基于CFD的滤袋内侧磨损失效过程分析

针对某燃煤热电厂袋式除尘器滤袋破损和多次换袋检修失效现象,采用气固两相流数值模拟方法,对清灰气流含尘浓度过高导致滤袋破损失效的演变过程进行了分析,并结合现场调研和破损滤袋检测结果,明确了产生此类故障的原因。结果表明：喷吹总气量的22%为诱导气流,袋口上方的诱导气流速度接近7 m·s⁻¹,上箱体内悬浮颗粒甚至袋口周边沉积的粉尘将在清灰气流的诱导作用下进入滤袋,并逐渐积累;袋内灰柱表面的粉尘受清灰气流扰动在沉积层上方反复磨损滤袋内侧净气面,磨损位置与积灰高度相关,均位于积灰表面上方50 mm范围内。模拟分析结果与检测结果一致,上箱体花板和滤袋内部长期积灰是导致滤袋破损失效的根本原因。根据上述研究结果提出了有针对性的维修方案并经现场实施后,袋式除尘器运行2年时间内再未发生滤袋破损失效现象,且烟气净化系统出口颗粒物排放浓度低于当地环保排放限值10 mg·m⁻³。本研究结果可为判断滤袋健康状况及导致滤袋破损失效的直接原因提供参考。     

基于ASMM模型对不同袋长袋式除尘器气固两相流的模拟

为了提高袋式除尘器内部流场的均匀性,延长滤袋的使用寿命以及降低能耗,以某环保公司下进风袋式除尘器为几何模型,采用简化的欧拉模型-代数滑移混合模型(algebraic slip mixture model,ASMM)模拟了3种袋长分别为6、8和10 m的袋式除尘器处理粒径为1、2.5、5、10和20μm颗粒时其内的气固两相流动。对比分析了不同袋长除尘器内速度云图、颗粒相体积份额以及压力损失等,结果表明:随着滤袋长度的增加,除尘器内部流场的均匀性提高;袋式除尘器对5种不同粒径颗粒都具有一定的去除能力,滤袋长度为8 m时受到的二次扬尘影响较小;滤料及粉尘层厚度为2 mm时,袋式除尘器的压力损失随着滤袋长度的增加而增加,颗粒粒径对除尘器压力损失的影响较小;通过对比袋长为8 m时除尘器模拟压降与实验结果,验证了模拟结果的可靠性。因此,除尘器的最优袋长为8 m,模拟结果为袋式除尘器的设计和优化提供了理论依据。     

双层滤料颗粒床高温除尘器灰斗气固两相流场模拟分析

为了促进粉尘沉降,在双层滤料颗粒床高温除尘器灰斗处增加了一个抽气外循环并且在抽气口附近增设挡板,使用Fluent软件对除尘器的气固两相流场进行数值模拟,在抽气循环率为1/6情况下,分析不同挡板的布置方式时粉尘的沉降率。仿真结果表明：当挡板气流通道宽300 mm、高1 400 mm、层间距100 mm、层数6层时,可以大幅增加粉尘沉降率,与无挡板布置方式相比,粉尘粒径为1、25、50 μm的沉降率分别增加了27.15%、28.9%、35.19%。通过分析可知,挡板气流通道宽度、挡板高度和挡板层数的变化对于100 μm以下粒径的粉尘颗粒沉降效果影响较为明显。     

袋式除尘器内部流场的数值模拟

袋式除尘器内部气流分布不均会加剧滤袋磨损,降低除尘效率。采用计算流体动力学(CFD)数值模拟方法对除尘器内部流场进行研究,分析了气流的轨迹及其在各气室中的速度分布。发现原设计中气流分布不均匀的现象比较明显,提出了在进气通道内添加气流均布板的改进措施。结果表明:改进后,除尘器箱体内部气流分布较均匀,各滤袋气流分配系数的波动幅度减小,各气室综合流量不均幅值降低。研究结果为袋式除尘器的结构优化设计提供了理论依据。     

