灰渣庫放灰過程冒灰治理結構優化

王 赫，李少鋒

(1.國電鞍山熱電廠，遼寧 鞍山 114000；2.華能巢湖發電廠，安徽 巢湖 238000)

熱電廠鍋爐設備燃燒產生的煙氣中，粉塵經過處理收集后通常儲存在庫中，以待填埋或者售賣處理，除了采用管道運輸外，多數灰渣采用汽車運輸，在灰庫向汽車車廂內輸灰的過程中，由于大量的灰粒從灰斗中落入車廂[1]，對車廂內空氣產生擠壓，導致內部空氣壓力大于外部車間，產生粉塵污染[2]，同時汽車停靠的位置每次都不相同，導致每次汽車接灰時，車廂接口與下會口之間間隙形狀都不相同[3]。采用覆蓋件將粉塵口覆蓋的方法難以實現。為了保證粉塵裝卸順暢，現場的粉塵治理無法使用噴霧或者干霧等增加灰粒濕度的措施[4]，而電除塵此類設備的建設成本較高[5]，單純為灰庫建設電除塵設備，效費比較低。對于目前使用汽車運輸灰渣的企業，其缺乏一種簡單有效且低投入的粉塵治理方法。

本文提出一種低投入的粉塵治理方法，無需額外增加動力設備，不改變現場生產工藝流程，同時能夠有效減少粉塵向車間內的逸散，可為有同樣需求的企業提供參考。

1 技改方案和結構參數

以某電廠的細灰庫為研究對象，其車間內流場結構見圖1，其卸灰方式為汽車運輸。車間為圓柱形，汽車進出口為矩形截面，在車廂存在的情況下，車廂的進灰口處于下灰斗的下方，細灰通過下灰斗向車廂內流動，粉塵沿間隙口溢出，向周圍擴散。通過現場研究，提出優化方案：在下灰斗外側增加收集罩，收集罩與下灰斗出口之間存在一定的間隙，并通過管道連接至灰庫上方的分離器入口。

圖1 車間內流場結構

圖2 流場結構參數

流場結構參數見圖2。車間為圓柱狀，半徑為3000 mm，高度為5000 mm，出口截面高度與圓柱體相同，寬度為3850 mm，灰斗位于圓柱上部中心，車廂接灰口與灰斗出口處于同一圓心位置，收集罩上部圓形半徑為1500 mm，灰斗上部圓形半徑為1000 mm，灰斗出口圓形半徑為200 mm，車廂接灰口圓形半徑為600 mm，中間陰影部分為車廂，其高度為3920 mm，寬度為3000 mm，車廂接灰口突出部分高度為80 mm，收集罩下部圓形半徑為2000 mm。

網格劃分采用非結構化四面體，保證流場內不規則流動的計算精度，選擇網格數量為339 215。為達到較好的網格計算效率，在模型選擇上使用Euler多項流模型，以更好地反映顆粒逸散。同時由于存在較多的圓形結構，選擇k-εrealizable型湍流模型，邊界條件設置上，一般采用速度入口和壓力出口。

2 計算與分析

當開始放灰后，由于車廂內的壓力作用，粉塵開始從間隙口向外冒出，當時間達到40 s后，實際運行中，在車間外能夠看見較為明顯的粉塵，故對粉塵外溢車間內的粉塵運動進行研究。

粉塵運動的路徑和顆粒濃度見圖3，在技改前，多數粉塵在向上運動受到阻礙后沿車間的上部空間壁面向下并向兩側運動，當其運動至頂部邊緣時，也通過前后出口逃逸車間，在此過程中由于車間總體呈現圓柱形以及下灰斗的椎體形狀，兩側粉塵向中間運動受阻，轉而向兩側運動，形成螺旋向下的渦流。粉塵的總體分布上，上部明顯大于底部空間，而上部的前后出口兩側區域粉塵明顯較濃，此時由于進出口為保證車輛通行，無法進行遮擋，粉塵大量逃逸。技改后，車間內的粉塵流動路徑明顯發生了改變，粉塵從間隙口向外運動，在下灰斗的作用下，向上向外擴散，但在此過程中受到了收集罩的阻礙，大多數顆粒從收集罩出口脫離車間，由于部分粉塵在重力作用或者其位置處于收集罩外側，其向上運動時，運動路徑會重復技改前顆粒運動的路徑。在粉塵分布上，技改后粉塵大多集中在收集罩內部，并沿收集罩出口脫離。少部分粉塵向上運動至頂部后，沿前后出口的頂部逃逸，在圓柱體車間的兩測對應位置也分別形成了2個渦流，其粉塵含量明顯低于技改前。

圖3 粉塵流線與濃度分布

粉塵從間隙口流出后，其在車間上部的運動可由中心位置的Y-Z方向截面分析，具體見圖4，在其沿間隙口向上運動時，由于多數顆粒沿灰斗的下表面運動，在技改前方案中，顆粒向上運動過程受重力和運動方向逐漸轉向水平的影響，灰斗上部表面的顆粒濃度逐漸下降；在技改后，由于上部存在出口，運動時氣流該向的阻力明顯小于技改前，顆粒繼續向上運動，在灰斗的上表面顆粒濃度雖有所下降，但仍然大于技改前。在收集罩外側，上部區域存在顆粒濃度較大的區域，而在技改前，由于沒有收集罩，氣流貼著車間頂部運動，并在兩側形成較大渦流，在渦流區域內存在較多的灰塵顆粒。

圖4 Y-Z中間截面的顆粒運動

收集罩的作用主要為處理阻礙攜帶顆粒的氣流外逃逸，收集罩上的顆粒分布情況見圖5，在收集罩前后方向，顆粒分布存在較大區域，其主要是阻礙顆粒沿前后方向出口運動，在側方上部出現2個濃度較高區域，主要是顆粒在上部運動不暢，在該區域存在小型渦流，顆粒在收集罩和頂部的角落沉降并落在收集罩上。但從該區域沉降也可以判斷，收集罩無法完全將灰塵氣流控制在收集罩內，氣流在向上運動過程中，收集罩向上收縮，灰斗向上擴張，使得通流截面縮小，運動阻力增加。

圖5 收集罩表面顆粒分布

技改后流場內結構產生變化，沿進出口向外逃逸的粉塵數量也有所減少，通過對不同出口的顆粒量所占總體數量的比值可以直觀看出收集罩效果。

設置收集罩后，收集罩出口的粉塵量占總量的44.1%，而進出口逃逸的粉塵量減少為技改前的55.9%，向外逃逸的粉塵明顯減少，可見使用收集罩效果明顯。

由于收集罩內出口的壓力在不對分離器能耗產生較大影響情況下，計算并未考慮其處于負壓狀態的情況，但可從現有結果預測收集罩出口處于負壓后，收集罩的效果將有所提高。

3 結論

a.放灰開始40 s后的車間內，技改前粉塵大量從間隙口向外運動，并在上部形成渦流沿出口上部區域逃逸。

b.收集罩結構阻礙了部分灰顆粒的擴散，使頂部顆粒量明顯減少，車間兩側渦流縮小。

c.技改后出口粉塵逃逸量減少了44.1%，收集罩對減少粉塵污染效果明顯。