基于CFD軟件的靜電除塵器中重錘及其定位裝置的分析與優化

李 凱，謝云輝 ，楊興權，任必銳

(1.江蘇蘇鹽井神股份有限公司第三分公司，江蘇 淮安 223000；2.淮陰工學院，江蘇 淮安 223003 3.江蘇省制鹽工業研究所有限公司，江蘇 淮安 223000)

靜電除塵器廣泛應用于火電、水泥、煤礦、純堿、化工等行業，大大降低了工業生產中的粉塵，減少了環境污染和保障了工人的安全。靜電除塵器內部包括幾十根陰極線通過接口與上方支撐板連接，支撐板由固定板固定在靜電除塵器殼體上，陰極線下方掛著重錘，重錘固定在連接桿上，靜電除塵器最下部為排水池。而重錘作為固定陰極線的裝置，它的使用周期也很大程度影響著靜電除塵器的工作效率[1]。重錘固定裝置是用來定位重錘，同時讓重錘在噴淋系統沖刷灰塵時保持位置不動。

1.固定板 2.支撐板 3.接口 4.陰極線 5.重錘 6.重錘固定裝置 7.連接桿 8.排水池圖1 靜電除塵器內部結構圖

1 靜電除塵器中重錘存在的問題

在靜電除塵器實際工作過程中,重錘表面長期受噴淋水周期性的沖刷作用，易出現腐蝕、突起變形，進而導致重錘直徑增大，并與重錘固定裝置貼合，導致重錘無法上下滑動，無法起到對放電線的拉緊作用，所以對靜電除塵器中重錘固定裝置進行防水方面的改進尤為重要。

2 重錘固定裝置結構優化設計

在原有重錘裝置基礎上，加裝一定角度傾斜的防水板，接觸部分使用具有伸縮性的防水橡膠圈，利用參數建立三維模型，為防水性能模擬仿真提供基礎。

用CFD軟件在我們進行流體分析計算時會使用到一個流質模型,流質模型是針對具體的研究目標對象進行了抽象化,保留了研究目標的主體,忽略了一些次要的因素。經由實地勘察學習得到具體的結構參數見表1[2]。

傳統重錘及固定裝置結構包括陰極線用扎頭連接下方的重錘，固定環一端通過安裝桿焊接在電除塵器主體上，一端是內徑比重錘直徑稍大的固定環。本優化設計方案是在原有基礎上加裝帶有橡膠套的擋水板(擋水板與水平面角度為20°)，一端橡膠套利用其伸縮性與重錘緊密配合，另一端開設一孔，可容許安裝桿通過，起到支撐作用。整體三維結構圖如圖2所示，部分連接細節由于對本文CFD模擬分析沒有影響，故沒有在三維模型中體現。

表1 模型結構參數

3 重錘及其固定裝置防水性能對比仿真模擬

3.1 重錘及其固定裝置防水性能仿真整體思路

用CFD軟件進行流體仿真驗證結構的合理性是現階段非常流行的手段。本文首先利用Ansys中的Mesh模塊進行網格劃分，然后仿真模擬得到對比的云圖和相質量表，最后進行結論分析[3]。

3.2 網格劃分及局部加密

用Mesh模塊進行網格劃分得到四面體網格，發現擋水板與橡膠套附近網格過于稀疏，而這部位對仿真結果影響很大，所以對其進行網格加密，網格單元尺寸由系統默認的3.75 mm減少到1 mm,網格單元數由原來的96 017個提升到了109 302個，大大增加了網格密度，如圖2所示。

圖2 網格劃分加密處理后效果圖

3.3 流量分布仿真圖形建立

利用CFD軟件對加裝帶橡膠套防水板前后重錘及固定裝置表面進行流體仿真，具體方案是以0.5 m/s的噴淋水從上而下流經重錘表面，由于環境溫度對流體流動影響不大，故設置環境溫度參數為290 K,重力加速度9.8 m/s2,模擬流體在其表面的流量分布情況，驗證防水性是否顯著提升。結果如圖3所示。

圖3 加裝防水板前后重錘表面流體流量分布圖

從圖3左圖中看出，在未加裝擋水板的情況下，重錘及固定裝置附近流量分布圖表明該區域在噴淋水向下沖擊時，有大量的液體滯留，而右圖加裝了防水板后，大量噴淋水順著擋板流下，此時幾乎沒有噴淋水在重錘上滯留，防水效果十分顯著，解決了重錘在噴淋水長期沖刷下受到侵蝕的問題，進一步提高了靜電除塵器的工作效率。

3.4 相質量分布圖表

根據上一步所得的仿真數據，利用軟件得出重錘及其固定裝置附近的流體相質量流量對比分布圖如圖4，其中橫坐標代表時間(單位s),縱坐標表示流體相質量流量(單位g/s)。

圖4 加裝防水板前后重錘表面相質量流量隨時間對比分布圖

選取了流量穩定的500～700 s的時間段制成了如圖4所示的流量隨時間的分布圖，左圖中可以看出，在未加上優化設計的擋水板前，重錘表面的流量很大，且從線條的變化不大可知，流體在重錘表面滯留時間長，而加裝擋水板后，流量分布較之之前要小很多，另外從右圖可以明顯看出流量隨時間變化波動很大，從可以得出流體在重錘表面無法穩定滯留，綜上加裝擋水板后防水性能顯著。

4 結 語

本文優化設計的具有防水性能的重錘固定裝置，通過與傳統固定裝置的對比，驗證了新型固定裝置的防水性能，很大程度上保護了重錘，延長了重錘的使用時間，進而進一步提高靜電除塵器的工作效率。擋水板與水平面成20°角已經取得了很好的防水性能，故沒有對擋水板的角度進行進一步對比分析，為今后研究預留了改良空間。與此同時這種新型的設計也對此裝置應用于其他需要重錘的領域提供了可能。