采用計算流體力學軟件Fluent，通過數值模擬的方法研究了下吸氣袋式過濾器的內部流場，發現原設計方案存在氣流分布不均勻、設備阻力過大等問題，提出了在吸氣通道內添加導流板的改進措施。結果表明，在四種不同的情況下，改進的袋式過濾器內部的氣流分布更均勻，進出口壓力差減小，吸塵器各部分發揮良好的除塵作用，有效減少了過濾袋的磨損，提高了除塵效率和運行的穩定性，為袋式過濾器的結構優化提供了依據。

在我國，電力行業是煤耗的最大單位，也是工業粉塵的主要排放單位。隨著國家環境保護管理力度的提高，火力發電廠煙囪出口煙塵排放濃度的要求越來越高，頓的期限也越來越緊迫。作為電力行業應用最廣泛的除塵設備之一，對布袋除塵器進行優化改造，提高布袋除塵的除塵效率，具有非常重要的現實意義。

布袋是布袋除塵器的執行部分，布袋室內的氣流分布直接影響除塵器的工作性能和壽命，氣流不均勻容易損壞布袋室內的布袋，影響布袋室內其他布袋的除塵效率。袋式除塵設備內部氣固兩相流動非常復雜，直接測試袋式除塵器流動非常困難，因此一般選擇CFD技術作為數值模擬的主要分析手段。

近年來，國內外學者針對這方面進行了許多研究。FraunhoferITWM［20］提出計算流體力學模擬過濾過程的算法。

Croom20提出了優化進氣口和導流板的改進措施，具有參考意義。德國INTENSIVFILTER公司23，24自己的CFD部門利用CFX軟件改善了方案的前期估算和布袋吸塵器的結構，在吸塵器的進口部分通過添加導流片改善了內部氣流組織，取得了良好的效果。

徐文亮等11分析了擋板吸塵器的流動狀況，主要分析了前擋板長度和吸塵器入口速度兩個因素對除塵性能的影響，提出了最佳擋板長度，降低入口速度有利于吸塵器的性能優化。鄭輝等13用數值模擬軟件模擬除塵設備吸氣煙箱放置氣流分布板前后氣固多相流的分布情況，建議放置氣流分布板后的氣流分布情況明顯優于未放置前，氣流分布均勻。

國內外部分布袋除塵企業已經開始采用CFD技術，對除塵系統中的流程進行定性研究，掌握流程分布規律，對比各種模式的優缺點，了解各種布袋室結構因素對氣流分配的影響。筆者通過使用Fluent軟件對改造前后袋室內的氣流分布情況進行了比較分析，得到了改善氣流分布的方案。

1數值模擬平臺的建立

1.1幾何模型和網絡劃分

研究選擇的是下進風袋式吸塵器，圖1幾何模型分為上箱、中箱、下箱(灰倉)、進氣口、排氣口等幾個部分。

模型的基本參數為上箱體長度1600mm、寬度2200mm、高度6000mm，進氣管道位于上箱體底面位置，灰倉為高度1200mm的倒四棱錐，灰斗側面和水平面為60°，濾袋直徑130mm，長度6000mm，濾袋為10排7列，間隔200mm×200mm，共70個濾袋，吸塵器總過濾面積1807m2。

該吸塵器為軸對稱圖形，因此在Fluent中可采用對稱邊界條件，建模只有其中一半作為計算區域。模型格柵劃分采用：上箱體上表面和濾袋出口面格柵采用三角格柵，濾袋及上箱體體格柵采用三角棱柱格柵，中箱體體格柵采用三角柱格柵，除塵器入口采用正六面體格柵，下箱體體格柵采用四角柱臺格柵，見圖2。

圖2吸塵器的幾何模型和網格區分

按順序將過濾袋編號，接近對稱面的過濾袋編號為第1列，遠離對稱面的過濾袋編號為第5列，中間的2列過濾袋依次為第2列、第3列和第4列，每列過濾袋遠離進氣口側編號為第1列，依次為后，共7列，見圖3。

1.2數學模型

假設袋室內流體在等溫下不能壓縮，制定長流動，模擬計算選擇標準k-冷凍雙方程模型控制方程為

連續方程

1.3數值計算方法和邊界條件

袋式過濾器的內部結構復雜，為了使模型和計算變得容易，假設如下:

(1)將進入袋室內細粒和氣體的混合物視為均勻介質。

(2)分別在一定粉塵厚度的情況下，對內部氣流的分配進行類似的模擬分析。

(3)建模時，只考慮袋室入口到袋式過濾器的花板，不計其他部件的影響。

(4)由于袋式除塵器中濾袋數量龐大，因此，只取袋式除塵器中有限數量的濾袋進行模擬。

(5)模型的幾何結構具有對稱性，因此在模擬中可以將整個模型的一半作為計算區域。

以上假設，本文采用標準的k-冷凍方程顛簸模型，穩定的3D分離隱藏解算器，壓力-速度耦合采用SIMPLE算法，對流項選擇二級迎風離散格式，在附近的墻區采用壁面函數法。濾袋采用多孔跳動模型，在連續相的動量方程中添加附加的粘性損失項，流體通過介質的壓力下降滿足Darcy公式:

