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方案:关于脉冲袋式除尘器匀流喷吹管的设计方案

北极星环保网来源:科技创新与应用2017/1/20 10:50:53我要投稿

北极星环保网讯:摘要:脉冲式除尘器是一种十分高效的除尘器,在相关领域当中具有十分广泛的应用。不过在实际应用中,由于其喷吹管中各个喷口流量的不均匀分布,会降低其除尘效率和效果。对此,可采用流量修正、数值模拟等方面,优化设计喷吹管的喷口。利用湍流模型,对雷诺时均方程进行数值求解,从而在喷口半径分布不同、入口压力条件不同等情况下,对喷口流量分布和流场结构进行了模拟,极大地缩短了设计周期,也降低了试验成本,为优化设计脉冲袋式除尘器喷吹管提供了良好的依据和借鉴。

前言

空气除尘器主要包括湿式洗涤除尘设备、过滤式除尘设备、电除尘设备、机械式除尘设备等。其中,脉冲袋式除尘器属于过滤除尘设备中的一种,在实际应用中取得了十分理想的效果。在脉冲袋式除尘器当中,核心部分和技术关键就是清灰系统。在脉冲袋式除尘器当中,气包、脉冲阀、喷吹管、压缩空气系统等共同构成清灰系统。在清灰过程中,利用连接高压气包的脉冲阀,能够将压缩气体在0.2s以内向滤袋中喷入,并将5倍到7倍的二次气流诱导出。通过二次气流的膨胀和喷射气流的冲击,能够迅速除去滤袋表面的积灰。

1 匀流喷吹管的优化设计

在匀流喷吹管的优化设计当中,利用数值模拟计算,能够得出对喷口直径进行修正的流量分布,从而将喷口流量控制到基本相同。结合气体动力学理论,喷口质量流量与喷口半径、流量系数、当地的总温和总压等都有着直接的关系。如果,在喷吹管内部,具有均匀分布的流场,可以假设流量系数、总压、总温等参数为固定值,从而可得出相应的方程式。

通过这些方程式,能够对相应的修正公式进行推导得出[1]。在数值模拟计算喷吹管流场,并实际进行喷口修正的过程中,首先结合原喷吹管的尺寸,对带有“等”口径喷口的喷吹管进行3D模型的建立,同时网格划分流场区域。然后对边界条件进行设定,然后数值模拟计算流场,对各个喷口的质量流量进行计算。

如果,喷口的质量流量都能够满足均匀程度的要求,就可对得出的喷口半径分布进行利用。而如果不能满足均匀程度的要求,则应当结合之前计算得出的喷口流量值,对各个喷吹装置的喷口半径利用相应的修正公式进行修正。然后,结合新的喷口半径,对3D模型进行重新建立,和重新的网格划分,再进行上一步骤的计算,指导得出符合均匀程度要求的结果[2]。

2 喷吹管流场数值模拟

根据喷吹管的CAD图纸,可对相应的3D模型进行建立。在喷吹管当中,主要包括了15个喷口和主管道,高压气包通过脉冲电磁阀,连接了主管道的左端。对15个喷口进行相应的编号。在清灰过程中,气包将高压气体通入左端入口,经由脉冲电磁阀通入喷吹管。将电磁阀打开100ms的时间。在分块处理喷吹管模型之后,可将六面体采用cooper的方法生成。有8层贴体附面层网格生成在主管道壁面附近,网格的总数为60万。在喷吹管的入口位置,脉冲阀只保持了100ms的开启时间,因此,关内具有非定常流动的流场。对发展充分的流场,采用定常流动计算,对50ms时间内的瞬间流动状态进行模拟。

结合不同的气包压力,分别设定不同的进口压力条件。在实际计算中,采用了相关的试验数据决定进口压力。在喷吹管的入口位置,对压力入口边界条件进行了应用。在各个喷口位置,对压力出口边界条件进行了应用。将一个标准大气压作为背压,设定300K的温度,将无滑移绝热壁面设定为喷吹管壁面。利用中心插分有限体积法,在计算喷吹管流场数值的时候,对时均方程进行求解,其中也包含了能量守恒方程。采用了标准模型的湍流模型,利用基于密度的隐式求解方法进行实际计算。

3 匀流喷吹管的实际优化

3.1 修改喷口初始半径

结合试验所得喷吹管的尺寸,可对初始模型进行建立。在特定压力条件下,对各个喷口流量分布数据进行流场模拟计算。根据计算结果,能够得知各个喷口之间具有较大的流量差别。距离气包越近,就具有越小的质量流量。最大值和最小值之间,相差超过了两倍。根据前文提到的半径修正方法,在经过反复得到修正之后,也没有得到理想的结果。

及时将喷口截面修正到趋近于主管道截面积,也没能够将流量提高。结合初始模型流程模拟计算的结果,对相应的局部速度矢量图进行绘制[4]。从中能够看出喷口左侧的回流情况。这一情况主要是由于喷口截面积之和过大。如果将喷吹管看作一个喷管,喷口截面积之和已经超出主管道界面截很多,因而具有了扩张性的特点。

对于亚音速流动来说,这种扩张型喷管只具有增压和减速的效果,因而会造成局部回流。对此,缩小了初始喷口的半径,使喷口流量接近均匀。在后续计算中,将突台去除,设定相同的喷吹管主管道前后口径。再通过试验和计算证明,达到了理想的效果。由此可见,应当将喷吹管的主管道设定为统一的管径。

3.2 迭代修正喷口半径

喷口初始半径选择了10mm尺寸,利用相应的修正公式对特定压力条件下的喷口半径进行迭代修正,从而得出较为理想的结果。此时各个喷口只具有1%以内的流量差别,在集中不同的压力条件下,经过迭代修正之后,从喷吹管模型的流场数值模拟结果中能够看出,在这些不同压力条件之下,各个喷口之间也缩减到了5%以内的流量差别。

由于在各种不同情况下,喷口都能够实现较小的流量差别,因而实现了事先设定的计划。通过以上计算分析,能够得出最为理想的半径分布,并且对相应的二次曲线进行拟合。根据相应的计算结果,能够得出喷吹管的优化设计原则。在喷吹管当中,所有的喷口界面积之和不能超过主管道的截面积。

因此,在设计当中,可以先计算喷口的数量,然后对最大平均半径加以确定。按照从前到后的顺序,喷口半径根据二次函数规律发生递减,从而得出均匀喷口流量分布。可利用迭代修正方法得出相应的二次函数规律。此外,在喷吹管的主管道,应当采用相同口径的管。

4 结束语

脉冲袋式除尘器是一种十分重要的除尘器,在实际应用中发挥出了十分良好的除尘效果。为了确保除尘器能够更好的发挥作用,对其进行清灰处理是十分重要的。对此,文章采取了数值模拟的方法,对喷口半径进行了优化,从而在各种不同的压力条件下,控制到了1%以下的喷口流量差别。同时,还采用了迭代修正的方法,优化了喷吹管喷口半径的设计,从而取得了十分理想的效果。

延伸阅读:

布袋式除尘器VS静电式除尘器 谁略胜一筹

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