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下进气式袋式除尘器内部流场的模拟 ＊ 高广德 张彦婷 三峡大学环保设备研究所, 湖北 宜昌 443002 摘要 利用FLUENT6. 3 软件分别对下进气方式下的直管式和四棱台式两种不同进口结构的袋式除尘器内部流场进 行模拟, 根据数值模拟的结果, 对其进行各自内部流场均匀性的分析研究, 在此基础上对两种不同进口结构的袋式除 尘器内部流场的性质进行比较, 模拟结果对袋式除尘器的设计有一定的参考价值。 关键词 袋式除尘器 数值模拟 流场 ＊湖北省教育厅自然科学基金项目 J200713002 。 0 引言 袋式除尘器是一种采用滤料对含尘气体中的固 体颗粒进行过滤分离的高效除尘设备, 袋式除尘器的 形式 、 种类多种多样 ,按照进口方式可分为下进气式、 上进气式和侧进气式 3 种 [ 1] ,由于下进气式结构相对 简单 ,造价也较低,在目前是一种经常被采用的方式, 但是气 流 分布 不 均 匀是 它 的主 要 缺 陷。 利 用 FLUENT 软件对下进气式直管式和四棱台式两种结 构的除尘器内部的流场均匀性进行了数值模拟分析。 1 物理模型和数值计算方法 1. 1 除尘器袋室结构 研究的袋式除尘器为外滤式, 袋室结构分为上箱 体、 中箱体和下箱体 3 部分 。其中上箱体为净气箱, 长方体形 ,2 100 mm 900 mm 500 mm; 中箱体即除 尘箱是长方形体, 2 100 mm 900 mm 2 500 mm , 下 箱体灰斗为倒四棱台形, 高650 mm, 底面600 mm 400 mm 。直管进气式袋式除尘器进气管位于灰斗侧 部中心偏上位置 ,距底面400 mm, 进口尺寸300 mm 300 mm ; 四棱台进气式袋式除尘器进气管顶部尺寸 为300 mm 300 mm, 底部尺寸450 mm 450 mm 。中 箱体共设置4 排滤袋, 每排 10 列, 滤袋为圆柱形, 直 径为 150 mm , 长 度 2 500 mm , 间 距 为 200 mm 200 mm ,吊装在上箱体底部支撑花板上 , 滤袋出口为 净气箱,净气箱经排风管与引风装置相连。排风管位 于净气箱侧端, 排气口尺寸为400 mm 400 mm。 1. 2 模型的建立及网格的生成 袋式除尘器结构呈对称形式, 所以只取袋室的一 半建立模型 ,既不影响模拟结果, 也可以占用比较少 的计算机内存。两种不同进口结构的袋式除尘器在 滤袋 、 中箱体、 净气箱 、 排气管部分均采用非结构化网 格,灰斗和四棱台式进气管由于形状的不规则, 采用 了混合网格。建立的结构模型图和网格划分如图 1 和图 2。 图1 结构模型图 图2 网格图 1. 3 数值计算方法和边界条件 流场模拟采用标准 k- ε 紊流模型 [ 2] , SIMPLE 算 法求解。进气口取速度边界条件,气流以水平方向入 射,过滤速度 Vg取 1. 5m/min。滤袋出口取压力边界 条件 ,静压值取为0 Pa。对称面取对称边界条件。固 体壁面为静止壁面, 取为无滑移壁面条件 。对于滤袋 这种薄膜介质取多孔介质跳跃 porous jump 边界条 件 [ 3] ,它主要是用于模拟速度和压降特性均为已知的 58 环 境 工 程 2008年 10 月第 26卷第 5 期 薄膜 ,实际上是内部单元区域中使用的多孔介质模型 的一维简化 ,但比完整的多孔介质模型更加可靠、更 容易收敛 [ 4] 。滤袋出口取穿透边界条件。 2 计算结果及分析 为了防止大颗粒粉尘对滤袋造成破坏,在袋式除 尘器的入口会采取一些大颗粒物的预分离措施, 这些 大颗粒物经过预分离后会落入灰斗,基本不会进入袋 室空间,所以进入袋室空间是一些微小的颗粒, 其流动 性很好,故把含微小颗粒的含尘气体看作均匀介质,作 为单相流处理 。为了能更清楚地看到袋室内气流的均 匀性,定义流量分配系数这个概念。滤袋的流量分配 系数可表示为每个滤袋实际处理气体流量与平均处理 气体流量的比值,记作 Ki,可用式 1 表示。 [ 5] KiQi/Qmean 1 式中 Qi 单个滤袋的实际处理气体量,m 3 s; Qmean 滤袋的平均处理气体量,m 3 s。 为了方便后面的叙述 , 对物理模型的 20 个滤袋 进行编号, 在半个计算区域内靠近对称面的称为内 排,靠近箱体壁的称为外排 ,每一排靠近进气口端为 第 1 列, 从进气 口端开始 依次编号为 1 ～ 10 和 11～ 20。 图3 ～ 图 6 分别是对直管式进气口和四棱台式 进气口的两种不同进口结构的袋式除尘器进行模拟 的气流状况 ,图 3 和图 5 是入口气流的流线分布图。 图4 和图 6 是两种不同进气口结构的滤袋气流分配 系数曲线图。 图 3 直管式入口气流流线图 图 4 直管式流量分配系数曲线 图 5 四棱台式入口气流流线图 图 6 四棱台式流量分配系数曲线 2. 1 直管式进口下的模拟结果 从图 3 模拟结果显示, 气流以较大的速度进入除 尘器的灰斗部分 ,存在明显的射流作用 , 气流进入灰 斗后冲击到箱体中后端部分, 并且在灰斗中部产生了 一个很大的旋涡 ,滤袋底部气流速度很大 ,对滤袋底 部造成很大的冲击, 容易使滤袋底部提前破损 。在中 箱体部分滤袋之间的间隙速度在2 m s以下, 基本上 可以满足袋式除尘器过滤速度的要求。在滤袋内 ,气 流向上流动过程中, 因过滤面积的增大, 流量增大 ,速 度逐渐增大 ,通过滤袋出口进入净气箱。到达净气箱 后,气流迅速向出口处汇流 ,在出口的中心达到最大 速度 ,净气箱远出口端为速度最小区域。该进气口结 构的袋式除尘器的压力损失约为700 Pa。 从流量分配系数曲线图 4可见, 外排滤袋的处理 流量大于内排滤袋, 原因是除尘器中箱体壁阻挡反射 的结果。从滤袋前后端来看, 前端部分滤袋的气流分 配系数Ki都比较小 ,基本在 1. 0 以下或 1. 0 左右 ,从 6 号后 ,Ki逐渐增大, 特别是 10 号滤袋的 Ki, 达到最 大; 总体上 ,呈现前端气流分配偏小 ,后端过大的分布 状态 。 2. 