大型袋式除尘器流场的模拟分析与应用

论文摘要

随着我国工业建设的迅猛发展,生产设备日趋大型化和大气污染排放标准的日趋严格,大型袋式除尘器也将越来越多的应用到电力、钢铁、水泥等领域,大型袋式除尘器空间流场形态直接影响除尘设备的净化效率及滤袋寿命。目前,对除尘器内部流场测试比较困难,主要采用计算流体力学CFD软件进行模拟分析。大型袋式除尘器结构复杂,滤袋数量多,模拟过程存在建模、网格划分、计算容量空间与时间等要解决的问题,长期以来,主要采用减少过滤面积、简化滤袋形状或局部模拟等方式简化大型袋式除尘器空问流场的计算,实践证明,模型过于简化不利于真实反映大型袋式除尘器的流场特征。本课题以工程实际大型袋式除尘器整体建立模型,包括2156条φ160×8000mm滤袋,总过滤面积9500m2,单台处理风量60万m3/h,分析大型袋式除尘器内部空间流场特征,并在模型的基础上对袋式除尘器的运行阻力、过滤浓度和清灰周期进行研究。采用冷态实验法模拟工况环境对平板滤料和圆柱形滤袋在清洁和集尘状态下的阻力特性试验,解决模型中滤袋及其表面粉尘负荷这一边界条件的设定问题,并通过调整渗透率和滤层厚度模拟滤袋表面粉尘负荷大小。同时试验结果表明渗透率不受过滤风速的影响只与滤层厚度有关,而且平板滤料阻力特性测试结果用于圆柱形滤袋边界条件的设定满足工程需要。流场模拟结果表明:袋底以上空间具有良好的气流组织形式,袋底空间以下则相对紊乱,容易造成高速含尘气流对袋底的冲刷;位于袋室不同位置的滤袋和同一滤袋不同高度的过滤风速差别较大,考虑粉尘负荷的不均匀分布,虽然设计过滤风速lm/min左右,滤袋过滤风速最大值与最小值相差可达10倍以上;花板以下形成局部高压区,一方面造成清灰后袋口以下10～20%处过滤风速偏大,另一方面还会造成花板前后压差测量值偏大。对袋式除尘器运行阻力、过滤浓度和清灰周期分析得出:袋式除尘器运行阻力与时间的对数关系:ΔP:Kln（t）+B:可在系统允许的前提下,适当延长清灰周期增加除尘器运行阻力的方法代替风阀调节系统风量。并结合袋式除尘实际工程验证了模拟结果的可靠性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 袋式除尘技术发展现状
• 1.2.1 袋式除尘设备
• 1.2.2 流场测试
• 1.2.3 流场模拟
• 1.2.4 运行阻力及清灰周期
• 1.3 研究内容
• 1.4 研究方法
• 第2章 大型袋式除尘器模型的建立
• 2.1 物理原型
• 2.2 计算模型
• 2.2.1 GAMBIT简介
• 2.2.2 模型建立
• 2.2.3 网格划分
• 2.3 小结
• 第3章 大型袋式除尘器求解模型的选择
• 3.1 CFD简介
• 3.2 程序结构
• 3.3 湍流模型
• 3.4 离散相模型
• 3.5 多孔介质理论
• 3.5.1 多孔介质模型
• 3.5.2 多孔介质的动量方程
• 3.5.3 多孔介质的模拟方法
• 3.6 小结
• 第4章 滤袋边界条件的试验分析
• 4.1 测试对象及试验装置
• 4.1.1 平板滤料
• 4.1.2 圆柱形滤袋
• 4.2 试验仪器
• 4.3 主要测试参数
• 4.3.1 过滤风速
• 4.3.2 过滤阻力
• 4.3.3 渗透率的计算
• 4.4 平板滤料过滤阻力特性
• 4.4.1 滤料A
• 4.4.2 滤料B
• 4.5 滤袋过滤阻力特性
• 4.6 渗透率与过滤时间的关系
• 4.7 试验结果与模拟对比
• 4.7.1 多孔跳跃介质模型的验证
• 4.7.2 除尘器模型可靠性验证
• 4.8 小结
• 第5章 大型袋式除尘器流场的模拟分析
• 5.1 边界条件
• 5.2 模拟结果分析
• 5.2.1 粉尘负荷对流场的影响
• 5.2.2 颗粒运动轨迹
• 5.2.3 速度场
• 5.2.4 压力场
• 5.2.5 单条滤袋速度和压力场
• 5.3 小结
• 第6章 大型袋式除尘器模拟的应用
• 6.1 清灰条件下流场分布特征
• 6.2 清灰前后处理风量对比
• 6.3 运行阻力的分析
• 6.4 过滤浓度
• 6.5 清灰周期
• 6.5.1 粉尘层过滤阻力与时间的关系
• 6.5.2 运行阻力与过滤时间的关系
• 6.5.3 清灰周期的合理选择
• 6.5.4 延长清灰周期的措施
• 6.5.5 工程应用举例
• 6.6 小结
• 第7章 结论及尚需解决的问题
• 7.1 结论
• 7.2 尚需解决的问题
• 参考文献
• 攻读学位期间发表论文及参与科研项目
• 致谢