袋式除尘器进气均布板结构参数对气流分布的影响分析.pdf

袋式除尘器进气均布板结构参数对 气流分布的影响分析 * 张相亮 1 沈恒根 1 周睿 1 梁珍 1 许金生 2 徐强 2 葛伟浩 2 1． 东华大学环境科学与工程学院， 上海 201620;2． 海宁洁宇环保设备有限公司， 浙江 海宁 314405 摘要 针对袋式除尘器的进气均布板主要结构参数对气流分布影响的问题， 采用正交试验方法进行 CFD 模拟试验设 计， 并以气流速度相对均方根 σ 值作为气流均匀性的评价指标。研究结果给出了 σ 与板数 n、 板长 L、 挡板上端距灰 斗顶部截面高度 ΔH、 挡板前后偏角 θ 及过滤风速 v 之间的函数关系式。表明适当增加 n、 增大 ΔH 和 θ、 减小 L、 降低 v， 可以提高进气流分布均匀程度， 影响进气均匀分布程度的排序为 L ＞ θ ＞ n ＞ ΔH ＞ ΔL。 关键词 袋式除尘器;进气气流;进气均布板;结构参数 ANALYSIS OF THE STRUCTURAL PARAMETERS OF INTAKE UNI BOARD IMPACTING ON THE AIRFLOW DISTRIBUTION IN THE BAG FILTER Zhang Xiangliang1Shen Henggen1Zhou Rui1Liang Zhen1Xu Jinsheng2Xu Qiang2Ge Weihao2 1． College of Environmental Science and Engineering， Donghua University， Shanghai 201620， China; 2． Haining Jieyu Environmental Protection Equipment Co． ，Ltd，Haining 314405， China AbstractCFD was used to simulate and understand the main structural parameters of intake uni board from orthogonal tests，which had influenced the airflow distribution in bag filter and uated by the relative root mean square σ of airflow velocity． The functions were deduced from the results of parameters，including the number of boards n，board length L，the increasing length from the bottom of baffle ΔL，the height from the top of the board to bottom of the board ΔH and the angle θ， and airflow velocity v． Increased n，ΔH， θ and reduced L or v properly would help to improve the uni distribution of airflow． The impact factors on airflow uniity was L ＞ θ ＞ n ＞ ΔH ＞ ΔL． Keywordsbag filter ; intake airflow;structural parameters;intake uni board * 浙 江 省 科 技 计 划 项 目 2011D60SA30139 ; 海 宁 市 科 技 计 划 项 目 2010208 。 0引言 袋式除尘器进气分布均匀程度是保障袋式除尘 器能够长期稳定运行的关键技术。进气分布不均会 造成粉尘负荷分布不均， 进而造成设备阻力上升、 清 灰频繁及气流冲刷袋底等后果， 影响滤袋使用寿命。 进气均布板是通常用于改善进气均匀性的有效措施 之一。 已有的进气均布板研究主要集中在是否需要安 装进气均布板 ［1- 2］、 安装前后效果比较［3- 4］、 对不同均 布板结构优缺点的比较和选用上 ［5- 6］。