下进风内滤式袋式除尘器流场的模拟与优化

为优化袋式除尘器内部流场、提高除尘效率,以实验室规模的下进风内滤式袋式除尘器为原型,利用计算流体动力学(CFD)技术模拟其内流场并进行优化(将进口管改为渐扩型进口管、进口处增设多孔板、滤袋进口处增设3块导流挡板),再现颗粒相运动轨迹,采用均方根值法及流量分配系数法对流场均匀性校验。结果显示:优化后进口射流和灰斗处的涡流消失,内部流场均匀性得到改善,其均方根为0.095,颗粒相在滤袋中分布均匀。     

基于流固耦合的滤袋振动的数值模拟

滤袋是决定袋式除尘器除尘效率的关键元件,由于是柔性的悬挂结构,相邻的滤袋在气流作用下可能会发生相互碰撞,引起严重的破袋事故。针对该问题采用流固耦合方法,对袋式除尘器流场引起柔性滤袋的振动进行了数值模拟。分别以3个大小不同的进口风速模拟了滤袋的振动规律,得到了滤袋底部一点的位移图和轨迹图,结果表明,进口速度越大,滤袋的位移越大。所以有效地控制进口风速和提高内部气流速度的均匀性,可以减少滤袋的破袋事故,对节约更换滤袋的费用,有很大的经济效益。     

滤袋长度对袋式除尘器内流场影响的数值模拟研究

为提高袋式除尘器处理大烟气量中超细颗粒物的能力,确保袋室内气流尽可能均匀,以某环保公司的中试装置为模型,采用CFD(computational fluid dynamics)模拟6、8和10 m 3种袋长除尘器内的三维流动。运用标准k-ε双方程模型和SIMPLE算法,依据流量分配系数、速度云图和过滤阻力等分析流场内的速度和压力分布。结果表明,袋长为10 m的袋式除尘器流量分配系数更趋近于1.0;相同过滤速度下,速度相对标准偏差的数值6 m>8 m>10 m,滤袋长度为10 m时速度分布比较均匀;虽然10 m的除尘器产生的过滤阻力最大,但在低过滤速度条件下,优势明显。因此长袋除尘器适合在较低的过滤速度下运行。袋式除尘器的数值模拟为提高其处理能力和优化设计提供依据。     

高炉除尘灰细微颗粒物单/双预荷电强化滤袋过滤特性

传统袋式除尘器对于细微颗粒物的捕集效率不甚理想,在袋式除尘器入口前增加预荷电装置是一种切实可行的强化其过滤特性的技术手段。设计搭建线板式直流高压预荷电器,研究了不同正/负匹配电压及风速对于双极预荷电高炉除尘灰电凝并行为的影响规律,对比分析了滤袋对未荷电、单极负荷电以及双极荷电高炉除尘灰细微颗粒物 (PM _2.5) 的捕集效率与压差特性,得到了不同预荷电方式高炉除尘灰细微颗粒物在滤袋表面沉积的微观形貌结构。结果表明：随着过滤风速 (1.5~0.5 m·s⁻¹及匹配负电压 (−16~−12 kV) 的降低,双极荷电颗粒物凝并效率提高;高炉除尘灰细微颗粒物单/双预荷电均能提高滤袋的过滤效率;对于粒径＜0.5 μm颗粒,双极预荷电技术对滤袋捕集效率的强化效果好于单极预荷电技术;对粒径为0.5~2.5 μm颗粒,单极预荷电技术的强化效果超过了双极预荷电技术;颗粒物单/双预荷电技术还使得滤袋阻力增量值及其增长速率值降低,且单极预荷电技术对于阻力降低效果更为明显。本研究可为利用单/双预荷电技术提升传统袋式除尘器对高炉除尘灰中细微颗粒物的捕集脱除特性提供参考。     

