濾筒除塵器是一種治理工業(yè)粉塵的高效穩(wěn)定的除塵設(shè)備，由于其除塵效率更高、占地面積小、檢修方便，鋼耗量少的優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為多數(shù)企業(yè)首選除塵設(shè)備。

據(jù)相關(guān)資料介紹，影響除塵器除塵效率關(guān)鍵因素是過濾風(fēng)速和除塵室內(nèi)的內(nèi)部流場分布，過濾風(fēng)速可以根據(jù)顆粒物性、粉塵濃度等因素來調(diào)節(jié)。

國內(nèi)對濾筒除塵器內(nèi)部流場特征的研究相對較少，傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)受現(xiàn)有測量技術(shù)的限制，無法獲得除塵器內(nèi)部詳細(xì)的流場分布，從而無法合理的預(yù)估實(shí)際生產(chǎn)中存在的問題，而且物理實(shí)驗(yàn)造成的能源浪費(fèi)也較為嚴(yán)重，除塵器內(nèi)部流場的分析屬于非線性流動問題，理論分析過于復(fù)雜，存在較多的人為因素。

近年來，計算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展增加了計算機(jī)數(shù)值模擬的可行性，可容易的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜流動的模擬求解。

本文將對濾筒除塵器的不同進(jìn)出口夾角對氣流流場的影響進(jìn)行模擬研究，尋求不同進(jìn)出口夾角對氣流分布均勻性的影響規(guī)律。

1、除塵器概述

濾筒除塵器是在布袋除塵器的基礎(chǔ)上，將濾袋升級為濾筒，以期實(shí)現(xiàn)提高過濾效率及增加過濾風(fēng)量的新一代除塵產(chǎn)品；與布袋除塵器相比，不僅在過濾風(fēng)量和過濾效率方面得到了巨大的提高，同時濾筒除塵器具有低壓運(yùn)行、低阻損等顯著優(yōu)點(diǎn)。

因此濾筒除塵器可以做到結(jié)構(gòu)緊湊，大大減少占地面積，降低初期投資及運(yùn)行維護(hù)成本。

1.1 濾筒除塵器工作原理

濾筒除塵器的過濾方式為表層過濾，含塵氣體由進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入除塵器后，由于空間的擴(kuò)大及導(dǎo)流板的氣流分布作用，氣流流速變緩，含塵氣流中顆粒粗大的粉塵在重力和慣性力作用下落入灰斗；而微細(xì)粉塵隨氣流進(jìn)入除塵室，由于布朗效應(yīng)以及濾筒的篩分作用，最終使粉塵沉積在濾料表面上，當(dāng)濾筒兩側(cè)壓差達(dá)到設(shè)定值后脈沖清灰裝置動作進(jìn)行清灰，使粉塵落入灰斗；凈化后的氣體進(jìn)入凈氣室由排氣管匯集到出氣口經(jīng)風(fēng)機(jī)排出，落入灰斗的粉塵經(jīng)卸灰閥排出除塵器。

1.2 進(jìn)出口位置對氣流的影響

據(jù)相關(guān)資料介紹，影響除塵器除塵效率關(guān)鍵因素是粉塵性質(zhì)、濾筒材質(zhì)、過濾風(fēng)速和除塵室的氣流上升速度等因素有關(guān)。其次，還與清灰方法及清灰能力有關(guān)。

對于粉塵性質(zhì)、濾筒特性、和風(fēng)速的研究較多，而對氣流的上升的研究較少。含沉氣流的上升速度及流場主要受進(jìn)風(fēng)口位置和出風(fēng)口位置影響最大。

根據(jù)有關(guān)資料對側(cè)下進(jìn)風(fēng)、下進(jìn)風(fēng)、側(cè)中進(jìn)風(fēng)、側(cè)上進(jìn)風(fēng)等不同進(jìn)風(fēng)方式的分析，得出側(cè)中進(jìn)風(fēng)方式是最優(yōu)進(jìn)風(fēng)方式。氣流在灰斗和塵氣室內(nèi)沒有形成渦流，流場較為均勻。

因此，在下文的模擬中采用側(cè)中進(jìn)風(fēng)的進(jìn)氣方式。本文為探索不同出口方式對濾筒除塵器氣流分布均勻性的影響，采用進(jìn)出口夾角為0°、90°和180°3種出口形式進(jìn)行模擬分析。

1.3 滲透率

滲透率K是描述多孔介質(zhì)性質(zhì)的一個關(guān)鍵參數(shù)，表征在外加壓力梯度的作用下一種流體通過多孔介質(zhì)的容易程度。

本例中含塵氣流在除塵器內(nèi)部的流動可看作恒定不可壓縮流動，濾筒可看作有限厚度的薄膜，通過它的壓力變化定義為達(dá)西定律和附加內(nèi)部損失項(xiàng)的結(jié)合：

1.4 濾筒流量分配系數(shù)

濾筒的流量分配系數(shù)是指每個濾筒實(shí)際處理氣體流量與平均處理氣體流量的比值，該參數(shù)可有效反應(yīng)單個濾筒的實(shí)際過濾情況，記作Kqi，其公式表示為：

該系數(shù)越小，說明流量分布越均勻，對濾筒除塵器整體設(shè)計越好。

2、建模

濾筒除塵器內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，若不對其進(jìn)行簡化處理，那么除塵器流場的分析將會非常復(fù)雜，以至于計算機(jī)無法完成計算，因此，需要對除塵器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)做適當(dāng)簡化，假設(shè)如下：

（1）濾筒除塵器主要處理粉塵對象為炭黑等輕質(zhì)干燥粉塵，因此，可將輕質(zhì)粉塵和氣體的混合物看作是一種均勻介質(zhì)，在進(jìn)行數(shù)值模擬時，將該氣固兩相流近似簡化成具有平均流體特性的單相流處理。