2數值模擬結果和分析

本模型為下風式袋式過濾器，灰斗無任何氣流均布裝置，進氣口面積小，進氣速度高。

圖4為入口風速7．11m/s，過濾速度1m/min工況的下進風式袋式除塵器流場速度云圖。從圖4中(a)-(e)可以看出，氣流進入吸塵器的灰倉后，一部分氣流沿吸塵器上箱體前端的墻壁高速上升，這部分空間的間歇速度過大，對靠近墻壁過濾袋的下部造成沖刷。

由于吸塵器過濾的粒子狀物質向下移動，粒子狀物質下降到氣流射流處時，被射流帶回箱子，不僅過濾袋的負荷變重，而且過濾袋的速度也變大，接近墻壁的過濾袋的氣流量變大，接近對稱面的過濾袋的氣流量變小。

圖4下進風袋袋除塵器Y軸方向不同截面的速度云圖

圖5下進風布袋除塵器Z軸方向不同截面的速度云圖

從5圖中可以看出布袋底部附近(Z=0mm面)氣流極不均勻，靠近墻壁過濾袋附近的氣流量比較大，不僅氣流間歇性過大，超過設計值，而且氣流含塵量濃度也高，對過濾袋造成嚴重沖刷，必然會降低過濾袋的壽命。

從圖5分析可以看出：入口處氣流流速比較大，氣流間歇速度過大，含塵體積濃度也比較高，靠近墻體濾袋的氣流流量比較大，有些煙進袋室沿濾袋高度上升，煙在遇到濾袋阻擋后，有些煙沿濾袋間隙上升，有些直接進入濾袋過濾。濾袋出口端速度大，氣流極不均勻，清洗濾袋，濾袋內部壓力不均勻，濾袋容易破碎。

3吸塵器改進模型和模擬結果

3.1吸塵器改進方法

對于現有袋室進氣口區域氣流不均，濾袋易損壞的缺點，優化吸塵器結構，在吸塵器入口設置幾塊逐漸下降的導流板，改變氣體流動方向，獲得幾乎均勻的上升氣流。

導流板的排列形式不同，吸塵器內的氣流分布也不同。根據除塵器濾袋的列數(n)，如圖6所示，在除塵器的入口處安裝了7塊導流板。

為平分進氣口的氣流，根據經驗公式(7)可得導流板板高:

式中:Hi為第i個導流板的高度，m;i=1，…，6;H為進氣口的高度;n為濾袋的列數。

3.2改進后模型的流場分布

圖7、圖8添加導流板后，過濾速度為1m/min時，吸塵器截面的速度分布結果。圖5顯示，在進氣口截面添加導流板后，吸塵器袋室內的回流區域進一步縮小，流場也變得均勻，特別是袋室前后兩個氣流分布明顯改善。

圖7改進后，下進風式袋式除塵器Y軸方向不同截面的速度云圖

圖8改進后，下進風式袋式除塵器Z軸方向不同截面的速度顯示出不同的改進。

圖9為除塵器內部氣流各濾袋不同工況條件下的改進模型前后氣流平均速度分布對比，從圖中可以看出:總體上，隨著過濾速度的提高，除塵器內部各濾袋平均氣流速度的不均勻程度呈增大的趨勢。

圖(a)－(d)．為過濾速度為0．5m/min，1m/min，1．5m/min和2m/min4種工況的除塵器內部氣流分布平均速度改進前后對比，由圖(a)(d)可知，在除塵器入口附近加導流板后，高速氣流進入袋式除塵器后，氣流受導流板的影響，氣流的主流方向下移，在導流板的作用下分7股氣流均勻地進入上箱體。

分流后的氣流速度比較小，進入吸塵器后，氣流不會對過濾袋產生嚴重沖刷，吸塵器內的氣流分布也比較均勻。由于氣流分流，氣流對后壁的沖擊變小，氣流一直貼著吸塵器下箱的后壁運動，回流速度也比原型的速度小，吸塵器下箱內的氣流分布均勻。在除塵器的不同截面，除塵器上箱體中氣流間歇速度都小于設計值，沒有對濾袋帶來沖刷，整個除塵器內氣流分布均勻。

4結論

(1)在原型中，氣流高速沖刷灰斗墻壁，一部分氣流在灰斗內流動形成回流，將沉積的粉塵再次卷入氣流進入袋室，加重過濾袋負荷的另一部分氣流沿過濾器后的墻壁高速上升，沖刷過濾袋，袋室后端的過濾袋容易破損

(2)在進口處添加導流板，可以使過濾器進口處的射流分流更均勻，有效減少過濾袋的集中沖擊，提高過濾袋的壽命和除塵效率

(3)