本文重点研究 进气均布板结构参数对气流分布的影响。 1进气分布均匀性分析模型 1. 1物理模型 图 1 为带有进气均布板的袋式除尘器单元。烟 气由入口 1 进入 N 形烟道 2， 经灰斗 3 及进气均布板 4 进入除尘空间， 经滤袋 5 过滤净化进入净气上箱体 7， 由出口 8 排出。 除 尘 器 箱 体 长 宽 高 为 6 050 mm 4 050 mm 8 300 mm; 灰斗高为2 600 mm， 灰斗角度 为 60。 入 口 渐 扩 管 截 面 尺 寸 为 2 400 mm 1 200 mm 前 /2 860 mm 1 600 mm 后 ， N 形烟道 截面尺寸为4 050 mm 1 000 mm， 排气出口为两个 1 000 mm 圆 管。 除 尘 器 内 挂 有 24 18条 130 mm 6 000 mm的滤袋。 67 环境工程 2012 年 8 月第 30 卷第 4 期 1 － 入口;2 － N 形烟道;3 － 灰斗;4 － 进气均布板; 5 － 滤袋;6 － 沸腾床;7 － 上箱体;8 － 出口 图 1袋式除尘器物理模型 1. 2数学模型 1. 2. 1流场数学模型 本文研究是以空气流来分析气流在袋式除尘器 内部运动， 设为等温不可压缩、 定常流动。气相流动 采用标准 κ-ε 紊流模型 ［7- 8］， κ 方程为  t ρk  x i ρkui  x [ j μ μt σ k k x ] j Gk Gb－ ρε － YM Sk 1 ε 方程为  t ρε  x i ρεui  x j u ut σ ε ε  [] x C 1ε ε k Ck C 3ε Cb－ C 2ε ρ ε 2 k Sε 2 式中 Gk是由于平均速度梯度引起的湍动能 κ 的产 生项; Gb是由浮力而产生的湍流动能 κ 的产生项; Y M 是由于在可压缩湍流中脉动扩张的贡献; C 1ε 、 C 2ε 、 C 3ε 是常量; σk 、 σ ε是湍动能 κ 和耗散率 ε 对应的 Prandtl 数; Sk和 Sε是用户定义的源项。 计算模型采用 SIMPLE 算法 求解压力耦合方程 组的半隐式方法 求解。 1. 2. 2滤袋数学模型 滤袋数学模型选用多孔跳跃介质模型。该模型 是多孔介质的一维模型， 具有良好的鲁棒性和收敛 性。对于滤料的压力变化可定义为 Darcy 定律和附 加内部损失项的结合 ［9］ ΔP μ α v c2 1 2 ρv 2 Δm 3 式中 ΔP 为压力损失， Pa; μ 为流体动力黏性系数， Pa s; α 为渗透率， m2; C2为阻力系数; v 是垂直于过 滤介质表面的速度分量， m/s; Δm 为滤料厚度， m。 袋式除尘器设计过滤风速在 1. 0 m/min 左右时， 压力损失主要为黏性阻力， 可以忽略其他阻力项。 1. 3边界条件及初始条件 气 流 参 数 选 取 空 气，温 度 20℃ ，密 度 1. 205 kg/m3， 动力黏度 1. 810 10 － 5Pa s。 采用速度入口边界条件， 假定进风口速度均匀， 气流方向垂直于进口端面， 速度值按正交试验每组工 况确定， 具体见表 2; 出口设为压力出口， 假设来流已 充分发展， 则表压为 0。 滤袋 渗 透 率 α 参 照 王 以 飞 研 究 ［10］ 按 1. 0 10 － 11m2选取， 滤袋厚度一般为 2. 0 ～ 3． 0 mm， 选取 3. 0 mm。 2参数试验方法设计 进气均匀性影响因素包括均布板的结构参数较 多， 本文采用可减少次数的正交试验法进行参数试验 方法设计。参照已采用的进气均匀板的“八” 字形、 阶梯形和斜向导流板结构 ［11］， 设计的灰斗内进气均 布板如图 2 所示。 a － 立面; b － 平面 图 2进气均布板布置示意 2. 1因素水平的确定 选取因素为进气均布板主要结构参数， 包括挡板 数量 n， 挡板长度 L， 挡板前后偏角 θ， 挡板下部递增 长度 ΔL 以及挡板上部距灰斗平面高度 ΔH。考虑到 灰斗的结构和尺寸， 每个因素都取 3 水平。除尘器运 行参数选取过滤风速 v， 并以1. 0 m/min为基准， 上下 各取一速度， 共 3 水平， 因素水平表见表 1。 2. 