2 四棱台式进口下的模拟结果 图5 模拟结果显示 ,四棱台式入口由于在进入除 尘器袋室前的截面面积增大, 使得气流进入灰斗时速 度减小 ,气流的入射现象有明显的改善 , 滤袋底部的 速度减小, 降低对滤袋的冲击, 从而使滤袋底部的磨 损程度降低 ,延长滤袋的使用寿命。 下转第 97 页 59 环 境 工 程 2008年 10 月第 26卷第 5 期 甲酸酯农药残留量较少, 只检测出仲丁威、 乐果、 丁草 胺3 种 ,其他属于未检出或小于此法的检出限量。表 明此处环境质量较好 。 表 3 章江及贡江底泥中农药残留分析结果mg kg 农药章1章 2章 3章 4章 5贡 1贡 2贡 3贡 4贡 5 仲丁威 0 . 016 0 . 020 0. 018 0. 031 0. 023 0. 042 0. 035 0. 028 0. 041 0. 030 乐 果 0 . 042 0 . 031 0. 023 0. 041 0. 038 丁草胺 0 . 010 0 . 028 0. 021 0. 026 0. 017 0. 032 0. 020 0. 018 0. 010 3 结论 本研究以丙酮 -石油醚 3∶ 1 为提取剂 ,采用超 声波提取底泥中农药残留 , 经弗罗里硅土层析柱净 化,建立了底泥中有机磷及氨基甲酸酯农药同时检测 新方法 ,并应用于章江及贡江底泥分析 , 取得了较好 效果 ,为今后进一步评判章江及贡江污染情况提供了 有效手段 。 参考文献 [ 1] Goncalves C, Alpendurada M F. Assessment of pesticide contamination in soil sample from an intensive horticulture area using jultrasonic extraction and gas chromatography-mass spectrometry . Talanta, 2005, 65 5 1179 -1189 [ 2] 金芳澄. 渗滤法快速提取土壤有机磷农药. 环境监测管理与技 术, 1999,11 2 36 -37 [ 3] 贾立华, 刘永波, 李东芹, 等. 气相色谱-质谱法对土壤中多种农 药残留的测定方法. 山东化工, 2003, 32 6 39 -32 [ 4] Belmonte Vega A , Garrido Frenich A , Mart ynez, et al. Monitoring of pesticides in agriculture water and soil samples from Andalusia by liquid chromatography coupled to mass spectrometry . Analytica Chimica Acta, 2005,538 117-127 [ 5] ElisabetBorjesson,LennartTorstensson. Newsfor determination of glyphosate and aminomethyphosphonic acid inwater and soil. Journal of Chromatography A, 2000, 886 1-2 207 -216 [ 6] Mohammad Bazoobandi, Yaduraju N T, Gita Kulshresftha . Analysis of flufenacet in soil, wheat grain and straw by gas chromatography. 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Journal of Chromatography A, 2004, 1038 1 -2 37-42 作者通信处 赵凤英 341000 江西赣州市红旗大道 27 号 江西应 用技术职业学院应用化学系 电话 0797 8264749 E -mail fengying2599sina. com 2007- 12-21 收稿 上接第 59页 比较两种不同进气口结构的流量分配系数曲线 图可以看出,四棱台式进气口除尘器的流量分配曲线 变得比较平滑, 说明无论是外排滤袋和内排滤袋, 还 是前后端的滤袋比较 ,每个滤袋的处理气流量比直管 式进气口有了改善 ,特别是后端的第 9 列和第 10 列 滤袋 ,处理气流量比直管式有明显的减少。该进气口 式的除尘器的压力损失约为640 Pa ,比前一种模型的 压力损失有所降低。 3 结论 1 四棱台式进气口的袋式除尘器比直管式的射 流现象减轻 ,从而减小了对滤袋底部的冲击 ,延长了 滤袋的使用寿命 。 2 四棱台式进气口的袋式除尘器滤袋处理气体 流量相对直管式较平均 , 其内部的气流分布比较 均匀 。 3 压力损失的降低是在设计除尘器时需要考虑 的问题之一,四棱台式进气口的袋式除尘器比直管式 的压力损失也有所降低。 因此, 通过改变袋式除尘器的进口结构 ,可以改 变其内部的气流分布状况 ,把直管式进气口改为四棱 台式, 就使得袋式除尘器内的气流分布状况得到改 善。用数值模拟的方法即可以达到预期效果 ,比实验 的方法节省大量的财力 、 物力 、 人力 ,缩短研发周期, 其模拟结果可以对袋式除尘器的设计起到一定的参 考作用。 参考文献 [ 1] 嵇敬文. 除尘器. 北京 中国建筑工业出版社, 1981 300 -301 [ 2] Launder B E. Spalding D B.Lectures in mathematical models of turbulence . London Academic Press, 1972 [ 3] 胡满银, 赵毅, 刘忠. 除尘技术. 北京 化学工业出版社, 2006 153 [ 4] 王福军. 计算流体动力学分析 CFD 软件原理与应用. 北 京 清华大学出版社, 2004 212 [ 5] 韩占忠, 王敬, 兰小平. FLUENT 流体工程仿真计算实例与应 用. 