轉(zhuǎn)爐干法靜電除塵器陽極板振打仿真分析

梁 廣，劉國(guó)華

（重慶賽迪冶煉裝備系統(tǒng)集成工程技術(shù)研究中心有限公司，重慶市 400013）

轉(zhuǎn)爐干法靜電除塵器陽極板振打仿真分析

梁 廣，劉國(guó)華

（重慶賽迪冶煉裝備系統(tǒng)集成工程技術(shù)研究中心有限公司，重慶市 400013）

對(duì)轉(zhuǎn)爐干法靜電除塵器一個(gè)振打單元陽極板的振打過程進(jìn)行了仿真，分析了其切向與法向兩個(gè)方向的加速度值。結(jié)果表明中部振打的平均加速度值要大于在底部振打的值,在振打位置附近區(qū)域的振打加速度最大,同時(shí)極板的振打加速度隨振打速度增大而增加,但增加幅度不是特別顯著。

轉(zhuǎn)爐；靜電除塵；振打；有限元分析;數(shù)值仿真

0 前言

我國(guó)鋼鐵工業(yè)近些年來發(fā)展迅速,截止到2012年,我國(guó)的轉(zhuǎn)爐數(shù)目超過600座[1],采用節(jié)能環(huán)保新技術(shù)對(duì)于鋼鐵工業(yè)的節(jié)能減排有著重要的意義。轉(zhuǎn)爐干法靜電除塵系統(tǒng)由德國(guó)魯奇公司與蒂森克虜伯鋼鐵廠聯(lián)合研制成功,該除塵方式不用大量濁環(huán)水洗滌煤氣,而采用蒸發(fā)冷卻器、靜電除塵器與煤氣冷卻器相結(jié)合的干式系統(tǒng),具有凈化效率高、能耗低的特點(diǎn),是當(dāng)前轉(zhuǎn)爐除塵的主要發(fā)展方向[2]。

干法靜電除塵器陽極板上沉積的煙塵主要是采用振打方式進(jìn)行清灰,采用一定重量的振打錘從側(cè)部對(duì)陽極板進(jìn)行敲打。長(zhǎng)期實(shí)踐表明,對(duì)于振打清灰,陽極板表面的加速度值大小要合適,同時(shí)極板表面要盡量均勻[3],振打錘的位置與速度對(duì)于這兩個(gè)方面都會(huì)有顯著的影響。對(duì)于陽極板上的加速度,理論分析表明使得沉積粉塵有效脫落的臨界加速度值與粉塵層的厚度、粒徑都有關(guān)系[4],陽極板表面法向加速度值要達(dá)到102 g以上才能夠有效地清除陽極板上沉積的粉塵。然而對(duì)陽極板振打系統(tǒng)開展深入的實(shí)驗(yàn)研究比較困難,代價(jià)也很高,因此數(shù)值仿真手段已經(jīng)成為了最有效、最經(jīng)濟(jì)的手段[5-6]。

本文以某實(shí)際運(yùn)行的轉(zhuǎn)爐干法靜電除塵器為原型，采用數(shù)值仿真法對(duì)其中一個(gè)振打單元陽極板的振打過程進(jìn)行仿真分析,計(jì)算陽極板表面加速度隨振打時(shí)間的變化過程,同時(shí)考察振打位置、振打錘速度對(duì)陽極板表面加速度的影響,為振打系統(tǒng)的評(píng)估與改進(jìn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 振打計(jì)算模型

1.1 系統(tǒng)組成

陽極板與振打裝置的結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 陽極板與振打系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

由圖1可以看出,振打單元陽極板(裝置1)由多塊標(biāo)準(zhǔn)的陽極板拼接而成,振打裝置由傳動(dòng)裝置、振打軸、振打錘(裝置2)等主要部件組成,撞擊桿固定在陽極板上。振打裝置利用機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)將振打錘提升到一定高度，然后自由下落沖擊陽極板上固定的橫桿,撞擊力引起的振動(dòng)通過此橫桿傳遞到陽極板上,使陽極板產(chǎn)生振動(dòng)。振動(dòng)使陽極板表面產(chǎn)生微小的位移變化,使得附著在極板上的粉塵脫離陽極板表面。此位移變化的距離程度用陽極板表面的加速度來衡量。

1.2 有限元模型

陽極板的幾何尺寸寬4.8 m,高3.6 m,振打錘直徑為120 mm。振打錘撞擊陽極板橫桿的過程是一個(gè)較為復(fù)雜的多軸運(yùn)動(dòng)過程，但其撞擊瞬間仍然可以簡(jiǎn)化為振打錘以一定的速度水平撞擊橫桿。在本文的仿真計(jì)算中,振打位置包括陽極板豎直中部與底部?jī)蓚€(gè)位置,振打錘撞擊速度包括2.8 m/s、3.2 m/s與3.5 m/s。

