行了许多研究。FraunhoferITWM［20］提出计算流体力学模拟过滤过程的算法。

Croom［20］提出了一些对进气口和导流板进行优化的改进措施，有一定的借鉴意义。德国INTENSIVFILTER［23，24］拥有自己专门的CFD部门利用CFX软件对方案前期预估以及袋式除尘器结构进行改进，在除尘器进口段通过加导流片改善内部气流组织，得到良好效果。

徐文亮等［11］分析了挡板除尘器流场状况，主要分析了前挡板长度和除尘器入口速度两因素对除尘能的影响，提出了佳挡板长度，并说明了降低入口速度对除尘器能优化是有利的。郑辉等［13］用数值模拟软件对除尘设备进气烟箱放置气流分布板前后气固多相流的分布情况进行了数值模拟，提出了放置气流分布板后的气流分布情况明显优于未放置之前，气流分布较为均匀。

国内外一些袋式除尘企业已开始采用CFD技术，对除尘系统中流场进行定研究，掌握流场分布规律，比较各种模型的优点和不足，了解各种袋室结构因素对气流分配的影响。笔者通过采用Fluent软件对改造前后袋的气流分布情况进行了对比分析，得到了改善气流分布的方案。

研究选取的是下进风袋式除尘器，1几何模型分为上箱体、中箱体、下箱体(灰仓)、进气口、排气口等几个部分。

模型基本参数为上箱体的长1600mm、宽2200mm、高6000mm，进风管位于上箱体底面位置，灰仓是高1200mm的倒四棱锥，灰斗侧面与水平面呈60°，滤袋直径130mm、长6000mm，滤袋为10排7列，间距是200mm×200mm，共70个滤袋，除尘器总过滤面积1807m2。

由于该除尘器是轴对称形，因此在Fluent中可采用对称边界条件，建模只取其中一半作计算区域。模型的网格划分采用上箱体的上表面和滤袋出口面的面网格采用三角形网格，滤袋及上箱体的体网格采用三角棱柱形网格，中箱体的体网格采用三棱柱形网格，除尘器的入口采用正六面体网格，下箱体的体网格采用四棱柱台形网格，见2。

按顺序将滤袋编号，靠近对称面的滤袋编为第1排，远离对称面的滤袋编为第5排，中间2排滤袋依次为第2排、第3排和第4排，每排滤袋在远离进风口侧的编为第1列，依次往后，共分7列，见3。

假定袋部流体是等温不可压缩、作定长流动，模拟计算选用标准k－ε双方程模型控制方程为

由于袋式除尘器内部结构复杂，为利于建立模型及计算方便，做如下假设

(1)将进入袋细小颗粒和气体的混合物看作是一种均匀介质。

(2)分别在一定的粉尘厚度的情况下，对内部气流的分配作近似的模拟分析。

(3)建立模型时，只考虑袋室入口袋式除尘器的花板处为止，不计其他部件的影响。

(4)由于袋式除尘器中滤袋数量庞大，因此，只取袋式除尘器中有限数量的滤袋进行模拟。

(5)由于模型的几何结构具有对称，因此在模拟中可以取整个模型的一半作为计算区域。

由以上假设，本文采用标准的k－ε方程湍流模型、稳态分离隐式解算器，压力－速度耦合采用SIMPLE算法，对流项选取二阶迎风离散格式，在近壁区采用壁面函数法。滤袋采用多孔跳跃模型，在连续相的动量方程中加入附加的黏损失项，流体穿过介质的压力降满足Darcy公式

本模型是下进风式袋式除尘器，灰斗没有任何的气流均布装置，进气口面积较小，进气速度较高。

4为入口风速7．11m/s，过滤速度1m/min工况的下进风式袋式除尘器流场速度云。由4中(a)—(e)中可以看到在气流进入除尘器灰仓后，一小部分气流沿着除尘器上箱体前端墙体高速上升，造成这部分空间间歇速度过大，对靠近墙体滤袋的下部带来冲刷。

