CFD技術在袋收塵器設計中的應用

李勇，王作杰，張松

CFD技術在袋收塵器設計中的應用

Application of the CFD Technology in Bag Filter Design

李勇，王作杰，張松

袋收塵器應如何設計，使得各袋室分風均勻合理，這對于收塵器的濾袋使用壽命至關重要，而袋收塵器進氣口的進風角度和風速等因素則直接影響著袋收塵器的使用效果。將現代化的設計方法引入袋收塵器的設計過程，可以有效提高設計質量，縮短設計周期。CFD技術的應用使得流場設計更加科學和準確，可以很直觀、清晰地解決實際遇到的相關問題。

某公司2500t/d生產線于2010年8月份正式投產，在2011年2、4、6月份進行過全廠檢修，窯尾收塵器從2011年4月份開始出現濾袋破損的情況，并且逐步加重，到7月份時，濾袋破損已經超過40條。破損濾袋主要集中于進氣口方向的第三、四室，破損部位分布在濾袋距離袋口100mm距離處（見圖1）。從破損位置來看，初步分析應該是濾袋晃動，濾袋和袋籠頻繁摩擦造成的破損。但是，通過對現場設備及操作工藝進行分析，并且收集此類型設備的使用信息，發現均未出現過此類現象，且首臺該型號設備從2007年年底使用至今一直運行得比較理想，濾袋目前還在使用，而且相關參數均較正常。此外發現，這兩年用于其他生產線配套的此類型收塵器也未曾出現過此類問題。因此，在同樣工況情況下，出現如此大的設備運行差異，已經很難從設備本身尋找原因。

通過進一步分析和比對，發現這條2500t/d生產線工藝管道與以前存在差別，其進口管道由原來的傳統水平進氣方式改為上進氣方式，而且從循環風機過來的管道與收塵器立面成27°角直接插入總管道（見圖2），與從預熱器直接過來的熱風在進口處直接匯合，形成氣體紊流，瞬間在風管內局部形成超過40m/s的風速，導致在第一個灰斗位置處的袋室氣流運動不規則，濾袋產生晃動，致使濾袋破損。

為了驗證我們的分析，我公司針對該設備工藝管路布置及設備結構進行三維建模，并采用CFD軟件對該模型整體進行分析，分別模擬出了這種工況下收塵器內部流場分布情況，進出風管道中截面速度云圖及整機速度流線圖。模擬結果進一步印證了我們的設想，經過模擬后的流場云圖見圖3。

其中，1-1，1-2，1-3為原型仿真結果，2-2，2-2，2-3為改進型仿真結果。

從1-1和1-2可見，原型分風不均，高速氣流直接俯沖進第一個灰斗，導致第一個灰斗內出現高速渦旋，然后從灰斗溢出進入第二個灰斗，溢出部位正好是第三、四室的位置。不穩定的高速氣流沖擊第三、四室內的濾袋底部，致使濾袋晃動與袋籠摩擦，最終導致濾袋破損。從2-1看出，在風管內加入導流裝置后，使得氣流均勻分散進入各個灰斗，氣流在整個收塵器通道中運行比較平穩，各室氣流分布也比較均衡。從1-3看出，原型氣流進入灰斗時運動不規則，且風速較高，約為7～8m/s。從2-3看出，在風道內加入抗擾動導流裝置后，氣流進入灰斗時規則地貼灰斗壁面運動，且風速明顯降低為4～5m/s。

通過實驗室三維建模的流場模擬，發現收塵器濾袋破損的主要原因是，工藝管道布置不合理造成氣流在收塵器內部分布不均勻，局部出現紊流現象，不規則的高速氣流沖擊濾袋底部，從而導致袋室內袋籠晃動，濾袋與袋籠加強圈處不斷地摩擦。當玻纖（濾料）達到一定的磨損極限時，就出現破損，并隨著粉塵的不斷進入與侵蝕，破損部位逐漸蔓延，特別是當粉塵在濾袋里面積累到一定程度時，粉塵及濾袋的自重對破損面不斷撕扯，最終導致部分濾袋脫落。特別是在一個袋室內，當出現個別濾袋破損時，由于噴吹及分風的影響，勢必會逐漸影響到袋室內其他濾袋的使用壽命。

我們根據以上實驗及分析結果，特提出以下方案，供業主決策：

由于改造風管工作量大，而且耗費資金和時間較多對業主不利，所以對風管不作改動。但由于整個進風管道匯合處距離太短，無法完全解決局部氣流速度過高的狀態，故只能在進口總管道上增加導流裝置，同時在收塵器風道內部增加抗擾動導流裝置。這樣改造后，能從兩方面解決氣流不穩定的情況：首先，當不穩定氣流通過進風管道垂直進入袋室時，在入口處的導流裝置能將氣流均勻布置，使各個袋室風量分布均勻；同時在風道內的抗擾動導流裝置使氣流速度局部能降到可接受水平（見流場模擬分析結果），保證了濾袋的安全。

經過考慮，業主采納了上述方案，并于2011年當年完成改造，迄今設備運行一切正常，沒有再發生破袋現象。

目前，CFD技術已全面在我公司的收塵器設計和改造工作中推廣使用，徹底解決了因袋收塵器分風不均而引起的各種問題，大大提高了產品的合理性和可靠性，成效顯著。

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呂 光