北京 北京理工大学出版社, 2004 作者通信处 高广德 443002 湖北宜昌 三峡大学机械与材料学 院环保设备研究所 E -mail gaoguangdectgu. edu. cn 2007- 12-26 收稿 97 环 境 工 程 2008年 10 月第 26卷第 5 期 Abstract It is introduced statusof mercury emissionsfrom coal -fired power plants, discussed the mercury speciation in flue gas and the main impact factors influencing its speciation. It is also presented progressin mercury control technologies for coal -fired power plants. The characteris - tics and purification efficiency of all the technologies for mercury removal are compared. Finally, it is discussed the tendency of mercury control technologies and proposed the research direction that suits the situation of our country. Keywords coal-fired flue gas mercury speciation influential factors mercury control technologies of the flue gas THE DESIGNOF FULL -AUTOMATIC REGENERATIVE DEVICE OF EXPANDED POLYSTYRENE EPS AND ITS CONTROLLin Weijian Yin Sumin Chen Bin 51 Abstract According to the characteristics of EPS and the requirements of regeneration technique, a full -automatic regenerator was de - signed, by which the foamed refuses could be converted to polystyrene granulaswith a small volume and high density. The process flow of crush - ing, thawing, cooling and granula -cutting was used for the device. According to automatic demands, a self-controlling system was also developed using PLC and touchable technology . Its automation was realize after actual debugging, whose productivity was up to 50～ 80 kg h with product meeting requirements. Keywords EPS regnerative device PLC THE STUDY ON SIMULATIONMATHEMATICAL MODEL OF ELECTROSTATIC PRECIPITATOR - BAG DUST REMOVER IN POWER PLANTHu Manyin Zhang Ruiying 54 Abstract Taking a 300MW electric precipitator andthe cloth sack dust remover system as the object of study, through researching mecha - nism of system, a series of corresponding mathematic simulationmodelswere established , including flue -gasparameter mode, the electric precipi- tator local design parameter model, electric precipitator perance parameter model, the bag dust remover local design parameter model, the bag dust remover perance parameter model and that of total dedusting efficiency of the precipitator -bag dust remover etc. Based on the simulation models, the simulation software was designed and developed.The references for the system running, system maintenance and personnel training can be provided. Keywords electrostatic precipitator -bag dust remover mathematical model simulation THE NUMERICAL STUDY ON THE CHARACTERISTICS OF INSIDE FLOW FIELD OF A DOWN AIR INLET BAG FILTERGao Guangde Zhang Yanting 58 Abstract The FLUENT6. 