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【科塵】鋼鐵行業燒結機尾新型電改袋除塵器結構研究

人氣:527 發表時間:2019-08-14 【


2019-08-1415:54:20

  針對傳統電改袋除塵器內部煙氣分布不均勻,無法實現在除塵器運行中更換濾袋等問題,提出一種新型電改袋除塵器,并利用CFX軟件對其流場進行了數值模擬。結果表明:與傳統電改袋除塵器相比,新型電改袋除塵器各袋室處理煙氣量基本相同,濾袋底部區域氣流速度分布均勻,偏流程度小,可有效地防止濾袋磨損和二次揚塵。


  0引言


  鋼鐵行業是我國國民經濟的支柱產業,根據鋼鐵工業和市場分析公司(MEPS)發布的全球鋼鐵產量報告,2013年我國以7.79億t的粗鋼產量位居第一,占全球粗鋼產量的48.5%,同時鋼鐵行業粉塵排放量約占我國工業粉塵排放總量的25%,其中燒結工藝作為鋼鐵生產的主要工藝之一,其煙塵排放占總排放的42.3%。燒結機尾煙氣具有溫度較高(80~150℃)、濕度較大(3%~5%)及粉塵比電阻偏高(109~1012Ω˙cm)等特點,目前煙塵凈化設備以電除塵器為主[2]。但是電除塵器存在對0.1~2μm的細顆粒物除塵效率低,受粉塵特性變化影響大等局限性,很難達到GB28662-2012《鋼鐵燒結、球團工業大氣污染物排放標準》規定的顆粒物排放限值為30mg/m3的標準要求,因此燒結機尾電除塵器亟需改造。目前,國內外電除塵器改造的主要方案有電改電、電袋復合、電換袋和電改袋。與其他三種方案相比,電改袋方案具有投資低,對細顆粒物除塵效率高等優勢。因此,在工業實踐中得到廣泛應用。


  所謂電改袋,是指保留電除塵器殼體和原有的進氣方式,只改變內部結構,從而實現電除塵器到袋式除塵器的改造。以某燒結廠機尾電除塵器為例,傳統電改袋除塵器結構如圖1所示,該結構保留電除塵器的進氣箱、殼體、出氣箱和灰斗,在殼體內設有袋室和凈氣室。雖然該電改袋除塵器運行阻力低,除塵效率高,可以充分利用電除塵器的內部空間,但仍然存在以下不足之處:


  1)煙氣進入袋式除塵器時的分布狀況是影響除塵效率和濾袋壽命的關鍵因素之一。內部煙氣分布不均勻,易導致各濾袋所受負荷不同,且易引起濾袋間碰撞磨損,影響濾袋使用壽命,進而影響除塵器的除塵性能。


  2)無法在除塵器運行中更換濾袋。如果其中一個濾袋破損,檢查或更換濾袋必須在停機狀態下進行,嚴重影響正常的生產。


  針對以上傳統電改袋存在的問題,本文提出一種可實現離線清灰,在除塵器運行中更換濾袋,且氣流分布均勻的電改袋除塵器,并利用CFX軟件對其流場進行數值模擬,為除塵器結構設計和優化提供依據,進而指導工程設計。


  1新型電改袋除塵器結構


  為了解決傳統電改袋氣流分布不均勻,無法在除塵器運行中在線更換濾袋等問題,以某燒結廠機尾電除塵器為例,通過以下改造方案可獲得新型電改袋除塵器,其結構如圖2所示。


  1)拆除電除塵器內部的極板、極線、振打裝置、橫梁和高壓電源,保留電除塵器的進氣箱、出氣箱、殼體、灰斗及輸灰系統。


  2)在原電除塵器的殼體外兩側對稱地設有煙道,煙道通過斜板分隔為進氣煙道和出氣煙道,煙道兩端分別與進氣箱、出氣箱連通;進氣煙道與袋室通過進風管連通。


  3)在原電除塵器的殼體內設有花板和隔板,將其內部空間分隔為12個獨立的袋室和12個獨立的凈氣室。


  4)在進風管內裝設蝶閥,在出氣煙道上部裝設提升閥。


  除塵器正常運行時,蝶閥和提升閥均開啟,煙氣從除塵器入口進入進氣箱,流經兩側進氣煙道進入袋室,實現煙塵凈化,潔凈氣流則向上進入凈氣室,并通過出氣煙道流入出氣箱,排放到除塵器外。當需要更換濾袋時,只需關閉相應袋室對應的蝶閥和提升閥,進行清灰或者換袋操作,其他袋室正常運行。


