用數(shù)值模擬方法研究擋風(fēng)抑塵網(wǎng)高度對(duì)抑塵效率影響

周偉朵

(江蘇省電力設(shè)計(jì)院，江蘇南京 211102)

用數(shù)值模擬方法研究擋風(fēng)抑塵網(wǎng)高度對(duì)抑塵效率影響

周偉朵

(江蘇省電力設(shè)計(jì)院，江蘇南京 211102)

采用數(shù)值模擬方法對(duì)某電廠露天煤場(chǎng)周圍設(shè)置擋風(fēng)抑塵網(wǎng)進(jìn)行流場(chǎng)模擬，結(jié)合起塵量公式，計(jì)算了擋風(fēng)抑塵網(wǎng)在不同高度下的抑塵效率。擋風(fēng)墻高度分別12m、16m、20m、24m，當(dāng)風(fēng)速為4.3m/s時(shí)，擋風(fēng)抑塵網(wǎng)效率分別為67.2%、81.4%、86.6%和88.3%;當(dāng)風(fēng)速為20m/s時(shí)，抑塵網(wǎng)效率分別為55.1%、69.8%、74.6%和76.5%。

擋風(fēng)抑塵網(wǎng);數(shù)值模擬;抑塵效率;網(wǎng)高

我國(guó)大部分燃煤電廠的煤場(chǎng)內(nèi)儲(chǔ)煤作業(yè)為連續(xù)性露天操作，煤堆場(chǎng)表面、特別是煤堆頂表面的微細(xì)煤粒在風(fēng)力的推動(dòng)和強(qiáng)渦場(chǎng)的卷吸作用下隨風(fēng)一起運(yùn)動(dòng)，使空氣中彌漫煤粒，不僅污染了廠區(qū)的環(huán)境質(zhì)量，也造成了大量的物料流失，同時(shí)，對(duì)煤場(chǎng)周邊的工作人員及周邊居民的身體健康造成危害。擋風(fēng)抑塵網(wǎng)是一種多孔障礙物，空氣流過擋風(fēng)抑塵網(wǎng)時(shí)，降低了來流風(fēng)速，極大的損失了來流風(fēng)的動(dòng)能，減少了來流風(fēng)的湍流度和渦流，降低煤堆料表面的剪切應(yīng)力，從而減少了堆煤的起塵量，實(shí)現(xiàn)擋風(fēng)抑塵。

目前，防風(fēng)網(wǎng)的擋風(fēng)抑塵效果研究方式主要有風(fēng)洞模擬試驗(yàn)和計(jì)算流體力學(xué)兩種方法［1］。計(jì)算流體力學(xué)方法與風(fēng)洞試驗(yàn)方法相比具有研究周期短，不易受實(shí)際條件的限制，費(fèi)用便宜等優(yōu)點(diǎn)。本文使用標(biāo)準(zhǔn)的k－ε模型對(duì)煤場(chǎng)防風(fēng)區(qū)域進(jìn)行了數(shù)值模擬，結(jié)合起塵量計(jì)算公式，計(jì)算擋風(fēng)抑塵網(wǎng)在不同高度下的擋風(fēng)抑塵效果。

1 數(shù)值模擬

1.1 計(jì)算對(duì)象

本文研究對(duì)象為某電廠煤場(chǎng)擋風(fēng)網(wǎng)的抑塵效果，煤場(chǎng)共有4個(gè)并列條形煤堆，每個(gè)煤堆底部寬度40，底部長(zhǎng)度為250m，頂部寬度12m，頂部長(zhǎng)度為222m，煤堆間底部間距11m，煤堆高度為12m。擋風(fēng)網(wǎng)布置于煤堆四周，各邊離煤堆的距離為15m。計(jì)算區(qū)域取模型對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度的10倍。

1.2 控制方程

本文采用標(biāo)準(zhǔn)k－ε模型進(jìn)行數(shù)值模擬，空氣為不可壓縮且無質(zhì)量和熱量交換，控制方程組為:

1.3 邊界條件

上界面、兩側(cè)面和流出面均按自由邊界處理，地面邊界按無滑移粗糙壁面處理，煤堆邊界按無滑移光滑壁面處理。擋風(fēng)網(wǎng)上布滿孔洞，按實(shí)際形狀建立模型，以現(xiàn)在的個(gè)人計(jì)算機(jī)是無法運(yùn)行的，采用Fluent中多孔介質(zhì)階躍模型(Porous－jump)模擬擋風(fēng)網(wǎng)，開孔率約為40%。