2正交试验表的选取 在不考虑因素的交互作用的情况下， 本文选取七 77 环境工程 2012 年 8 月第 30 卷第 4 期 因素三水平正交试验表 L18 37 ， 得到 18 种试验工 况， 具体工况设计参数值见表 3， 每一种工况的入口 风速值见表 2。正交试验表中， 除所取 6 因素外， 还 需设置空白列， 用来反映试验误差， 并以此作为衡量 试验因素产生的效应是否可靠的标志。 表 1因素水平表 水平 因素 ABCDEF 板数板长板下递增板上递减角度过滤风速 nL/ΔL/ΔH / θ/ v/ mmmmmm m min － 1 1250000－ 150. 7 23750757501. 0 341 000150150151. 3 表 2入口风速值表 试验 序数 入口风速 / m s － 1 试验 序数 入口风速 / m s － 1 试验 14. 29 试验 104. 29 试验 27. 96 试验 116. 13 试验 37. 96 试验 126. 13 试验 47. 96 试验 137. 96 试验 54. 26 试验 144. 29 试验 66. 13 试验 156. 13 试验 76. 13 试验 167. 96 试验 84. 29 试验 174. 29 试验 97. 96 试验 186. 13 2. 3模型测点布置 模型测点见图 3 中 A-E 共 5 排测点， 布置在灰斗 平面以上 600 mm 处的平面上， 处在除尘器的灰斗上 部截面与滤袋袋底截面之间的区域， 用该区域气流均 匀程度表示气流是否均匀进入袋区。除尘器结构呈 对称分布， 所以取除尘器箱体的一半进行测取速度 值。在除尘器数值模型里， 由壁面向中间取 5 排， 每 排测点分为 25 个小正方形平面， 取每个正方形的平 均速度作为该处的风速。 2. 4气流分布均匀性指标 采用相对均方根 σ ［12］进行气流分布均匀性表 征， 计算公式为 σ 1 nΣ n i 1 Vi－珔V 珔 [] 槡 V 4 式中 σ 为相对气流速度均方根值， 值越大表示气流 速度分布越不均匀; Vi为测点上的流速， m/s;珔V 为断 图 3模拟与试验测点分布 面上的平均流速， m/s; n 为断面上的测点数量。 3模型的试验台 与模型研究配用的原形袋式除尘器试验台见 图 4， 按模型初始条件设定测试条件。 图 4试验台外观 试验台中布置的测点见图 3 中 F 和 G 两排， 同 样是在灰斗平面以上 600 mm 处平面上。 采用测试仪器为 TSI 9555-P 型风速压力检测仪。 每点采集 20 次的速度值取均值， 每个测点测量 3 次 再取均值作为测试结果。 4结果与讨论 4. 1计算与测试结果对比 将模型计算结果与试验台测试结果进行对比来 验证模型计算的有效性， 数据经无因次化处理后的结 果见图 5。可以看出， 计算与试验得到的截面风速分 布受进气均布板影响变化规律一致。两者速度峰值 位置有一定偏差， 数值误差大小在 15 以内。 4. 2正交试验结果分析 采用模型对不同结构参数变化形成的不同进气 均匀板进行模拟计算， 得到的正交试验结果见表 3。 通过方差分析方法对试验结果进行处理， 得到的分析 结果见表 4。 由表 4 的方差分析结果可以清晰地确定进气均 布板相关设计参数对气流分布均匀性的影响大小。 87 环境工程 2012 年 8 月第 30 卷第 4 期 图 5模拟结果与试验数据的对比 由结果可知 B、 E、 A 的显著值 Sig． 分别为 0. 000、 0. 001 和 0. 008 P ＜ 0. 01 ， 有极显著影响; D 和 F 的 显著值分别为 0. 013 和 0. 036 P ＜ 0. 05 ， 有显著性 影响; C 的显著值为 0. 065 P ＞ 0. 05 ， 无统计学意 义。说明板数 n、 板长 L、 挡板上部距灰斗平面高度 ΔH、 挡板前后偏角 θ 和过滤风速 v 对气流均布影响 明显， 挡板下部递增长度 ΔL 的影响不明显， 且影响 次序依次为 B ＞ E ＞ A ＞ D ＞ F ＞ C 即 L ＞ v ＞ θ ＞ n ＞ ΔH ＞ ΔL 。 表 3正交试验结果 试验 序号 A 板数 B 板长 C 板下 递增 D 板上 递减 E 角度 F 过滤 风速 G 空白 列 结果 133322111. 