又由于在除尘器中被过滤下来的颗粒物向下运动，当颗粒物下降到气流射流处，又会被射流重新带回到上箱体，这样不仅加重了滤袋的负荷，而且以较大的速度冲刷滤袋，同时也使在靠近墙体的滤袋的气流量较大，靠近对称面的滤袋的气流量较小。

4下进风式袋式除尘器Y轴方向不同截面的速度云

5下进风式袋式除尘器Z轴方向不同截面的速度云

从5中可以看出在布袋的底部附近(Z=0mm面)气流极不均匀，靠近墙体滤袋附近的气流流量比较大，不仅气流间歇速度过大，超过了设计值，而且气流的含尘体积浓度也很高，对滤袋造成严重冲刷，这样必然会降低滤袋的使用寿命。

由5分析可以看出入口处气流流速比较大，气流间歇速度过大，含尘体积浓度也很高，靠近墙体滤袋附近的气流流量比较大，一部分烟气进入袋室沿滤袋高度上升，烟气在遇到滤袋的阻挡后，一部分烟气沿滤袋间隙上升，一部分直接进入滤袋过滤。滤袋出口端速度较大且气流极不均匀，对滤袋造成冲刷，使滤袋内部所受压力不均，极易导致滤袋破碎。

针对现有的袋室进气口区域气流不均导致滤袋易破损的缺点，对袋式除尘器的结构进行优化设计，在除尘器的入口处安装了几块逐渐下降的导流板，以改变气体流动方向，得到几乎均匀的上升气流。

导流板排列形式不同，除尘器内气流分布也不同。根据除尘器滤袋的列数(n)，如6所示，在除尘器的入口处安装了7块导流板。

为平分进气口的气流，根据经验公式(7)可得导流板板高

式中Hi为第i个导流板的高度，m;i=1，…，6;H为进气口的高度;n为滤袋的列数。

7、8为添加导流板后过滤速度为1m/min时除尘器不同截面的速度分布结果．由5可以看出，在进风口截面添加导流板后，除尘器袋的回流区域进一步缩小，流场也更趋于均匀，尤其是袋室前后两部气流分布有了明显的改善．

7改进后下进风式袋式除尘器Y轴方向不同截面的速度云

8改进后下进风式袋式除尘器Z轴方向不同截面的速度云

为了能更加直观地显示袋式除尘器改进后流场的改善程度，在袋不同位置取面积相等的截面，分别计算这些截面改进前后的平均速度，结果示于9。

9为除尘器内部气流各滤袋不同工况条件下的改进模型前后气流平均速度分布对比，从中可以看出总体上，随着过滤速度的提高，除尘器内部各滤袋平均气流速度的不均匀程度呈增大的趋势。

(a)－(d)．为过滤速度为0．5m/min，1m/min，1．5m/min和2m/min4种工况的除尘器内部气流分布平均速度改进前后对比，由(a)(d)可知，在除尘器入口附近加导流板后，高速气流进入袋式除尘器后，气流受导流板的影响，气流的主流方向下移，在导流板的作用下分7股气流均匀地进入上箱体。

分流后气流速度相对较小，气流在进入除尘器后不会对滤袋带来严重冲刷，并且除尘器内气流分布也比较均匀。由于气流被分流，气流对后墙体的冲击变小，气流一直贴着除尘器下箱体的后墙体运动，回流速度也比原型的速度小，使得除尘器下箱体内气流分布均匀。在除尘器的不同截面，除尘器上箱体中气流间歇速度都小于设计值，没有对滤袋带来冲刷，整个除尘器内气流分布均匀。

(1)在原型中，气流高速冲刷灰斗墙体，一部分气流在灰斗内流动形成回流，使沉积的粉尘再次卷入气流进入袋室，从而加重了滤袋负荷;另一部分气流沿除尘器后墙体高速上升，冲刷滤袋，造成袋室后端的滤袋容易破损;

(2)在进口处添加导流板，可以对除尘器入口处的射流分流，使袋气流分布更均匀，有效减少对部分滤袋的集中冲击，从而提高了滤袋的使用寿命及除尘效率;

(3)采用计算机模拟方法能够很好地反映出除尘器内部气流的流动状况，为袋式除尘器气流分布、结构优化设计提供了依据。

电除尘技术论文

电除尘是利用高压电源产生的强电场发生电晕放电，使悬浮尘粒在电场力的作用下，将悬浮尘粒从气体中分离出来的技术。下面是我精心的电除尘技术论文，希望你能有所感触!

