袋式除尘器脉冲清灰喷管气流组织分析

摘要：本文通过理论分析和数值模拟等方法对袋式除尘器脉冲清灰喷管气流组织进行了分析，提出了通过渐缩设计喷管内静压平衡，从而获得均匀的脉冲喷吹气流，实现高效清灰的目的。

关键词：袋式除尘器 喷管 数值模拟

引言

袋式除尘器脉冲清灰喷射气流存在压力和流量的不均匀性，表现为实际工程中的部分滤袋以及滤袋局部易损坏现象，尤其是脉冲喷管末端所对应滤袋易损坏。因此，脉冲清灰气流组织研究显得尤为重要。

1、 气流组织分析

首先针对一般规格喷管段进行气流组织分析。本文所指一般规格为目前袋式除尘器行业中最简单的脉冲清灰用喷管及喷口形式，即与脉冲阀出口灯径的喷管和等口径分布直接开孔式喷口。

一下分析基于3寸淹没式脉冲阀，配置直径78mm喷管，在分气箱压力0.3MPa，脉冲点信号0.05s时喷管入口处形成的全压和静压平均值分别为217KPa、41KPa。并设定喷口口径均为d0，喷口数为15。

1.1理论分析

由入口（即1处）压力修正确定该气流密度为1.6484kg/m³，动压为176kPa。计算得该处轴向气流速度u1=462m/s，该处质量流量m1=3.64kg/s

假设各喷口流量相等且管内密度近似为定值，则2处质量流量m2=3.397kg/s，轴向流速u2=431m/s。

根据1、2处速度比值查局部阻力系数表为0.00671，从而算得局部阻力位1.18kPa。

由压头线分析知，喷管段从1至2处，纵压损（18.846kPa）＜动压降（22.816kPa）导致喷管后面部分动压转换为静压，静压越来越高，最末端喷口静压达到最大值，流速也响应达到最大值，而各喷口口径相等，导致最远端喷口流量最大，这样就容易产生最后一条滤袋易破损情况。

1.2数值模拟分析

利用CFD软件对喷吹管及其清灰过程模拟实验，采用标准K-E流模型模拟清灰过程。喷管直径78mm，喷口为直接开孔，共15个，口径均为22mm，其间距为200mm。压力入口全静压分别为217kPa、41kPa，压力出口为大气压。

由喷管压力分布模拟效果图可看出，喷管轴向上静压越来越高，至最末端静压上升至最大值。由喷管速度分布模拟效果图可看出，在喷口出静压也呈现越来越高的分布规律，垂直喷口端面的喷吹气流速度也越大。同时，喷口处气流也存在一个随喷管内轴向流动的气流速度，即喷口气流速度为存在一定偏心角度的合成速度，如图4。且该偏心角度随着喷管轴向静压升高而减小，至喷管最末端该喷吹偏心角度最小。

课件喷口喷吹气流量与合成速度大小无关，与偏心角度无关，仅为由喷管内静压引起的垂至于喷口端面的气流速度V1和喷口断面积Ai有关，即仅与喷管内静压和喷口口径有关。因此，在喷口口径一致的情况下，要求喷管内静压也维持恒定，才能实现各喷口气流平衡。故本文所讨论的脉冲喷吹气流组织问题简化为平衡喷管内静压的问题。

2、 渐缩理论分析

利用静压复得法，使喷口间管段内轴向动压降与压力损失相抵消，维持喷管内静压平衡，维持个喷口压力平衡。

由于喷口喷射气流导致喷管内轴向气流骤减，动压骤减，可通过渐缩管的设计，在喷口出由于管断面缩小，促使动压回升。同时，由于管段渐缩导致沿程阻力损失增大，从而缩小管段内的动压降与阻力损失的差值，即减小静压的上升值，尽量使管内静压维持在一个稳定的值。

一下分析仍基于全压和静压分别为217kPa、41 kPa的喷管入口条件。设定喷管初始直径为78mm，喷口口径为d0，喷口数为15.

1-2管段：由于沿程阻力、局部阻力参数变化相对较小，均可忽略，故该管段阻力损失仍未为18.846 kPa。要维持静压不变，需动压降△pd=18.84 kPa，据此反响推算的u2=437m/s，d2=77.5mm。

2-3管段：该段初始管径为77.5mm，初始流速为437m/s，因此沿程阻力与局部阻力分别计算得16.65 kPa、1.1 kPa。反向推算的u2=413m/s，d3=77。

以此类推，本例计算结果为每两喷口间管径渐缩0.5mm。从而可得结论：喷管可设计成渐缩型，一保证喷管内静压平衡，个喷口压力平衡。至于管径渐缩量应根据具体脉冲参数具体计算。

3、 渐缩模拟验证

设置喷吹管初始直径78mm，轴长**m，末端直径**mm。喷口为直接开孔，工15个，口径均为22mm，其轴向间距为200mm。压力入口全压、静压分别为217 kPa、41 kPa，压力出口为大气压。

以上渐缩模拟效果表明，通过渐缩设计后喷管内静压场较品质喷管内静压场明显平衡很多，最末端静压上升，与理论分析结论相一致。因此，具体案例可通过具体参数分析和管段渐缩率的调整，从而平衡喷管内静压，实现喷吹气流均匀的目的。

4、 结论与展望

在喷管管径一定的条件下，随着喷管内静压的升高，垂直喷口端面流速的增大，可相应缩小该处喷口口径，从而实现垂直喷口速度与喷口断面积的乘积维持在一个稳定值。即通过合理布置喷口口径，实现均衡个喷口喷吹气流压力和流量的目的。

脉冲喷管段气流组织是影响脉冲清灰气流的均衡性的重要因素，只有针对工程实际具体脉冲参数，设计合理的喷管形式和管径、喷口形式和口径分布规律，才能从根本上保证脉冲清灰的效果。

文章摘至：《袋式除尘器配件组件选用手册》

作 者：苏州协昌环保科技有限公司