  2電改袋除塵器數值模擬


  2.1幾何模型及網格劃分


  本文結合某燒結機尾電改袋工程實例,分別根據圖1和圖2建立傳統電改袋幾何模型和新型電改袋幾何模型:濾袋總數為2304條,濾袋間距為70mm×90mm,單條濾袋尺寸為160mm×7000mm,設計過濾風速為0.91m/min,當其中一個袋室關閉時,過濾風速為0.99m/min,完全滿足袋式除塵器的工作要求。


  2.2數學模型


  袋式除塵器正常工作過程遵循質量守恒、動量守恒和能量守恒定律,在CFX計算時采用的控制方程包括連續性方程、動量方程和能量方程。而除塵器內氣體流動為紊流狀態,因此必須選取湍流模型進行數值計算。鑒于RNGk-ε模型比標準k-ε模型在模擬湍流流動中有更高的可信度和精度,本文從湍流的實用性考慮,采用RNGk-ε模型來模擬電改袋除塵器流場分布。


  2.3邊界條件


  入口采用速度入口條件,為滿足煙氣處理量44×104m3/h,入口速度為16.3m/s,出口采用壓力出口邊界條件,壁面為無滑移壁面,濾袋為多孔介質模型,整個過程為等溫過程,模擬中煙氣溫度為100℃,介質為不可壓縮空氣。


  3結果分析


  通過模擬計算分別得到傳統電改袋除塵器流場分布圖(見圖3)和新型電改袋除塵器流場分布圖(見圖4、圖5)。其中,圖3分別截取自Y1平面,圖4、圖5分別截取自X2平面和Y2平面,上述平面分別按圖1和圖2所示虛線方向截取。


  3.1傳統電改袋除塵器流場分析


  由圖3可知:煙氣進入傳統電改袋除塵器后,以最高15m/s的速度沖擊過濾單元前端的擋板,受擋板作用,向下進入過濾單元,在此過程中,煙氣中的大顆粒物在慣性和重力作用下落入灰斗,可減緩對濾袋的磨損。煙氣進入過濾單元后,大部分以7.5m/s的速度直接沖擊前端灰斗壁,在灰斗壁作用下,一部分煙氣以最高9m/s的速度流入前端灰斗內,另一部分煙氣以最高4.5m/s的速度斜向上流向過濾單元中間區域,同時在前端過濾單元下部和前端灰斗內各形成一個漩渦,灰斗內高速氣流和漩渦的存在極易造成二次揚塵,使沉積下來的粉塵再次被帶入到過濾單元。而僅有少部分煙氣以3m/s的速度流向除塵器末端區域,使得該區域氣流速度明顯低于中間區域,導致各濾袋所受負荷不同,且易引起濾袋間的碰撞磨損。


  3.2新型電改袋除塵器流場分析


  由圖4可知:與傳統電改袋除塵器相比新型電改袋除塵器各袋室流場分布較為一致,正對袋室入口處煙氣速度均在10~12m/s,所以,所有過濾單元處理煙氣量基本一致,不存在局部單元處理煙氣量偏高,而引起過濾負荷不同的問題。


  由圖5可知:煙氣沿進氣煙道向下經進風管進入袋室后,煙氣以最高12m/s的速度斜向下運動,在運動的過程中速度逐漸減小至6m/s以下,并逐漸以最高4m/s的速度向上擴散,進入過濾單元,實現粉塵的捕集。綜合圖4和圖5:灰斗區域內靠近灰斗上壁面處煙氣速度最高為6m/s,其他大部分區域煙氣速度小于4m/s,且無漩渦存在,可以有效地防止灰斗二次揚塵的發生;同樣濾袋底部附近區域煙氣速度分布均勻,均在4m/s以下,基本無偏流現象,能減緩濾袋間碰撞磨損。


  4結論


  針對傳統電改袋除塵器內部氣流分布不均勻,無法在運行中更換濾袋等問題,本文提出了一種新型電改袋除塵器,并對流場進行了數值模擬,得到如下結論:


  1)在電除塵器殼體外兩側增設煙道,在電除塵器殼體內增設花板和隔板,使得各袋室相互獨立,進而有效地控制氣流進入袋室,使得在除塵器運行時可以更換濾袋。


  2)根據模擬結果,在傳統電改袋除塵器濾袋底部區域存在較大的漩渦,易造成灰斗二次揚塵,此外,濾袋底部兩端區域氣流速度低于中間區域,分布不均勻,影響濾袋過濾負荷,易加劇濾袋的碰撞磨損。而新型電改袋除塵器濾袋底部區域和灰斗區域氣流分布均勻,可有效地避免灰斗二次揚塵和濾袋碰撞磨損。


  3)該新型電改袋除塵器在實施時,可有效利用原有電除塵器結構,改造成本低,具有應用前景。


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