响应面法优化袋式除尘器脉冲清灰性能

基于计算流体动力学的方法采用三维、可压缩、非稳态流动数学模型对袋式除尘器脉冲清灰过程进行了数值模拟,得到了滤袋内外压差,并与文献实验值进行了比较,验证了仿真模型的可靠性。基于响应面法研究了喷吹压力、喷吹高度、滤袋直径和滤袋长度对脉冲清灰性能的影响,得到这4个影响因子的二次多项式预测模型,并进行优化。结果表明,喷吹压力为0.3 MPa,喷吹高度为0.2 m,滤袋直径为0.16 m,滤袋长度为6 m时,内外压差峰值最优,优化结果与仿真模拟结果相差小于3%。研究结果为袋式除尘器脉冲清灰系统的设计与优化提供了重要参考。     

高温袋式除尘器金属滤袋脉冲喷吹清灰性能分析

为解决高温袋式除尘器在应用中因压缩空气温度偏低导致金属滤袋糊袋,以及因清灰参数选取不当导致滤袋残余阻力上升和除尘器运行阻力升高的问题,使用滤料微观模型分析过滤状态下颗粒在清洁金属和有机纤维层的穿透过程;并结合物理模型与数值模拟正交实验研究不同因素对不锈钢金属滤袋脉冲喷吹清灰过程的影响;以传统有机滤袋做对照,通过数值模拟实验研究在高温状况下脉冲喷吹清灰气流对金属滤袋袋口区域结露的影响。结果表明,在相同的颗粒粒径条件下,清洁金属滤料纤维的颗粒穿透量和穿透距离更大,拦截效应低于有机纤维滤料。滤袋清灰效果整体呈现上部>底部>中部的趋势,且金属滤袋清灰评价指标测试值整体低于传统有机滤袋;显著影响滤袋清灰的因素均为喷吹压力和喷吹孔径,金属滤袋最佳喷吹距离为200 mm,喷吹时间为100 ms。当脉冲喷吹气流温度为0 ℃时,滤袋袋口0.5~2 m处有结露风险,升高至50 ℃可有效防止工业窑炉烟气滤袋袋口区域结露现象的产生。该研究结果可为高温袋式除尘器金属滤袋的喷吹参数设计和结构优化提供参考。     

脉冲喷吹金属滤袋的压力分布影响因素分析

金属纤维滤袋可直接过滤高温烟气粉尘,解决高温烟气粉尘导致的环境、安全问题,对高温烟气的余热能源回收利用有非常重要的意义。目前,金属滤袋除尘器脉冲喷吹参数是依照传统纤维滤袋器设计的,存在着脉冲瞬时气流导致喷吹清灰失效问题。针对此问题,在脉冲喷吹实验平台上,通过改变喷吹压力、喷吹距离以及喷吹孔径,针对ϕ130 mm×2 000 mm的金属滤袋,利用压力数据采集系统测试喷吹压力0.2~0.6 MPa、喷吹孔径6~14 mm、喷吹距离50~250 mm时,金属滤袋距顶部80、200、600、1 000、1 400和1 800 mm 6个部位的侧壁压力峰值,以探求针对金属滤袋的脉冲喷吹的合理参数。结果表明：2 m金属滤袋的最佳脉冲喷吹孔径为8 mm,最佳喷吹距离为200 mm,最佳喷吹压力为0.5 MPa;此条件下的P1(80 mm)、P2(200 mm)、P3(600 mm)、P4(1 000 mm)、P5(1 400 mm)、P6(1 800 mm)的侧壁压力峰值分别为1 000、1 686、839、746、749和2 005 Pa。金属滤袋的侧壁压力峰值大小排列呈下>上>中的规律。随着喷吹孔径的增大,最优喷吹距离有逐渐减小的趋势。金属滤袋的中、下部(距滤袋口600~1 400 mm)清灰将是未来金属滤袋清灰的重点关注部位。上述研究结果可为金属滤袋的推广发展提供参考。     

基于数值模拟的电袋复合除尘器入口流速和管道结构优化

利用计算流体动力学(CFD)软件对电袋复合除尘器进行数值模拟,通过改变气流入口流速、调整电凝并区前水平管道长度和增设入口管道内导流板等方法进行优化。结果表明,气流入口流速对改善电袋复合除尘器的除尘效果影响不大,而入口管道增设导流板影响很大。当气流入口流速为18.00m/s、电凝并区前水平管道长度为0.50m、入口管道后一弯管处增设置3块导流板时,电凝并区入口断面、电除尘区入口断面气流分布均匀,相对均方根分别为0.17、0.14,涡流区域基本消失。     