2 起塵量及抑塵效率計(jì)算公式

起塵量計(jì)算公式采用美國(guó)環(huán)境保護(hù)局推薦料堆場(chǎng)起塵模式建立料堆揚(yáng)塵公式［2］:

式中:B貨種，kDi，wDi，，uj，z，z，z0，к分別為起塵量調(diào)節(jié)系數(shù)、起塵因子、物料重量分?jǐn)?shù)、摩擦風(fēng)速、觀測(cè)高度為z的風(fēng)速、風(fēng)速檢測(cè)高度、地面粗糙度、沃卡門常數(shù)(取0.4)。為起塵臨界摩擦風(fēng)速，低于此值時(shí)認(rèn)為不起塵，本文起塵風(fēng)速取3.77m/s［3］，對(duì)應(yīng)的起塵臨界摩擦風(fēng)速為0.365。

3 計(jì)算結(jié)果

本文對(duì)以下工況進(jìn)行了數(shù)值模擬:無擋風(fēng)墻，擋風(fēng)墻高度分別為12m、14m、16m、18m、20m、22m、24m，風(fēng)速分別為4.3m/s和20m/s。通過計(jì)算我們可以獲得整個(gè)流場(chǎng)的速度分布，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理可以獲得不同工況下煤堆表面的摩擦風(fēng)速，通過起塵量及抑塵率計(jì)算公式就可以得到不同高度下?lián)躏L(fēng)抑塵網(wǎng)的抑塵率，計(jì)算結(jié)果見表1。

從表1可以看出，在風(fēng)速為4.3m/s和20m/s時(shí)。網(wǎng)高從12m增加到16m，抑塵效率分別提高了14.2%和14.7%;網(wǎng)高從16m增加到20m，抑塵效率提高了5.2%和4.8%。從計(jì)算結(jié)果可知，在相同網(wǎng)高下，抑塵效率隨著風(fēng)速的增大而減小;抑塵效率在同一風(fēng)速下隨著擋風(fēng)網(wǎng)的增高而增大，但是增加幅度隨著網(wǎng)高增加趨緩。

表1 不同高度下?lián)躏L(fēng)抑塵網(wǎng)的抑塵效率

4 結(jié)語

通過以上的數(shù)值模擬和分析我們可以得出在煤場(chǎng)周圍設(shè)置擋風(fēng)網(wǎng)后能夠起到防風(fēng)抑塵的作用，抑塵效果隨網(wǎng)高的增高而增大，當(dāng)防風(fēng)網(wǎng)高度為煤堆高度1～1.5倍時(shí)，網(wǎng)高與抑塵效率變化較顯著，當(dāng)防風(fēng)網(wǎng)高度為煤堆高度1.5倍以上時(shí)，網(wǎng)高與抑塵效果的變化逐漸平緩。防風(fēng)網(wǎng)的造價(jià)與高度基本成正比，因此根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)保要求，防風(fēng)網(wǎng)高度在煤堆高度的1～1.5倍范圍內(nèi)選擇比較合適。

［1］John D，Anderson J R.計(jì)算流體力學(xué)入門［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2002.

［2］Axtell K，Cowherd C.Improved Emission Factors for Fugitive Dust from Surface Coal Mining Sources［Z］.Cincinnati:U.S.Environmental Protection Agency，1984.

［3］戴明新，劉長(zhǎng)兵，白景峰.專業(yè)煤港粉塵總量控制方法的研究［J］.交通環(huán)保，2003，24(1):1－3.

Relationship between height and efficiency of wind－proof and dust suppressing network by numerical simulation

The dust suppressing efficiency of different heights is simulated by numerical simulating of the flow of the wind－proof and dust suppressing network around the open coal yards of a Power Plant.When the windproof wall is 12，16，20，24 meter height respectively，wind velocity is 4.3m/s，the dust suppressing efficiency is 67.2%，81.4%，86.6%and 88.3%respectively.When the wind velocity is 20m/s，the dust suppressing efficiency is55.1%，69.8%，74.6%and 76.5%respectively.

wind－proof and dust suppressing network;numerical simulation;dust suppressing efficiency;height

X701.2

B

1674－8069(2012)01－046－02

2011-09-16;

2011-12-23

周偉朵(1979-)，女，浙江紹興人，工程師，從事火電廠輸煤除灰系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。E－mail:zhouweiduo@jspdi.com.cn