采用计算流体力学软件Fluent，通过数值模拟的方法研究了下吸气袋式过滤器的内部流场，发现原设计方案存在气流分布不均匀、设备阻力过大等问题，提出了在吸气通道内添加导流板的改进措施。结果表明，在四种不同的情况下，改进的袋式过滤器内部的气流分布更均匀，进出口压力差减小，吸尘器各部分发挥良好的除尘作用，有效减少了过滤袋的磨损，提高了除尘效率和运行的稳定性，为袋式过滤器的结构优化提供了依据。

在我国，电力行业是煤耗的最大单位，也是工业粉尘的主要排放单位。随着国家环境保护管理力度的提高，火力发电厂烟囱出口烟尘排放浓度的要求越来越高，顿的期限也越来越紧迫。作为电力行业应用最广泛的除尘设备之一，对布袋除尘器进行优化改造，提高布袋除尘的除尘效率，具有非常重要的现实意义。

布袋是布袋除尘器的执行部分，布袋室内的气流分布直接影响除尘器的工作性能和寿命，气流不均匀容易损坏布袋室内的布袋，影响布袋室内其他布袋的除尘效率。袋式除尘设备内部气固两相流动非常复杂，直接测试袋式除尘器流动非常困难，因此一般选择CFD技术作为数值模拟的主要分析手段。

近年来，国内外学者针对这方面进行了许多研究。FraunhoferITWM［20］提出计算流体力学模拟过滤过程的算法。

Croom20提出了优化进气口和导流板的改进措施，具有参考意义。德国INTENSIVFILTER公司23，24自己的CFD部门利用CFX软件改善了方案的前期估算和布袋吸尘器的结构，在吸尘器的进口部分通过添加导流片改善了内部气流组织，取得了良好的效果。

徐文亮等11分析了挡板吸尘器的流动状况，主要分析了前挡板长度和吸尘器入口速度两个因素对除尘性能的影响，提出了最佳挡板长度，降低入口速度有利于吸尘器的性能优化。郑辉等13用数值模拟软件模拟除尘设备吸气烟箱放置气流分布板前后气固多相流的分布情况，建议放置气流分布板后的气流分布情况明显优于未放置前，气流分布均匀。

国内外部分布袋除尘企业已经开始采用CFD技术，对除尘系统中的流程进行定性研究，掌握流程分布规律，对比各种模式的优缺点，了解各种布袋室结构因素对气流分配的影响。笔者通过使用Fluent软件对改造前后袋室内的气流分布情况进行了比较分析，得到了改善气流分布的方案。

1数值模拟平台的建立

1.1几何模型和网络划分

研究选择的是下进风袋式吸尘器，图1几何模型分为上箱、中箱、下箱(灰仓)、进气口、排气口等几个部分。

模型的基本参数为上箱体长度1600mm、宽度2200mm、高度6000mm，进气管道位于上箱体底面位置，灰仓为高度1200mm的倒四棱锥，灰斗侧面和水平面为60°，滤袋直径130mm，长度6000mm，滤袋为10排7列，间隔200mm×200mm，共70个滤袋，吸尘器总过滤面积1807m2。

该吸尘器为轴对称图形，因此在Fluent中可采用对称边界条件，建模只有其中一半作为计算区域。模型格栅划分采用：上箱体上表面和滤袋出口面格栅采用三角格栅，滤袋及上箱体体格栅采用三角棱柱格栅，中箱体体格栅采用三角柱格栅，除尘器入口采用正六面体格栅，下箱体体格栅采用四角柱台格栅，见图2。

图2吸尘器的几何模型和网格区分

按顺序将过滤袋编号，接近对称面的过滤袋编号为第1列，远离对称面的过滤袋编号为第5列，中间的2列过滤袋依次为第2列、第3列和第4列，每列过滤袋远离进气口侧编号为第1列，依次为后，共7列，见图3。

1.2数学模型

假设袋室内流体在等温下不能压缩，制定长流动，模拟计算选择标准k-冷冻双方程模型控制方程为

连续方程

1.3数值计算方法和边界条件

袋式过滤器的内部结构复杂，为了使模型和计算变得容易，假设如下:

(1)将进入袋室内细粒和气体的混合物视为均匀介质。

(2)分别在一定粉尘厚度的情况下，对内部气流的分配进行类似的模拟分析。

(3)建模时，只考虑袋室入口到袋式过滤器的花板，不计其他部件的影响。

(4)由于袋式除尘器中滤袋数量庞大，因此，只取袋式除尘器中有限数量的滤袋进行模拟。

(5)模型的几何结构具有对称性，因此在模拟中可以将整个模型的一半作为计算区域。

以上假设，本文采用标准的k-冷冻方程颠簸模型，稳定的3D分离隐藏解算器，压力-速度耦合采用SIMPLE算法，对流项选择二级迎风离散格式，在附近的墙区采用壁面函数法。滤袋采用多孔跳动模型，在连续相的动量方程中添加附加的粘性损失项，流体通过介质的压力下降满足Darcy公式:

2数值模拟结果和分析

本模型为下风式袋式过滤器，灰斗无任何气流均布装置，进气口面积小，进气速度高。

图4为入口风速7．11m/s，过滤速度1m/min工况的下进风式袋式除尘器流场速度云图。从图4中(a)-(e)可以看出，气流进入吸尘器的灰仓后，一部分气流沿吸尘器上箱体前端的墙壁高速上升，这部分空间的间歇速度过大，对靠近墙壁过滤袋的下部造成冲刷。

由于吸尘器过滤的粒子状物质向下移动，粒子状物质下降到气流射流处时，被射流带回箱子，不仅过滤袋的负荷变重，而且过滤袋的速度也变大，接近墙壁的过滤袋的气流量变大，接近对称面的过滤袋的气流量变小。

图4下进风袋袋除尘器Y轴方向不同截面的速度云图

图5下进风布袋除尘器Z轴方向不同截面的速度云图

从5图中可以看出布袋底部附近(Z=0mm面)气流极不均匀，靠近墙壁过滤袋附近的气流量比较大，不仅气流间歇性过大，超过设计值，而且气流含尘量浓度也高，对过滤袋造成严重冲刷，必然会降低过滤袋的寿命。

从图5分析可以看出：入口处气流流速比较大，气流间歇速度过大，含尘体积浓度也比较高，靠近墙体滤袋的气流流量比较大，有些烟进袋室沿滤袋高度上升，烟在遇到滤袋阻挡后，有些烟沿滤袋间隙上升，有些直接进入滤袋过滤。滤袋出口端速度大，气流极不均匀，清洗滤袋，滤袋内部压力不均匀，滤袋容易破碎。

3吸尘器改进模型和模拟结果

3.1吸尘器改进方法

对于现有袋室进气口区域气流不均，滤袋易损坏的缺点，优化吸尘器结构，在吸尘器入口设置几块逐渐下降的导流板，改变气体流动方向，获得几乎均匀的上升气流。

导流板的排列形式不同，吸尘器内的气流分布也不同。根据除尘器滤袋的列数(n)，如图6所示，在除尘器的入口处安装了7块导流板。

为平分进气口的气流，根据经验公式(7)可得导流板板高:

式中:Hi为第i个导流板的高度，m;i=1，…，6;H为进气口的高度;n为滤袋的列数。

3.2改进后模型的流场分布

图7、图8添加导流板后，过滤速度为1m/min时，吸尘器截面的速度分布结果。图5显示，在进气口截面添加导流板后，吸尘器袋室内的回流区域进一步缩小，流场也变得均匀，特别是袋室前后两个气流分布明显改善。

图7改进后，下进风式袋式除尘器Y轴方向不同截面的速度云图

图8改进后，下进风式袋式除尘器Z轴方向不同截面的速度显示出不同的改进。

图9为除尘器内部气流各滤袋不同工况条件下的改进模型前后气流平均速度分布对比，从图中可以看出:总体上，随着过滤速度的提高，除尘器内部各滤袋平均气流速度的不均匀程度呈增大的趋势。

图(a)－(d)．为过滤速度为0．5m/min，1m/min，1．5m/min和2m/min4种工况的除尘器内部气流分布平均速度改进前后对比，由图(a)(d)可知，在除尘器入口附近加导流板后，高速气流进入袋式除尘器后，气流受导流板的影响，气流的主流方向下移，在导流板的作用下分7股气流均匀地进入上箱体。

分流后的气流速度比较小，进入吸尘器后，气流不会对过滤袋产生严重冲刷，吸尘器内的气流分布也比较均匀。由于气流分流，气流对后壁的冲击变小，气流一直贴着吸尘器下箱的后壁运动，回流速度也比原型的速度小，吸尘器下箱内的气流分布均匀。在除尘器的不同截面，除尘器上箱体中气流间歇速度都小于设计值，没有对滤袋带来冲刷，整个除尘器内气流分布均匀。

4结论

(1)在原型中，气流高速冲刷灰斗墙壁，一部分气流在灰斗内流动形成回流，将沉积的粉尘再次卷入气流进入袋室，加重过滤袋负荷的另一部分气流沿过滤器后的墙壁高速上升，冲刷过滤袋，袋室后端的过滤袋容易破损

(2)在进口处添加导流板，可以使过滤器进口处的射流分流更均匀，有效减少过滤袋的集中冲击，提高过滤袋的寿命和除尘效率

(3)