65 213333321. 61 332123311. 47 411321331. 02 511111110. 97 631312221. 26 712222231. 22 812132121. 22 932211321. 32 1021223121. 19 1122331211. 20 1213213211. 57 1323112331. 67 1433231131. 43 1523121221. 48 1621232311. 15 1722313131. 47 1831133231. 07 对表 3 中的数据进行分析可知 挡板下部递增长 度 ΔL 的影响效果不明显， 故得到袋式除尘器底部空 表 4方差分析表 源 Ⅲ型 平方和 df均方FSig． 校正模型0. 811a120. 06855. 2410. 000 截距31. 920131. 92026092. 6840. 000 A0. 03620. 01814. 8090. 008 B0. 63220. 316258. 4060. 000 C0. 01220. 0064. 9460. 065 D0. 02820. 01411. 6210. 013 E0. 08520. 04234. 7000. 001 F0. 01720. 0096. 9620. 036 误差0. 00650. 001 总计32. 73718 校正总计0. 81717 注 a． R2 0. 993 调整 R2 0. 975 。 间气流速度相对均方根 σ 与板数 n、 板长 L、 挡板上 部距灰斗平面高度 ΔH、 挡板前后偏角 θ 和过滤风速 v 之间的函数关系式为 σ 0. 97n －0． 03L0． 75 ΔH －0． 14θ－0． 12ν0． 01 5 式 中， 2 ≤ n ≤ 4， 500 ≤ L ≤ 1 000 mm， 0 ≤ ΔH ≤ 150 mm，－ 15≤θ≤15， 0. 7m/min≤v≤1. 3m/min。 从拟合关系式中可以看出， 在一定的范围内， 增 加进气均布板的数量 n， 增大挡板上部距灰斗平面高 度 ΔH 和挡板向气流来流方向的偏角 θ， 减小板长 L， 采用小的过滤风速 v， 可以有效地提高除尘器的进气 流分布均匀程度。根据参数影响程度排列顺序， 在气 流均布程度达不到要求时， 可以先通过改变进气均布 板的板长 L 和角度 θ 的方法调节进行初调节; 若效果 仍达不到， 可根据灰斗结构增加板数 n 和改变风量， 进一步提高均匀程度。 5结论 通过建立模型分析了袋式除尘器进气均布板的 结构参数对进气流均匀性的影响， 影响顺序依次为板 长 L、 挡板前后偏角 θ、 板数 n、 挡板上部距灰斗平面 高度 ΔH、 挡板下部递增长度 ΔL， 即 L ＞ θ ＞ n ＞ ΔH ＞ ΔL。 给出了相对均方根 σ 与 n、 L、 ΔH、 θ 及过滤风速 v 之间的函数关系式。通过适当增加进气均布板的数 量 n， 增大挡板上部距灰斗平面高度 ΔH 和挡板向气 流来流方向的偏角 θ， 减小板长 L， 采用小的过滤风速 v， 可以达到提高进气流分布均匀的目的。 下转第 27 页 97 环境工程 2012 年 8 月第 30 卷第 4 期 表 2废水 COD 及色度处理效率 项目pH ρ COD / mg L － 1 ρ BOD5 / mg L － 1 色度 /倍 母液4. 19 5002 4003 500 混合废水7. 12 261908450 厌氧池6. 8919425174 好氧池7. 52785690 出水6. 91654564 排放标准6 ～ 92006080 2 在调试过程中， 好氧接触氧化池曾产生大量 泡沫， 有时从池面溢出， 污染周围环境， 同时泡沫过多 阻碍空气、 妨碍充氧。其主要原因 水质波动较大， 有 冲击负荷时易产生泡沫; 染料生产过程中大规模使用 扩散剂。因此， 在好氧池表面覆盖丝网控制泡沫外 逸， 后在周边加 1 个水喷系统， 采取间歇式喷水。 3 由于该染料废水呈酸性， 生石灰的消耗量比较 大， 而且中和沉淀后产生大量残渣。后经调查， 该厂在 某生产工艺的废液中含有一部分 NaOH 余液， 可作为 中和药剂， 从而减少生石灰的消耗和残渣的产生量。 