（2）濾筒除塵器在實(shí)際運(yùn)行過程中，濾筒表面的粉塵量是不斷變化的，而在此不進(jìn)行動態(tài)分析，僅做些靜態(tài)模擬，即在粉塵層厚度一定的情況下做壓強(qiáng)、速度及流量分配等的分析。

（3）濾筒結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，褶數(shù)較多，對于數(shù)值分析的建模及計算不利，因此，將濾筒除塵器簡化為圓柱狀，其他相關(guān)設(shè)置參數(shù)做進(jìn)一步相似更改。

根據(jù)模型簡化的規(guī)則，去除脈沖噴吹部分、連接部分以及清灰部分等，在SOLIDWORKS中創(chuàng)建的三維模型。

根據(jù)某公司的除塵器模型，除塵器的進(jìn)口尺寸為500mm×500mm，出口尺寸為200mm×1000mm，3種建模出口方位與進(jìn)口方位的夾角分別0°、90°為和180°。

將SOLIDWORKS中創(chuàng)建的三維模型導(dǎo)入Gambit進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分，在Gambit中采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)格劃分。

網(wǎng)格劃分完成后導(dǎo)入SOLIDWORKS軟件中，依次點(diǎn)擊Mech→Polydedra→Convert Domain，經(jīng)過短暫的時間轉(zhuǎn)化后，將四面體非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格轉(zhuǎn)化為多面體網(wǎng)格，提高計算效率。

除塵器規(guī)格為濾筒個數(shù)6排8列，共48個，濾筒規(guī)格為150mm×1500mm，過濾總風(fēng)量為6900m3/h，即濾筒過濾風(fēng)速約為0.8mm/min，本模擬中濾筒采用的是非覆膜式，采用的濾筒滲透率α為1×10-5m2。

為更好的分析濾筒間氣流分布情況，方便下文敘述，現(xiàn)對濾筒進(jìn)行編號，靠近進(jìn)氣口的為第一列，示意圖見圖2。

3、模擬結(jié)果分析

綜合3種出口位置模型模擬數(shù)據(jù)，繪制3種出口位置下的綜合流量分配系數(shù)如下圖3所示。綜合流量分配系數(shù)反映了3種出口位置的除塵器的流量分配情況。從圖3可以看出，進(jìn)出口夾角為90°和夾角為180°的除塵器模型的流量分配均勻性均較好，而進(jìn)出口夾角為0°的除塵器模型氣流分配均勻性較差。

將3種出口形式的濾筒總過濾風(fēng)量進(jìn)行統(tǒng)計，進(jìn)出口夾角為0°的除塵器的過濾風(fēng)量的質(zhì)量流量為2.349 kg/s1進(jìn)出口夾角為90°的除塵器為2.350 kg/s1進(jìn)出口夾角為180°的除塵器為2.346 kg/s，3種出口形式的濾筒總過濾風(fēng)量差值最大為0.004 kg/s，小于總過濾風(fēng)量的1%，因此，可以將3種出口形式下的氣流分布進(jìn)行對比。

對3種出口形式的濾筒除塵器不同排和不同列濾筒過濾風(fēng)量進(jìn)行統(tǒng)計(1~8號濾筒為第1排，9~18號濾筒為第2排，以此類推，直到41~48號濾筒為第六排。1、9、17、25、33和41號濾筒為第1列，2、10、18、26、34和42號濾筒為第2列，以此類推，直到8、16、24、32、40和48號濾筒為第8列，繪制表格見表1和表2。

不同排和不同列濾筒過濾風(fēng)量圖顯示了整個除塵器的過濾情況，從以上分析數(shù)據(jù)可以看出，不論何種出口位置，整個除塵器中心部分的濾筒過濾風(fēng)量均有所降低，即靠近除塵器側(cè)壁的除塵器的過濾風(fēng)量較高。

再來觀察不同排濾筒過濾風(fēng)量統(tǒng)計圖，重點(diǎn)分析第6排濾筒的過濾風(fēng)量，從圖中可以明顯看出，進(jìn)出口夾角為90°的濾筒除塵器的第6排濾筒過濾風(fēng)量最高。

再來觀察不同列濾筒過濾風(fēng)量統(tǒng)計圖，重點(diǎn)分析第1列和第8列濾筒的過濾風(fēng)量，進(jìn)出口夾角為0°的除塵器的第1列濾筒過濾風(fēng)量最高，進(jìn)出口夾角為180°的除塵器的第8列濾筒過濾風(fēng)量明顯高于進(jìn)出口夾角為0°的除塵器，略高于進(jìn)出口夾角為90°的除塵器。

綜合模擬結(jié)果可以得出結(jié)論，進(jìn)出口夾角為180°時氣流分布最均勻。

流場在相同的總過濾風(fēng)量下，出口位置會導(dǎo)致與之鄰近的濾筒的過濾風(fēng)量的提高，進(jìn)出口夾角為180°時氣流分布最均勻。

4、結(jié)論

為探索不同進(jìn)出口夾角對濾筒除塵器氣流分布均勻性的影響，采用進(jìn)出口夾角為0°、90°和180°3種出口形式進(jìn)行模擬分析，分別從不同排和不同列的濾筒過濾風(fēng)量和綜合流量分配系數(shù)的角度對比得出：出口位置會致與之鄰近的濾筒的過濾風(fēng)量的提高。

綜合考慮濾筒流量分配系數(shù)和各濾筒過濾風(fēng)量，在設(shè)計濾筒除塵器時，應(yīng)盡量選用進(jìn)出口夾角為180°即進(jìn)風(fēng)口位置相對的氣流分布方式。