高炉煤气袋式除尘器入口段数值模拟_王飞

高炉煤气袋式除尘器入口段数值模拟王飞贾彩清黄小亚(中冶赛迪工程技术股份有限公司，重庆400013)摘要:烟气进入袋式除尘器时的分布状况是影响除尘效率和滤袋寿命的关键因素之一。利用Fluent软件对高炉煤气袋式除尘器入口段进行了数值模拟，分析了除尘器入口段气相速度场和压力场的分布情况，得到了该段气相流场的分布规律。模拟结果表明:除尘器入口段的气流分布不够均匀，有待进一步优化，模拟结果对装置运行及其优化设计有一定的理论指导意义。关键词:数值模拟;袋式除尘器;Fluent;优化设计NUMERICALSIMULATIONOFINLETFIELDINTHEBAGFILTERFORBLASTFURNACEGASWangFeiJiaCaiqingHuangXiaoya(CISDIEngineeringCo．，Ltd，Chongqing400013，China)Abstract:Thedistributionofinletairflowisoneofthekeyfactorsinfluencingtheefficiencyofdustcollectionandtheservicelifeofthebags．ThedistributionofinletfliedinthebagfilterofblastfurnacegashasbeennumericallysimulatedwithFluent．Gasvelocityfieldandgaspressurefieldinbagfilterwereanalyzed，andageneralruleforthebagfilterwasobtained．Thesimulationresultsindicatedthatthedistributionofinletairflowfliedwasheterogeneous，whichshouldbefurtheroptimized，andthesimulationresultswerehelpfulforpracticaloperationandoptimizationdesignofthebagfilter．Keywords:numericalsimulation;bagfilter;Fluent;optimizationdesign0引言袋式除尘器具有运行稳定可靠、结构简单、除尘效率高，可处理高浓度含尘煤气等优点，在国内的高炉煤气除尘领域的应用越来越广泛。影响袋式除尘器除尘效率和滤袋寿命的因素很多，其中烟气进入除尘设备时的分布状况是关键因素之一［1］。气流分布均匀，避免除尘器局部壁面受到严重冲刷，煤气均匀的进入各个布袋，延长布袋使用寿命，提高除尘效率。由于除尘设备内部流动十分复杂，况且高炉煤气具有爆炸性、温度高等特点，导致气相流场以及颗粒运动和沉积特性的测量很困难。随着计算机技术水平的不断提高和CFD技术的发展，CFD辅助设计已成为研究袋式除尘器的一种准确、经济、快捷的新手段［2-3］。本文利用Fluent软件对高炉煤气袋式除尘器入口段的气相流场进行了数值模拟，模拟结果对装置运行及其优化设计有一定的理论指导意义［2-4］。1数值计算当前模拟侧重于除尘器内气相流动的三维研究，暂不考虑传质、传热。本文仅从颗粒运动动力学机理上加以探讨，在模拟中用空气代替高炉煤气。1.1数学模型本次模拟的气体流速较低，且密度、压强与温度变化不大，可视为不可压缩流体。物理模型选用适用范围广、经济、精度合适的标准k－ε模型［5-6］，该模型认为，紊流涡黏系数由紊流动能k及动能耗散率ε给出式(1):μT=Cmρk2/ε(1)式中:Cm为常数;k为紊能动能;ε为紊动能耗散率。在此基础上，控制方程的通用形式见式(2):(ρΦ)t+(ρuiΦ)xi=xiΓΦΦx()i+SΦ(2)式中:Φ为通用变量，分别表示u，v，w，k，ε和T等求解变量。ΓΦ为与Φ相应的扩散系数，SΦ为Φ方程88环境工程2011年6月第29卷第3期DOI:10.13205/j.hjgc.2011.03.031的源项。1.2网格划分和边界条件采用结构网格和非结构网格相结合的方式，入口段采用非结构网格，其余部分采用结构网格［7-8］。合理的边界条件才能准确的计算出流场的解。本次模拟采用速度入口，入口速度分布均匀，速度大小为12.4m/s，入口水利直径为0.7m。出口采用压力出口。壁面保持默认设置。2模拟结果及分析由于假设除尘器内壁绝热，同时除尘器内不存在能量的源或汇，因此不对除尘器温度场进行研究。2.1气相速度场除尘器入口段复杂的速度场严重影响除尘器的除尘效率和滤袋的使用寿命。图1和图2是除尘器入口段竖直面和水平面的气相速度矢量图，箭头代表了气体速度矢量，其长短反映速度相对大小，其方向反映速度方向。图1竖直面