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                      除尘器

                      滤筒除尘器喷吹管气流均匀性与偏心性的研究

                      作者:郑州快三投注环保    来源:www.xinruiep.com    发布时间:2019-04-12 14:10:13

                      【摘要】针对滤筒除尘器喷吹管各喷嘴流量分布不均匀和部分喷嘴存在出流偏心角的问题,运用CFD软件对不同长度喷嘴在不同喷吹压力下的气流分布情况进行模拟,得到了各喷嘴的流量分布和流场特性,并用均方根值来评判流量分布的均匀性。最后将1-3号直管喷嘴结构改为锥形喷嘴,并通过多次迭代计算,确定了锥形喷嘴收缩角在13.01°~22.62°时,喷嘴流量分布满足设计要求,并且在收缩角为16.24°时,气流分布最均匀,同时气流的偏心性问题也得到解决。

                      【关键词】滤筒除尘器;喷吹管;喷嘴;不均匀性;偏心性

                      滤筒除尘器喷吹管气流均匀性与偏心性的研究

                      有色冶金多为多金属冶炼,冶炼过程中污染源较多,成分复杂、排放量大、处理难度大。铝、镁等轻金属废气污染物主要为粉尘、烟尘、氟、沥青烟气、硫化物等;铜、铅、锌等重金属矿产多硫化物伴生,冶炼烟气中除含有粉尘、烟尘、硫化物以外,还可能有汞、砷、镉等易挥发金属或金属氧化物伴生,因此控制有色冶金污染对环境保护、节能减排有重要作用,高效除尘设备是减少污染物排放的重要保证,滤筒除尘器作为现有最高效的除尘设备被广泛用于有色冶炼通风收尘。清灰系统滤筒除尘器的核心技术,主要包括喷吹管、脉冲阀、气包等。喷吹管为盲管结构,喷吹管上的喷嘴与气包的距离不同,由此导致各个喷嘴之间流量分布不均匀和部分喷嘴出流偏离中心。喷吹的不均匀性会导致部分滤筒欠清灰,偏心性则会导致喷吹气流冲刷滤筒壁面,这两者都会造成滤筒寿命的缩减。

                      本文针对某实际滤筒除尘器,采用数值模拟的方法对其喷吹气流的不均匀性和偏心性进行了优化研究。

                      1模型建立

                      1.1几何模型

                      运用gambit建立的三维数值模型如图1所示,该喷吹管主要由主管道和8个喷嘴组成,主管左端通过脉冲电磁阀与高压气包相连。8个喷嘴从左到右依次编号为1到8,主管直径为76mm,喷嘴直径为20mm,各喷嘴之间的距离为380mm。

                      图1  喷吹管模型结构

                      1.2网格划分和边界条件

                      喷吹管模型用cooper方法生成了六面体网格,由于该模式是对称结构,为节省模拟时间与计算机资源,选择一半模型进行模拟,对称面设置为symmetry边界,主管与喷嘴之间用interface进行连接,主管道与喷嘴壁面附近生成了6层贴体附面层网格,如图2。

                      图2  喷吹管模型网格划分局部

                      脉冲喷吹时间为100ms,且为非稳态流动。入口为压力进口(pressure-inlet),根据气包压力的不同,分别设为0.3、0.45、0.6MPa。各喷嘴出口为压力出口(pressure-outlet),其出口压力设为一个标准大气压,温度均取300K,喷吹管的壁面为无滑移绝热壁面。湍流强度I由式(1)、(2)计算:

                      湍流强度I由式(1)、(2)计算

                      式中:Re为雷诺数;φ为水力直径,m;ρ为气体密度,kg/m?;v为气体速度,m/s。

                      采用应用标准k-ε湍流模型模拟喷吹管内三维湍流流场,流场计算采用SIMPLE算法。求解器设置为压力基,内部流动介质定义为理想气体,为保证收敛,收敛精度设为10-4。

                      2计算结果及分析

                      气流均匀性分析可以用均方根值法来评判,均方根值法对气流不均匀性的程度反应比较灵敏,其值越大,气流不均匀性越大,公式为:

                      气流均匀性计算公式

                      式中:σ为气流均匀性均方根值;Q为各喷嘴-流量,kg/s;Q为各喷嘴平均流量,kg/s;n为喷嘴个数。

                      计算结果见表1。

                      表1 平均流量和均方根分布表

                      由图3可以看出不同喷嘴的流量分布情况,可以看出在相同喷吹压力下,随着喷嘴长度的增加,喷吹管前段喷嘴的气流量会有较显著的增加,由表1可以看出在此条件下相应的喷吹流量分布的不均匀性有所减小,例如在0.45MPa喷出压力下,40mm喷嘴长度的均方根值比20mm喷嘴长度减小15%。可见在一定范围内增加喷嘴长度以提高气流分布的均匀性;由表1还可以看出在相同喷嘴长度下,喷吹压力对气流均匀性的影响并不显著,并且在喷嘴长度达到一定长度后,这种影响几乎可以忽略。

                      图3 不同喷嘴长度在不同喷吹压力下的流量分布

                      以喷出压力0.6MPa、喷嘴长度30mm为例对喷嘴处气流分布情况进行分析,其具体结果如图4-图7所示。

                      图4  1号喷嘴处流场分布图

                      图5  8号喷嘴处流场分布图

                      图6 1  号、8号喷嘴出口处的轴向速度分布

                      图7 1  号、8号喷嘴出口处的轴向速度分布

                      由图4可知气流在1号喷嘴左侧壁面附近产生一低压区,形成局部涡流,有超过1/3喷嘴宽度处于该区,布袋除尘器喷吹管的气流均匀性研究也证实了该问题的存在。由图6可知出口处气流还有一定的径向速度,轴心速度偏心角达3.18°,因此喷吹气流在进入滤筒时是偏离滤筒中心的。由图5和图7可知,8号喷嘴处气体出流轴向速度全部沿y轴负向,径向速度近似关于喷嘴中点呈中心对称,轴心速度偏心角为0°。

                      由图3可以看出,影响喷吹气流均匀性的主要是1-3号喷嘴,其喷吹流量显著低于其他喷嘴,并且由图4也可以看出,喷吹气流偏心性问题也主要发生在1-3号喷嘴,为解决以上喷吹气流分布不均匀和偏心性问题,本文提出一种新的喷嘴结构分布形式,将1-3号喷嘴改变为圆锥结构,并经过多次迭代计算,得到不同收缩角下的各喷嘴流量的均方根差值见表2。

                      图7 1  号、8号喷嘴出口处径向速度分布

                      由表2可知,随着收缩角的增大,喷嘴流量均方根值和流量波动均先减小后增大,当收缩角在13.04°~22.62°范围内,喷嘴流量分布满足流量波动在10%以下的要求。并且当收缩角为16.24°时,喷嘴流量分布最为均匀,其具体结构为:喷嘴出口直径18mm,长度30mm。

                      图8 1 号喷嘴处流场分布图

                      图9  1号喷嘴出口处速度分布

                      当收缩角为16.24°,喷吹压力为0.6MPa时,其计算结果如图8、图9所示。

                      由图8、图9可知,将1-3号喷嘴改变为锥形结构喷嘴后,1号喷嘴处气流分布状况得到明显改善,轴向速度全部沿喷流方向,径向速度分布与直管型1号喷嘴类似,关于喷嘴中点呈中心对称,气流轴心速度偏心角为0°,不同喷嘴流量的波动均在10%以下,满足设计要求。

                      滤筒除尘器喷吹管气流均匀性与偏心性的研究

                      3结论

                      1)对于直管喷嘴,在一定范围内,喷嘴长度越长,气流不均匀性越小;喷吹压力对气流均匀性影响较弱;

                      2)喷吹管前段喷嘴出流存在偏心问题,1号喷嘴最大偏心角达3.18°;

                      3)将喷吹管1-3号喷嘴结构改为收缩角13.01°~22.62°后,气流分布满足设计要求,并且在收缩角为16.24°时,气流分布最均匀,同时气流的偏心性问题也得到解决。

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