仿真采用的數(shù)值方法為有限元方法[7],計(jì)算軟件采用ANSYS,計(jì)算時(shí)間0.02 s,計(jì)算過程中記錄每一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)法向與切向兩個(gè)方向的振動(dòng)加速度值。圖2是計(jì)算過程監(jiān)測(cè)加速度的點(diǎn)布置。

圖2 加速度監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布

2 仿真結(jié)果與討論

表1是陽極板表面所有測(cè)點(diǎn)的最大瞬時(shí)加速度的平均值，包括3種振打速度與兩個(gè)振打位置，中部振打是指振打桿的位置在陽極板的豎直正中,底部振打是指振打桿的位置在陽極板的底部。

表1 陽極板表面測(cè)點(diǎn)最大瞬時(shí)加速度平均值

從結(jié)果可以看出,中部振打的平均加速度值要大于在底部振打的值,同時(shí)振打錘速度越大,加速度越大,并且法向加速度的值要顯著高于切向加速度值。為了更好地分析加速度分布,沿豎直方向把4個(gè)測(cè)點(diǎn)的加速度值進(jìn)行平均,再沿振打方向繪制一條水平分布的加速度曲線,以切向加速度為例,見圖3所示。

圖3 陽極板表面加速度沿振打方向水平分布

從圖中結(jié)果可以看出沿振打方向,最大瞬時(shí)加速度是逐漸降低的,在中部振打時(shí)的下降趨勢(shì)比在底部振打時(shí)更加明顯,因此在底部振打時(shí)陽極板表面的加速度分布更為均勻。為了進(jìn)一步分析陽極板表面的加速度的動(dòng)態(tài)特性,以測(cè)點(diǎn)10為例,圖4是其切向加速度隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)曲線。

圖4 測(cè)點(diǎn)10的切向加速度動(dòng)態(tài)變化曲線

由圖4可以看出其是一條波動(dòng)劇烈的曲線,其振幅隨時(shí)間逐漸降低,這是一個(gè)耗散過程，其最大振幅就是最大加速度,平均振幅在50 g左右。進(jìn)一步對(duì)其變化頻率分析,可以發(fā)現(xiàn)其周期約為0.24 ms，即頻率為4 120。

3 結(jié)論

綜上,可以得出以下結(jié)論：1)陽極板在中部振打時(shí)表面加速度比在底部振打時(shí)大,但在底部振打時(shí)極板表面的加速度分布更加均勻;2)陽極板的振打加速度隨振打速度提高而提高，但增幅不明顯;3)最大瞬時(shí)加速度范圍在20～1 000 g,頻率約為4 000 Hz。

[1] 鞏婉峰.轉(zhuǎn)爐一次除塵新OG法與LT法選擇取向探析[J].鋼鐵技術(shù),2009(4)：6-50.

[2] 王永剛,王建國(guó),葉天鴻,等.轉(zhuǎn)爐煤氣干法除塵技術(shù)在國(guó)內(nèi)鋼廠的應(yīng)用[J].重型機(jī)械,2006(2)：1-3.

[3] 王勇勤,肖啟明,嚴(yán)興春,等.單塊集塵板振打加速度的有限元分析[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2009(2)：331-334.

[4] 向曉東,鄒霖.電收塵極板上沉積塵的附著力與振打加速度[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào),2006(6)：112-115.

[5] 邵毅敏,祝志芳,熊紹武,等.電除塵器陽極板振打加速度分布規(guī)律與仿真設(shè)計(jì)[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2010,4(5)：1147-1152.

[6] 肖啟明,錢利霞.電除塵器陰極振打加速度的有限元分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2011(5)：31-33.

[7] 尹飛鴻.有限元法基本原理及應(yīng)用[M].高等教育出版社,2010.

Simulated Analysis of Converter Furnace Dry Method Electrostatic Precipitator Collecting Electrode

LIANG Guang,LIU Guohua

（CISDI GROUP Co.,Ltd,Chongqing 400013,China）

Based on simulated analysis of rapping progress in a rapping unit of CF dry method electrostatic precipitator,analyze acceleration magnitude of tangential and normal direction.The result shows that average acceleration magnitude of middle rapper greater than that of bottom rapper,the rapper accelerated speed at rapper nearby area is maximum.Meanwhile,the rapper accelerated speed of electrodes will be increased along with rapping speed increase,but increasing range is not so obvious.

CF;electrostatic precipitation;rapping;finite element analysis;numerical simulation

TF066.3+8

B

1004-4345(2014)05-0028-02

2014-02-20

梁 廣(1978—),男,高級(jí)工程師,主要從事氣體凈化及除塵設(shè)計(jì)工作。