大型电袋复合除尘器脉冲滤袋清灰

建立了大型脉冲喷吹实验系统,进行8 m滤袋长度、76 mm以上不同规格和型号的脉冲阀、未使用的干净滤袋和使用过带粉尘滤袋的喷吹性能实验研究,测试喷吹管上的压力峰值、滤袋上的加速度和压力峰值。实验结果表明,喷吹管上高速回流气流产生二次压力峰值。测试结果也证明,带粉尘的滤袋由于其透气性的降低与干净滤袋相比,其最小压力峰值较大,且随着滤料透气性的降低整条滤袋的压力峰值变化值变小,同时滤袋的透气性与工程使用时间成反比,但不同的烟气工况由于粉尘特性造成滤袋的透气性不同。实验也表明,为保证单个脉冲阀能有效地喷吹滤袋应根据最小压力峰值进行滤袋数量的限制和脉冲阀规格的选取。     

粉尘双极荷电对滤料电荷累积抑制作用

为解决单极性电袋复合除尘器因滤料电荷积累导致清灰难和反电晕烧袋问题,将线管式双极荷电器引用到电袋复合除尘技术中。基于电晕电流最大化方法进行荷电器的电极结构优化实验。当电晕极采用RS芒刺线、管电极采用不锈钢管时,荷电器的较优极配为管电极直径25 mm、管间距120 mm、电晕线到管电极的异极距80 mm。在荷电器和导电纤维滤料组装成的静电增强纤维过滤装置上,分别进行粉尘单极荷电和非对称双极荷电情况下滤料电荷积累量的对比实验。实验粉尘采用中位径3.5 μm硅微粉。在过滤风速为0.17 m·s-1、平均电场强度2.5～3.0 kV·cm-1的实验条件下,当气流含尘浓度为700 mg·m-3时,双极荷电粉尘在滤料上累积电荷产生的电流值比单极荷电粉尘滤料上累积电荷产生的电流值低约25%,表明双极荷电对滤袋电荷积累有明显的抑制作用。     

新型电袋复合除尘器性能研究

为了提高布袋除尘器对细微粒子的捕集效率,同时降低压力损失,提出了一种新型的电袋复合除尘器,并利用这种新型的除尘器对2 500目的超细滑石粉进行了实验研究。通过普通布袋过滤、电袋复合过滤的对比实验研究,得到了电场强度、气布比、压损、清灰周期和除尘效率等参数的变化规律。实验结果表明,使用新型的复合除尘器过滤粉尘时,粉尘在进入袋室之前就被荷电,通过在滤料表面施加较强的静电场,使得被处理粉尘在滤料的表面有序堆积和排列,能有效地降低压力损失,提高过滤风速,除尘效率均达到97%以上。Vf=3.5 m/min,U=12.3 kV时,新型复合除尘器与普通布袋过滤相比压力损失降低了90 Pa;PM2.5的捕集效率提高了5.9%;清灰周期从10 min延长至36 min。     

电袋复合除尘器阻力特性研究

利用电袋复合除尘器试验平台,探讨了清洁滤料过滤阻力特性、电场与过滤风速对过滤阻力的影响及本体阻力与测试风量的关系。结果表明:清洁滤料过滤阻力与过滤风速成线性关系,滤料阻力系数为5.39×10~7 m~(-1);无电场作用下,过滤阻力增长率为2.31Pa/min;而65kV电场作用下,过滤阻力增长率仅为0.63Pa/min,主要因为在电场作用下,颗粒层渗透率增大,且荷电粉尘在滤料表面排列疏松,空隙较多,过滤阻力增加慢,可以有效延长喷吹时间,减少喷吹过程对滤袋的冲刷;过滤阻力增长率随过滤风速的增加而增加,过滤风速由0.65m/min增加到0.97m/min,过滤阻力增长率由0.13Pa/min增加到0.63Pa/min;电袋复合除尘器本体阻力(ΔP,Pa)和测试风量(Q,m~3/s)的拟合方程为ΔP=72.15Q~2+25.07Q。     