【】本文从电除尘器技术发展现状、减排节能电除尘新技术，以及其他技术这三个方面对减排节能电除尘新技术应用研究进行阐述。

【关键词】减排节能;电除尘技术;应用;研究

中分类号： TE08文献标识码： A

随着科学技术的不断发展，为了更好的进行节能减排，并且减少污染物的排放，节能减排电除尘新技术得到了广泛的应用。

我国全面系统地对电除尘器技术进行研究和开发始于上个世纪60年代。在1980以前，我国在国际电除尘器领域还处于非常落后的地位。改革开放以来，我国国民经济持续不断地高速增长，环境保护对国民经济的可持续发展显得愈来愈重要。受市场经济下的利益驱动，国内许多大、中型环保产业对电除尘器进行技术研究和开发方面的投入不断加大，电除尘器的应用得到了长足的发展。更是将高效电除尘器技术列入“七五”攻关项目。通过对引进技术的消化、吸收和合理借鉴，到上世纪90年代末，我国电除尘器技术水平基本上赶上国际同期水平。

进入21世纪以后，我国把“大力推进科学技术进步，加强环境科学研究，积极发展环保产业”作为经济发展的重要相关政策，环保产业进一步得到重视。随着对污染控制要求的不断提高，对粉尘排放的要求也大幅提高。电除尘器作为控制大气污染、解决环保与经济发展之间的矛盾的主要设备之一，其应用技术进一步得到飞速发展。

目前，电除尘器已广泛应用于火力发电、钢铁、有色冶金、化工、建材、机械、电子等众多行业。我国作为世界电除尘器大国立足于国际舞台，不仅在数量上，而且在技术水平上都已进入国际行列。电除尘器技术从设备本体到计算机控制的高低压电源，以及绝缘配件、振打装置、极板极线等已全部实现国产化，并且已有部分产品出口到30多个和地区。

在1980年以前，我国电除尘器的规模绝大多数都在100m2以下，而其行业占有量为有色冶金行业32%，钢铁行业30%，建材行业18%，电力行业8%，化工行业5%，轻工行业4%，其他行业0%。

随着我国经济的飞速发展，尤其是电力、建材水泥行业的发展达到水平，到上世纪90年代中期，电除尘器行业占有量的格局已改变为：电力行业72%，建材水泥行业17%，钢铁行业5%，有色冶金行业3%，其他行业3%。目前火力发电行业的电除尘器用量已占全国总量的75%以上，648m2的电除尘器已在100MW的火电厂中成功运行。在化工行业，由于受国际硫磺的影响，从上世纪90年代中期采用硫磺制酸工艺取代硫铁矿制酸工艺的企业急剧上升，使得电除尘器的行业占有量也随之大幅下降，直到近两年才有触底反弹的迹象。

在火力发电中，由于煤粉变粗、煤的含水量过多等因素很容易造成锅炉排放的烟雾温度过高，很大程度地降低了电除尘器的工作效率。煤烟温度的过高对电除尘器的影响主要表现在：

1)高温烟雾会增加烟气量，同时使得电场的风速增加，造成烟尘经过电除尘器的处理时间变短，降低除尘效率。

2)高温烟雾也会降低电场的击穿电压，增加了气体分子间的间隙，不利于电子与之碰撞，从而造成电离效应增加，降低除尘效率。

3)容易形成反电晕(除尘器极板上高比电阻尘产生的局部放电)，早晨尘粉二次飞扬，降低除尘效率。

火电厂使用的电源主要为工频段在50Hz的常规电源，而高频电源对电子和微电子等技术的应用，利用波形转换可以满足电除尘电力要求的同时，有很多优点：

1)提高效率。如果给电除尘器使用高频电源，利用高频电源的电气特以及放电的能，可以将电除尘的效率提高很多倍，同时还能降低烟气的排放量。

2)节能。同样利用高频电源的一些特，可以将电除尘的效率因数提高0.9，更加的节省能源消耗。

3)体积小，使用便捷。普通的电源在制作中由于工艺的局限，很难在现有的基础上将体积进一步缩小。而高频电源则因使用的变压器与控制系统集成的技术，体积很小，在安装中可以考虑安装在电除尘器的顶部。集成化的特点也决定了其可以使用更少的电缆，也更加节省空间。

