電除塵器氣流分布設(shè)計(jì)優(yōu)化及試驗(yàn)研究

王進(jìn)軒

［宣化冶金環(huán)保設(shè)備制造（安裝）有限責(zé)任公司，河北 張家口 075100］

1 工程概況

本期建設(shè)2×300 MW 級(jí)燃煤供熱機(jī)組并同期建設(shè)脫硫系統(tǒng)，規(guī)劃容量4×300 MW。本期工程供熱機(jī)組除滿足當(dāng)?shù)毓I(yè)熱負(fù)荷的需求外，還將承擔(dān)采暖熱負(fù)荷。

1.1 煤質(zhì)及灰成分分析

煤質(zhì)及灰分分析如表1 所示。

表1 煤質(zhì)及灰分分析

1.2 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

除塵器主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表2 所示。

表2 除塵器主要設(shè)計(jì)參數(shù)

2 氣流分布介紹

除塵設(shè)備內(nèi)氣流的分布狀態(tài)不但與設(shè)備自身的結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且跟與設(shè)備連接的煙道、粉塵特性、除塵設(shè)備運(yùn)行情況等方面有關(guān)。因此，隨著現(xiàn)場(chǎng)總體布置的差異，氣流進(jìn)入除塵設(shè)備的方式各有不同，即使內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全相同的除塵器，其中的氣流均布裝置的設(shè)計(jì)與型式也有可能不盡相同，所以氣流均布裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)按實(shí)際情況相應(yīng)變動(dòng)。氣流分布可通過物理模型試驗(yàn)或仿真軟件模擬試驗(yàn)確定其均勻性[1]。

2.1 物理模型試驗(yàn)介紹

氣流分布物理模型試驗(yàn)是使除塵設(shè)備內(nèi)氣流均勻分布的一種有效方法。用物理模型試驗(yàn)結(jié)果指導(dǎo)除塵設(shè)備氣流均布裝置的設(shè)計(jì)，比起在工況條件下直接進(jìn)行測(cè)試和調(diào)整要更加優(yōu)越。物理模型試驗(yàn)的基本依據(jù)是相似原理。

2.2 Fluent 仿真軟件介紹

計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（computational fluid dynamics,CFD）是流體力學(xué)中的一個(gè)重要分支，其原理是通過軟件模擬獲得流體在特定條件下運(yùn)動(dòng)的相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)用軟件代替物理模型完成試驗(yàn)，為相關(guān)技術(shù)人員提供模擬實(shí)際工況的操作平臺(tái)。該計(jì)算方法已廣泛應(yīng)用于航天、熱動(dòng)、流體、機(jī)械、環(huán)境工程等多個(gè)與流體相關(guān)的領(lǐng)域[2-3]。

3 Fluent 軟件測(cè)試方法、過程及結(jié)果

3.1 仿真建模

分割模型網(wǎng)格，將Elements 設(shè)置為Tet/Hybrid，Type 采用Tgird，生成的總網(wǎng)格數(shù)約為142 萬。對(duì)于模型邊界條件的設(shè)置，入口為velocityˉinlet，出口為outflow，分布板設(shè)置為 porousˉjump，導(dǎo)流板設(shè)為 wall，因該除塵器為雙室結(jié)構(gòu)，中間設(shè)有隔板，則將其設(shè)為interior。

3.2 煙箱內(nèi)增加兩層分布板

在除塵器煙箱中增加兩層開孔率不同的分布板，靠近進(jìn)風(fēng)口處（小板）的開孔率為60%，靠近本體（大板）的開孔率為50%。

表3 中各速度值表示兩室的速度值不同，代表兩室的煙氣量不均，因此將造成雙室的收塵效果及磨損程度不同，不利于除塵器正常工作。所以要在煙箱分配器中適當(dāng)增加分配裝置使進(jìn)入雙室的煙氣量相近。

表3 未加導(dǎo)流板時(shí)本體入口截面的速度值 單位：m/s

3.3 在煙箱分配器中加導(dǎo)流板

在兩個(gè)進(jìn)口中間連線處加裝兩塊導(dǎo)流板，并將兩塊板之間的夾角設(shè)為100°，保持其他條件均不變。模擬實(shí)施該方案后，發(fā)現(xiàn)此時(shí)兩室速度（流量）基本相同。