新型错位板对静电除尘器流场影响的数值模拟

为降低现有除尘器的改造成本,提高微细粉尘的收集效率,在现有除尘器的基础上,对阳极板排布方式进行调整,设计错位排布方式,最大化地利用原有除尘器的资源,以最小的改造成本,达到较满意的除尘效果。利用目前应用广泛的FLUENT仿真软件进行数值模拟,观察分析了其电势分布和气流分布。数值模拟结果表明：当主流风速小于0.5 m·s⁻¹时,离子风对流场的影响较大;当主流风速达到0.8 m·s⁻¹以上,主流风成为影响空间流场分布的主要因素,离子风的影响被削弱,但此时的离子风团仍会促进气流流入错位极板背部达到收集目的。错位板间隙设计可以削弱离子风对阳极板的冲刷作用,证明了错位板排布有利于改善离子风对粉尘收集的负面影响,有效提高对微细粉尘的收集效率。数值模拟的结果对静电除尘器的设计与改进有一定的参考意义。     

新型干式微孔过滤除尘器的实验研究

采用陶瓷质微孔管代替传统的纤维滤料,研制开发出一种新型干式微孔过滤除尘器.介绍了该除尘器组成、特点、结构和陶瓷微孔管过滤原理.实验发现,在入口粉尘浓度范围1 000～3 000 mg/m<'3>,过滤速度1.0～1.5 m/min时,该过滤除尘器具有较高的除尘效率,在实验最大过滤速度2.02 m/min条件下,压力损失为926 Pa,能耗较小.与传统的袋式除尘器相比,该除尘器具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、使用寿命长和除尘效率高等优点.     

滤料负载粉尘层对气态汞脱除性能的实验研究

通过不同性能纤维滤料负载燃煤飞灰粉尘层,来模拟袋式除尘器滤袋表面粉尘附着层,进而研究袋滤器用不同性能纤维滤料和粉尘附着层对燃煤烟气中Hg0的联合脱除性能。在固定床实验系统上分别进行了不同纤维滤料和燃煤飞灰粉尘层,以及经实验优选得到的华博特滤料负载燃煤飞灰粉尘层脱除燃煤烟气中Hg0的实验研究。结果表明,燃煤飞灰粉尘层和华博特滤料对Hg0分别有一定的脱除作用,脱除效率可达35%和42.5%,它们对Hg0的脱除是物理吸附和化学吸附共同作用的结果;同时,华博特滤料负载燃煤飞灰粉尘层对Hg0的联合脱除效率受到吸附反应温度、入口汞浓度和烟气停留时间等因素的影响,最佳脱汞率可达64.4%;吸附反应温度越高,脱除效率越低;烟气停留时间越大,脱除效率越高;入口汞浓度的提高并不一定提高华博特滤料负载飞灰粉尘层的脱汞效果。     

侧进气卧式滤筒除尘器结构改进的数值模拟

采用数值模拟方法研究了常规的侧进气卧式滤筒除尘器(A)内部流场紊乱情况。为优化除尘器气流组织,添加了导流板与3种在y方向投影面积相同的不同类型挡板。其中,挡板α为矩形,挡板β夹角呈140°,挡板γ夹角呈140°且为分离式,分别对应除尘器(B)、除尘器(C)、除尘器(D)。数值模拟结果表明：在优化后的除尘器中,入口风速为10 m·s⁻¹的情况下,安装分离式挡板γ的除尘器(D)内部气流组织最均匀,压降损失最小,滤筒间隙风速降至3.40 m·s⁻¹,滤筒表面风速约为1.13~2.26 m·s⁻¹,综合流量不均幅值为7.7%。本模拟研究结果可为卧式滤筒除尘器的结构优化提供参考。