布袋除塵器進口煙道氣體流動特性的數值分析
摘 要：通過計算流體軟件 FLUENT 對
布袋除塵器進口煙道進行研究，應用 k － ε 湍流模型對煙道在冬季_端惡劣情況下的強制對流散熱的流動特性進行了模擬，詳細討論了不同截面的速度場、溫度場、壓力等分布。結果表明: 低溫煙道在不保溫的情況下，在進入布袋除塵器前仍具有較高溫度; 煙道直段的降溫速率約為0． 2 ℃ /m，彎頭較集中區域，降溫速率約為 0． 5 ℃ /m; 在出口區域，煙氣溫度出現“反彈”現象; 煙道彎頭處的沖刷較嚴重。
Numerical Analysis on the Properties of Flue Gas in Inlet Duck of Bag Filter |
BAO Jingyun1 | ZHANG Hairu2 | YU Xianqun3 | |
（ 1． Safety ＆ Security Team /Security Part，LG． Display （ Nanjing） Co． ，Ltd． Nanjing 210046） |
Abstract In this paper，the software FLUENT is used to conduct studies on the bag filter inlet duck，the k － ε tur- |
bulent model is applied to simulate the flowing properties of compulsory convection under extreme weather in winter |
and the velocity，temperature and pressure distribution of sections in flue duct is discussed in detail． | The results show |
that the temperature is still higher without conservation materials，the rate of temperature is 0． 2 ℃ /m in straight duct |
and 0． 5 ℃ /m in bend pipes，the temperature of outlet is increased rapidly with the flue states and the bend pipes are |
scoured fiercely． | | | | |
Key Words duct flow property numerical analysis | | | |
0、引言:
鋼鐵行業的余熱回收一般有單壓、雙壓系［1］ ，無論哪種系統，高溫煙氣均需通過余熱回收統 設備降溫，進入后續除塵器進行除塵。對于布袋除塵器而言，一般對余熱利用后的煙氣溫度有嚴格要求，布袋除塵器運行溫度應在高限和低限之間。由于高限取決于濾袋的濾料，低溫局限于煙氣露［2］ ，因此入口煙氣溫度的控制對設備的運行至關點 重要，應避免發生布袋穿孔，造成除塵器效率降低，頻繁更換布袋，更要防止安全事故發生。為了達到余熱的_利用、_布袋除塵器的節能安全運行，除了對余熱回收設備面積進行合理設計外，更需合理考慮低溫煙氣在煙道內的流動特性，分析其溫度下降、煙道沖涮等情況。
通過軟件進行數值模擬的方法被廣泛用于很多情況，如實際情況難以再現、痕量及微量元素的取樣、高溫高壓環境的構建等移特性和煙氣溫度分布規律的掌握有利于認識到煙氣的參數變化，保護后續布袋除塵器的安全運行。
本文利用 FLUENT 軟件對某布袋除塵器進口煙道內氣體的流動情況、溫度分布進行了討論。探討在冬季_端惡劣情況下，強制對流對低溫煙道中的煙氣流動狀況和溫度分布的影響。
1、研究對象：
某余熱回收項目低溫管道如圖 1 所示，高溫電爐煙氣經過余熱鍋爐后，溫度降至 200 ℃ 后進入低溫煙道，煙氣從圖 1 所示右側進入管道，經過 4 個彎頭和約 100 m 的直段煙道從左側排出，即進入
布袋除塵器。低溫管道內煙氣流動采用 k － ε 湍流模［4］型 ，針對當地_氣溫作為_不利工況進行分析，對冬季_端_溫度條件的強迫對流換熱進行模擬，環境溫度為－30 ℃，換熱系數為 60 W/ （ m2 ·K） 。
圖 1幾何模型
模擬工況的邊界條件為:
（ 1） 電爐煙氣流量為 12 萬 Nm3 /h，余熱鍋爐后的煙氣溫度為 473 K，湍流強度為 10% ，水力直徑為2． 2 m，彎頭的曲率半徑為 2 250 mm，轉角為 90°。
（ 2） 出口邊界條件為自由發展流動，流量比重為 1。
（ 3） 煙道不進行保溫，固體壁面無速度滑移壁面，煙道壁厚 6 mm。
2、計算結果與分析：
圖 2、圖 3 分別顯示了低溫煙道各方向的中心剖面和壁面的溫度分布情況。由圖可知，各個中心剖面的溫度接近于入口溫度 473 K，外壁溫度范圍約為 260 ～ 340 K。圖 4 為系統各截面溫度的面積加權平均值隨煙道沿程中心線的變化情況，煙氣入口附近的彎頭集中區，降溫速率為 0． 5 ℃ /m，煙氣在水平直段的降溫幅度約為 9． 3 ℃ ，降溫速率為 0． 2 ℃ /m，出口段的彎頭區域，煙氣溫度發生反彈回升現象，降溫速率約為 － 0． 3 ℃ /m。
在煙氣入口附近的彎頭區域，煙氣因流向變化，湍流程度增加，加劇了煙氣與外界的換熱效果。當煙氣進入直段后，流態逐漸恢復為均勻流，湍流程度減弱，降溫速率減小。在出口附近的彎頭區域，由于煙氣的高流速、曲率半徑較小、轉角較大，出現了較大區域的“空腔”區域，在“空腔”區域_較少煙氣流過，溫度低于煙氣主流溫度。因此，該平面的面積加權平均值溫度較低，即與后續煙道相比，煙氣溫度出現了反彈現象。
從圖 2 可知，彎頭附近的“空腔”區域對下游直段煙道產生較大影響，這是因為局部阻力部件范圍內的能量損失，只占局部損失中的一部分，另一部分是在局部部件下游_長度的管段上損耗掉的，該部分為局部部件的影響長度。受局部部件干擾的流動，經過了影響長度之后，流速分布和紊流脈動才能達到均勻流動的正常狀態。因此，該彎頭及其在下游的影響長度范圍內的煙道上均不應設置溫度測點，且該部分速度測點也會因測速、測溫管深入的長短出現較大起伏。
圖 5、圖 6 分別顯示了低溫煙道的速度、壓力的
分布情況。由圖可知，系統速度大小為 6． 76 ～ 33． 8m /s，_值出現在彎頭的內側且大于煙氣入口值，_小值出現在彎頭的外側，直段的速度約在 19． 4 ～21． 2 m /s，壓力_值出現在彎頭的外側，_小值發生在彎頭的內側，且_個彎頭外側壓力值明顯高
于后續幾個彎頭的壓力值。這是因為流體經過彎頭時，雖然過流斷面沿程不變，但彎頭內流體質點受到離心力作用，在彎頭前半段，外側壓強沿程增大，內側壓強沿程減小，而流速則是外側減小，內側增大。因此，彎頭前半段沿外壁是減速增壓的，出現旋渦區; 在彎頭的后半段，由于慣性作用，在 Ｒe 很大、彎頭轉角較大、曲率半徑較小的情況下，旋渦區再次出現。彎頭內側的旋渦，無論是大小還是強度，一般都［5］ ，比外側的大 。這些因素加劇了煙道的局部沖刷影響到煙道的運行年限。
3、結論:
（ 1） 在彎頭集中區域，溫降速率約為 0． 5 ℃ /m，直段煙道的溫降速率約為 0． 2 ℃ /m。
（ 2） 在出口區域，煙氣溫度出現“反彈”現象，是因為煙道的幾何形狀、煙氣的流動狀態使內部出現“空腔”區域。
（ 3） 在 Ｒe 很大、彎頭轉角較大、曲率半徑較小的情況下，煙道彎頭處的沖刷和運行年限受到很大影響。
