颗粒床过滤器反吹过程流场模拟与粉尘沉降研究

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工业废气污染并破坏生态环境,其中有害气体及PM2.5更是直接威胁人类健康,因此对工业废气进行除尘净化越来越受到人们的重视。双层滤料颗粒床过滤技术除尘效率高,耐高温,节能减排显著,是由两层化学性质稳定的固体颗粒滤料所组成的。过滤时,含尘气体经过上层粗过滤与下层精过滤,出口粉尘浓度小于1mg/m3。反吹流化清灰时,将沉积在过滤床的粉尘颗粒吹出。工业应用中一般采用多个过滤床进行多层并联,共同过滤。某过滤床反吹清出的粉尘容易团聚并沉降在灰斗底部,其他未团聚的细小粉尘也容易再次进入其他过滤床进行重新过滤。为了降低床层过滤负担,增大粉尘的沉降率,降低循环气粉尘进入率,对工业用除尘器的研究必不可少。  本文运用ICEM CFD15.0对工业除尘器进行三维建模并划分网格,使用FLUENT15.0软件对整个流场进行仿真。采用RNG k-ε湍流模型和离散相模型对双层滤料颗粒床除尘器内的气固两相流场进行数值模拟。为了使仿真更加接近实际情况,运用多孔介质模型仿真含尘气体经过过滤床过滤时的压降;使用粉尘颗粒与壁面碰撞的实际碰撞模型并编写成UDF加载到FLUENT对离散相的reflect边界条件进行优化。  为了避免粗大的粉尘颗粒进入双层滤料颗粒床,减少颗粒床的过滤负担,在过滤床入口处安装导流板促进粉尘惯性分离。模拟得出,当各层导流板使气流速度保持10m/s时,可以有效减少粉尘床层进入率,并且增加了粉尘沉降率,有效降低了颗粒床的过滤负担;当导流板使气流速度保持10m/s时,研究了抽气循环率为1/6、1/9、1/12时,其对床层粉尘进入率的影响。结果发现,抽气循环率对前5层床层粉尘进入率影响较小,对第6床层粉尘进入率影响很大,当循环率从1/12增加到1/6时,第6层粉尘进入率从17.44%下降到7.99%,但此时循环气粉尘进入率增大,需要进一步研究降低循环气粉尘进入率的方法。通过经验公式法、仿真方法研究了各个床层反吹清灰时所能吹出的最大粉尘粒径,结果表明,在0.4m/s反吹气流场下反吹清灰时,床面各点所能吹出的最大真密度粉尘颗粒为111μm,最大团聚粉尘颗粒粒径171μm,粉尘颗粒能够完全吹出,可以保证下一循环的进行。通过粉尘在床层的落点研究,发现微细粉尘在床层中的落点是均匀的,随着粉尘粒径的增大,粉尘的落点越集中在床层外区域,在床面半径为1200-1600mm的环形范围内粉尘落入的最多。通过在灰斗底部增设挡板,发现当挡板气流通道宽300mm、高1400mm、层间距100mm,层数6层时,可以大幅降低循环气粉尘进入率,该布置方式的挡板使循环气粉尘进入率从27.71%降低到14.26%,可以有效降低循环气粉尘进入率。
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