6结论 1 采用电解厌氧好氧气浮组合工艺对难 生化降解的分散染料废水进行高低浓度分治处理工 艺， 整体系统处理效率高， 最终出水水质指标均达 GB 89781996 中的二级排放要求。 2 针对一部分难降解的高浓度母液废水， 使用 电解法进行预处理， 不但可以去除 75 ～ 90 的色 度和 25 ～ 40 的 COD， 还可提高废水可生化性。 3 厌氧池的设置对于生化法处理染料废水是关 键， 可进一步改善废水的可生化性， 为后续好氧接触 氧化法提供条件。 4 该法具有设备简单、 可操作性强、 处理效果可 靠等优点， 在工艺设计路线上是合理的， 适合于中小 型染料废水的治理工程。 参考文献 ［1］王慧，周月霞，柏仕杰， 等． 染料废水生物法处理技术的研究 进展［J］． 厦门大学学报 自然科学版 ，2008，47 2 286- 290． ［2］马宏瑞，任健，王保和． 混凝 － 催化氧化 － 水解酸化 － 生物接 触氧化法处理染料废水的中试研究［J］． 环境污染与防治， 2009，31 11 39- 43． ［3］张萍，孙银琪，毛小伟． 微电解 /UASB /生物接触氧化处理染 料生产废水［J］． 中国给水排水，2011，27 16 70- 72． ［4］李茵，奚旦立． 兼氧 － 好氧工艺处理染料废水的研究［J］． 环 境科学研究，2003，16 2 39- 42． ［5］邱丽娟， 陈亮， 黄满红． UASB 反应器处理染料及印染废水的研 究进展［J］． 化工环保，2009，29 5 416- 419． 作者通信处黄圣散201100上海闵行区莲花南路 1108 弄 36 号 1402 室 电话 021 54388369 E- mailhss81818 yeah． net 2011 － 12 － 03 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 79 页 参考文献 ［1］李少华， 王珅玉． 袋式除尘器气流分布均匀性的数值模拟［J］． 电站系统工程， 2009， 25 2 17 － 31． ［2］张广朋， 袁竹林． 袋式除尘器内部流场的数值模拟研究［J］． 动 力工程学报， 2010， 30 7 518 － 522． ［3］高广德， 何璐璐． 导流板对袋式除尘器流场影响的数值分析 ［J］． 煤矿机械， 2010， 31 12 38 － 40． ［4］付海明， 赵友军． 袋式除尘器流场动态测试及优化［J］． 中南大 学学报， 2010， 41 2 709 － 806． ［5］Chen Chijen， ChengManting．Effectofflowdistributoron uniity of velocity profile in abaghouse［J］． Journal of the Air ＆ Waste Management Association， 2005，55 7 886 － 892． ［6］桑亮， 杨景玲， 孙体昌． 脉冲喷吹袋式除尘器气流分布模拟实验 研究［J］． 能源与环境， 2006 2 27 － 30． ［7］高广德， 张彦婷． 下进气式袋式除尘器内部流场的模拟［J］ ， 环 境工程， 2008， 26 5 58 － 59． ［8］王福军． 计算流体动力学分析-CFD 软件［M］． 北京 清华大学 出版社， 2004 121． ［9］Fluent Inc． Fluent 6． 1 Users guide［G］． LebanonFluent Inc． ， 2003． ［ 10］王以飞， 沈恒根． 袋式除尘器在线清灰流场分布的研究［J］． 环 境工程， 2010， 28 2 72 － 77． ［ 11］王冠． 脉冲袋式除尘器内部流场的研究［D］． 北京 中冶集团建 筑研究总院， 2007． ［ 12］陈国矩， 胡健民． 除尘器测试技术［M］． 北京 水利电利出版社， 1988 100 － 103． 作者通信处沈恒根201620上海市松江区人民北路 2999 号环境 科学与工程学院 3145 室 过滤材料技术研究室 电话 021 67792513 E- mailshenhg 126． com 2011 － 12 － 31 收稿 72 环境工程 2012 年 8 月第 30 卷第 4 期