基于CFD軟件的靜電除塵器中重錘及其定位裝置的分析與優(yōu)化

李 凱，謝云輝 ，楊興權(quán)，任必銳

(1.江蘇蘇鹽井神股份有限公司第三分公司，江蘇 淮安 223000；2.淮陰工學(xué)院，江蘇 淮安 223003 3.江蘇省制鹽工業(yè)研究所有限公司，江蘇 淮安 223000)

靜電除塵器廣泛應(yīng)用于火電、水泥、煤礦、純堿、化工等行業(yè)，大大降低了工業(yè)生產(chǎn)中的粉塵，減少了環(huán)境污染和保障了工人的安全。靜電除塵器內(nèi)部包括幾十根陰極線通過(guò)接口與上方支撐板連接，支撐板由固定板固定在靜電除塵器殼體上，陰極線下方掛著重錘，重錘固定在連接桿上，靜電除塵器最下部為排水池。而重錘作為固定陰極線的裝置，它的使用周期也很大程度影響著靜電除塵器的工作效率[1]。重錘固定裝置是用來(lái)定位重錘，同時(shí)讓重錘在噴淋系統(tǒng)沖刷灰塵時(shí)保持位置不動(dòng)。

1.固定板 2.支撐板 3.接口 4.陰極線 5.重錘 6.重錘固定裝置 7.連接桿 8.排水池圖1 靜電除塵器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

1 靜電除塵器中重錘存在的問題

在靜電除塵器實(shí)際工作過(guò)程中,重錘表面長(zhǎng)期受噴淋水周期性的沖刷作用，易出現(xiàn)腐蝕、突起變形，進(jìn)而導(dǎo)致重錘直徑增大，并與重錘固定裝置貼合，導(dǎo)致重錘無(wú)法上下滑動(dòng)，無(wú)法起到對(duì)放電線的拉緊作用，所以對(duì)靜電除塵器中重錘固定裝置進(jìn)行防水方面的改進(jìn)尤為重要。

2 重錘固定裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

在原有重錘裝置基礎(chǔ)上，加裝一定角度傾斜的防水板，接觸部分使用具有伸縮性的防水橡膠圈，利用參數(shù)建立三維模型，為防水性能模擬仿真提供基礎(chǔ)。

用CFD軟件在我們進(jìn)行流體分析計(jì)算時(shí)會(huì)使用到一個(gè)流質(zhì)模型,流質(zhì)模型是針對(duì)具體的研究目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行了抽象化,保留了研究目標(biāo)的主體,忽略了一些次要的因素。經(jīng)由實(shí)地勘察學(xué)習(xí)得到具體的結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1[2]。

傳統(tǒng)重錘及固定裝置結(jié)構(gòu)包括陰極線用扎頭連接下方的重錘，固定環(huán)一端通過(guò)安裝桿焊接在電除塵器主體上，一端是內(nèi)徑比重錘直徑稍大的固定環(huán)。本優(yōu)化設(shè)計(jì)方案是在原有基礎(chǔ)上加裝帶有橡膠套的擋水板(擋水板與水平面角度為20°)，一端橡膠套利用其伸縮性與重錘緊密配合，另一端開設(shè)一孔，可容許安裝桿通過(guò)，起到支撐作用。整體三維結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，部分連接細(xì)節(jié)由于對(duì)本文CFD模擬分析沒有影響，故沒有在三維模型中體現(xiàn)。

表1 模型結(jié)構(gòu)參數(shù)

3 重錘及其固定裝置防水性能對(duì)比仿真模擬

3.1 重錘及其固定裝置防水性能仿真整體思路

用CFD軟件進(jìn)行流體仿真驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的合理性是現(xiàn)階段非常流行的手段。本文首先利用Ansys中的Mesh模塊進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后仿真模擬得到對(duì)比的云圖和相質(zhì)量表，最后進(jìn)行結(jié)論分析[3]。

3.2 網(wǎng)格劃分及局部加密

用Mesh模塊進(jìn)行網(wǎng)格劃分得到四面體網(wǎng)格，發(fā)現(xiàn)擋水板與橡膠套附近網(wǎng)格過(guò)于稀疏，而這部位對(duì)仿真結(jié)果影響很大，所以對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格加密，網(wǎng)格單元尺寸由系統(tǒng)默認(rèn)的3.75 mm減少到1 mm,網(wǎng)格單元數(shù)由原來(lái)的96 017個(gè)提升到了109 302個(gè)，大大增加了網(wǎng)格密度，如圖2所示。

圖2 網(wǎng)格劃分加密處理后效果圖

3.3 流量分布仿真圖形建立

利用CFD軟件對(duì)加裝帶橡膠套防水板前后重錘及固定裝置表面進(jìn)行流體仿真，具體方案是以0.5 m/s的噴淋水從上而下流經(jīng)重錘表面，由于環(huán)境溫度對(duì)流體流動(dòng)影響不大，故設(shè)置環(huán)境溫度參數(shù)為290 K,重力加速度9.8 m/s2,模擬流體在其表面的流量分布情況，驗(yàn)證防水性是否顯著提升。結(jié)果如圖3所示。

圖3 加裝防水板前后重錘表面流體流量分布圖

從圖3左圖中看出，在未加裝擋水板的情況下，重錘及固定裝置附近流量分布圖表明該區(qū)域在噴淋水向下沖擊時(shí)，有大量的液體滯留，而右圖加裝了防水板后，大量噴淋水順著擋板流下，此時(shí)幾乎沒有噴淋水在重錘上滯留，防水效果十分顯著，解決了重錘在噴淋水長(zhǎng)期沖刷下受到侵蝕的問題，進(jìn)一步提高了靜電除塵器的工作效率。

3.4 相質(zhì)量分布圖表

根據(jù)上一步所得的仿真數(shù)據(jù)，利用軟件得出重錘及其固定裝置附近的流體相質(zhì)量流量對(duì)比分布圖如圖4，其中橫坐標(biāo)代表時(shí)間(單位s),縱坐標(biāo)表示流體相質(zhì)量流量(單位g/s)。

圖4 加裝防水板前后重錘表面相質(zhì)量流量隨時(shí)間對(duì)比分布圖

選取了流量穩(wěn)定的500～700 s的時(shí)間段制成了如圖4所示的流量隨時(shí)間的分布圖，左圖中可以看出，在未加上優(yōu)化設(shè)計(jì)的擋水板前，重錘表面的流量很大，且從線條的變化不大可知，流體在重錘表面滯留時(shí)間長(zhǎng)，而加裝擋水板后，流量分布較之之前要小很多，另外從右圖可以明顯看出流量隨時(shí)間變化波動(dòng)很大，從可以得出流體在重錘表面無(wú)法穩(wěn)定滯留，綜上加裝擋水板后防水性能顯著。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文優(yōu)化設(shè)計(jì)的具有防水性能的重錘固定裝置，通過(guò)與傳統(tǒng)固定裝置的對(duì)比，驗(yàn)證了新型固定裝置的防水性能，很大程度上保護(hù)了重錘，延長(zhǎng)了重錘的使用時(shí)間，進(jìn)而進(jìn)一步提高靜電除塵器的工作效率。擋水板與水平面成20°角已經(jīng)取得了很好的防水性能，故沒有對(duì)擋水板的角度進(jìn)行進(jìn)一步對(duì)比分析，為今后研究預(yù)留了改良空間。與此同時(shí)這種新型的設(shè)計(jì)也對(duì)此裝置應(yīng)用于其他需要重錘的領(lǐng)域提供了可能。