蜂窝立体陶瓷高温烟气除尘器的实验研究及数值模拟

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为脱去高温烟气中有害的粉尘颗粒,多孔陶瓷过滤技术是目前公认最高效、最具有潜力的技术,因此合理开发多孔陶瓷过滤技术非常有必要。由于蜂窝立体陶瓷具有耐高温、抗腐蚀、可除微细颗粒等优点,目前在高温烟气除尘工作中应用前景广阔,是烟气除尘过滤的重要材料之一。本文以蜂窝立体陶瓷作为研究对象,实验调整烟气流速、温度、不同陶瓷孔径、粉尘浓度等基本运行参数,来验证蜂窝立体陶瓷除尘过滤性能。同时借助计算机流体力学(CFD)建立合理三维单孔道物理模型,通过在Fluent软件中进行边界条件的选取和设置,对蜂窝立体陶瓷内部流场进行数值模拟计算,并分析除尘过程各部分的压力损失情况。本文主要步骤如下:(1)分析介绍蜂窝立体陶瓷除尘过滤工作原理,总结内流压力损失计算公式,方便计算蜂窝立体陶瓷的除尘效率及再生效率。(2)平台实验测试初始性能:实验发现随着烟气流速、温度、粉尘浓度增大,蜂窝陶瓷两端的过滤压力损失增加。通过对比分析15孔、25孔、32孔蜂窝立体陶瓷过滤性能,32孔蜂窝立体陶瓷两端的过滤压力虽然随着烟气流速增加而增大,但两端过滤压力增加较其他两款更慢;随着烟气温度逐渐上升,气体透过32孔蜂窝立体陶瓷所损失的能量更大,两端的过滤压力损失增加速度更快。(3)平台实验连续性高温测试:蜂窝立体陶瓷除尘器在高温工况下运行,系统过滤压力损失随着时间不断上升,通过测试得到系统清灰再生效率一直保持在90%,除尘效率达到99.9%,除尘性能好,易反向吹灰再生,设备在连续高温环境下运行稳定。同时还进行拓展实验,搭建32个蜂窝立体陶瓷过滤元件双层堆积除尘装置,进行连续高温实验测试。发现在选择蜂窝立体陶瓷进行除尘过滤时,应考虑烟气流量,选用正确蜂窝立体陶瓷个数,同时需根据系统的压力损失值来控制脉冲频率及脉冲压力。(4)建立数学模型进行数值模拟:进出口孔道静压沿流体流动方向减少很小,主要发生压力损失在多孔介质区域,呈梯度减少;进/出口孔道速度分布沿流体流动方向逐渐降低/升高,进出口孔道处流速最大;分析过滤过程各部分压力损失情况,主要压力损失还是发生在多孔介质区域,且流体透过多孔介质区域的压力损失占比最大。
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