4)绿色环保。高频电源采用了三相电源供电的方法，使用起来对整个电网的影响小，其大的特点还是无缺相的损耗以及无污染，同时在电路的设计中增加了短路、开路、超温保护等功能，完全可以在十分恶劣的条件下使用。

三氧化硫是火电厂烟气的主要污染物之一，所以在电除尘技术中如果能减少三氧化硫的排放量，或者能进一步减小排放的三氧化硫对环境的污染，才能达到减排的要求。三氧化硫烟气调质技术可以将一定量的三氧化硫与烟气中的少量水分通过一定手段结合成酸气溶胶，这种溶胶在通过除尘器的时候能够轻易地吸附于粉尘表面，从而达到电除尘的效率。

低二次扬尘技术主要是为了解决在电除尘过程中烟气在电风作用下产生的二次扬尘带来的除尘效率低的问题。低二次烟尘技术主要有以下几种措施：

1)对电除尘器内部的振打机构进行一定的改进，优化振打工作的程序，通过合理配置振打的强度以及去除不必要的振打来降低二次扬尘的浓度，让在极板上的粉尘聚成块状而脱落。

2)对电场进行改进来克服高流速下的二次扬尘。目前使用的对电场的改进主要有使用高频电源来减少电晕闭塞，增加电场的工作效率;在电场中增加变阻流格栅，减少扬尘量;增加电场的面积来扩大对烟气流通的阻断作用范围，进一步降低风速。

在对火电厂电除尘技术进行改进的时候，出了对于烟尘成分的研究，还出现了一种气流分布的新技术。这种技术是考虑了在大型的电除尘器中气流分布和浓度分布对于排放量的影响。

为了解决这种气流分布不均带来的影响，气流分布技术从原始的检测分析入手，通过对电除尘器内部的结构以及气道中气流分布装置的安装情况进行研究，经过一系列的实验来找到影响气流分布的原因，从而对症下药。这种技术主要是通过复杂的运算来找出修正的方案，可以有效保证气流的气流分配均匀，大限度地提高电除尘的效率。

常规的电除尘器粉尘荷电与收尘功能是在同一个电场内完成，电场场强往往受荷电电压限制，使电除尘效果不能得到佳发挥。这里提供一种阴阳极分小区布置、复式组合的机电多复式双区收尘电场新型产品技术，根据设计要求，可沿电场长度方向设置2~3组荷电与收尘小区并呈复式交错布置。

湿法电除尘器采用洗涤电极的方法，可确保电极清洁，并可有效捕集细微粉尘、去除 SO3及一些重金属等，主要应用在冶金环境除尘等常温型工况场合。用在燃煤锅炉湿法脱硫后，可捕集逃逸的 PM2.5细微粉尘等，有效解决石膏雨等问题，实现近似零排放。但要注意解决好设备防腐以及废水循环处理。

全布袋除尘工艺不仅在技术上可行，且具有投资省、占地少、运行低等优势，是符合我国特点的新技术，是典型的节能环保工程。电加袋除尘器由电除尘器改造而成，改善了电除尘器的除尘效率收粉尘“比电阻”的影响很大，除尘效率低的缺点。

总的来说，各种新技术的不断被研发和应用，极大地促进了节能减排技术的发展，在一定程度上减少了颗粒污染物的排放，促进了生活环境的改善。

胡&65533;减排节能电除尘新技术应用研究 [J]《城市建设理论研究(电子版)》-2013年9期-

罗如生，廖增安，陈丽艳满足新标准采用电除尘新技术改造的应用与分析 [J]《电力科技与环保》-2012年4期-

顾范华燃煤电厂电除尘技术的评估研究和应用 [J]《电源技术应用》-2013年3期-

文杰减排节能电除尘新技术的应用分析 [J]《建筑遗产》-2013年17期-

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