3 software isused to simulate the inside flow fieldof the two down air inlets bag filters, i. e. straight tube inlet and quadrangular inlet.It is analyzed the characteristics of the inside field of two kinds of bag filters based on the result of numerical simulation. On the basis of which, it is compared the field property of the two kinds of bag filters, and the simulation resultmay be a reference for the design of a bag -type collector. Keywords bag filter numerical simulation flow field A NEW DUST REMOVAL TO REMOVE DUST FROM SUB-PACKAGING AND PAC - KAGING OF DRUGSChai Yusheng Zhang Qi Zhang Heng et al 60 Abstract In order to remove dust contamination during pharmaceutical production, sub-packaging and packaging, a set of automatic de - dusters were developed. It could control completely the direction of dust flow and collect them in the fixed places.By which a separation of dust from people was realized. Keywords automatic cabinet of dust removal purification of air circulation gravimetric determination of inhalable particulate concentration DESIGN OF WATER SYSTEM BALANCE OF IRON AND STEEL INDUSTRY Hui Kegang Wang Ling Meng Yanxiao 62 Abstract It is described that the center, emphasis and core problems of water -saving and pollutant reduction of iron and steel industry at present, as well as major contents and requirements of the design of water system balance of iron and steel enterprises. It is pointed out that mak - ing a good job in quantity balance ofwater, temperature balance and suspended solid balance is the best choice to realize water -saving and pollut - ant reduction of iron and steel enterprises. Keywords iron and steel industry balance of water system design and research DISCUSSION ON APERTURE -VARIED OPENING OF PERFORATED DISTRIBUTING WATER PIPEYang Haitao Wan Yanhua Wang Zhifang et al 65 Abstract Aiming atthe problem of the uneven distributing water and the higher energy consumption on the perforatedpipe distributing water at present, it is analysed the feasibility of aperture -varied opening of perforated distributing water pipe on the basis of sharp -edge orifice outflow principle, and deduced the ula of hydraulic calculation of aperture -varied opening orifice.Considering the actual problems in engi- neering application, it is also put forward the calculation of segment-equidistant aperture -varied opening on perforated pipe. A set of new schemes for the application of perforated pipe in practical project are proposed. Keywords aperture -varied perforated pipe hydraulic calculation segmental opening 4 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 26, No. 5,October, 2008