3.4 在各個(gè)進(jìn)風(fēng)口處加導(dǎo)流板

以除塵器A 室為例加導(dǎo)流板，在離外壁300 mm處加裝一塊與縱向相交10°、1400 mm 處加一塊與縱向相交 20°、2500 mm 處加一塊與縱向相交 15°、寬度為600 mm 導(dǎo)流板，保持分布板開孔率不變，得到左、右室速度平均值分別為1.03 m/s、1.05 m/s，均方根分別為0.37、0.36。由此可見，設(shè)置導(dǎo)流板能改進(jìn)氣流分布，使氣流更加均勻，有利于除塵器的正常工作。增加導(dǎo)流板后本體入口截面的速度值如表4 所示。

表4 增加導(dǎo)流板后本體入口截面的速度值 單位：m/s

3.5 改變分布板的開孔率

保持導(dǎo)流板狀態(tài)不變，改變分布板開孔率，將靠近進(jìn)風(fēng)口處的開孔率變更為55%，靠近本體的開孔率變更為45%，模擬實(shí)施方案后得到的結(jié)果如表5所示。

表5 改變分布板開孔率后本體入口截面的速度值 單位：m/s

從表5 中數(shù)據(jù)可以看出，除塵器的中部流速較大，四周速度較小，這樣的氣流分布有利于粉塵的收集。通過計(jì)算，表5 中左、右室速度平均值分別為0.95 m/s、0.94 m/s，均方根分別為 0.17、0.19。技術(shù)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)要求，均方根值不大于0.25，因此本模擬結(jié)果符合要求。

4 物模測(cè)試方法、過程及結(jié)果

4.1 物理模型氣流分布測(cè)試方法

物理模型的測(cè)點(diǎn)截面一般設(shè)在第一電場(chǎng)進(jìn)口側(cè)前。將截面分為若干個(gè)等面積的矩形，在其中點(diǎn)測(cè)量風(fēng)速。一般情況下，相鄰測(cè)點(diǎn)間距不大于1000 mm，上、下各行測(cè)點(diǎn)到各電場(chǎng)邊緣的距離不大于600 mm。該模型斷面共布置10×9=90 個(gè)測(cè)點(diǎn)[4]。

4.2 測(cè)試過程、測(cè)定結(jié)果及分析

在正式測(cè)試前再次檢查各組部件安裝情況并進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整完畢后開始測(cè)試。

將初次測(cè)定結(jié)果的數(shù)據(jù)列出，如表6 所示。由表6 可知除塵器中間部分氣流偏小，四周氣流大，無法均勻通過電場(chǎng)，需進(jìn)行氣流調(diào)整。

在模型中增加導(dǎo)流板，多次調(diào)整導(dǎo)流板角度和分布板開孔率后，得出測(cè)定數(shù)據(jù)，如表7 所示。雖然除塵器中間部分風(fēng)速值依舊偏小，但是較表6 中風(fēng)速值有明顯增加，同時(shí)邊緣的風(fēng)速亦下降。通過計(jì)算得出其均方根能達(dá)到設(shè)計(jì)要求（均方根值不大于0.25），試驗(yàn)數(shù)值合格。

表6 物模初次測(cè)定結(jié)果 單位：m/s

表7 調(diào)整后測(cè)定結(jié)果 單位：m/s

5 結(jié)語

本設(shè)備安裝完畢后，由具備資質(zhì)的第三方進(jìn)行了實(shí)際測(cè)試，結(jié)果與上述兩種測(cè)試結(jié)果基本相同，進(jìn)一步驗(yàn)證了物模及數(shù)模結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（1）物模試驗(yàn)和數(shù)模均需要通過考慮導(dǎo)板板來保證各室煙氣量均分，試驗(yàn)結(jié)論相同。

（2）物模試驗(yàn)和數(shù)值模擬后兩者均方根值和風(fēng)速基本相同，兩種試驗(yàn)方法均可用于設(shè)計(jì)依據(jù)。

（3）當(dāng)氣流分布不均勻時(shí)，可先考慮在氣流較大一邊增加幾塊導(dǎo)流板（其寬度需多次試驗(yàn)后確定）均布?xì)饬鳌?/p>

（4）本體周邊氣流速度值不宜過大，否則將導(dǎo)致二次揚(yáng)塵，不利于粉塵收集[5]。

（5）相較于物理模型，數(shù)模在時(shí)間和財(cái)力上更加節(jié)省。

綜上所述，本文描述了某電除塵導(dǎo)流板及分布板的設(shè)置，并進(jìn)行了一系列的數(shù)值模擬，再將數(shù)模結(jié)果應(yīng)用到物模上進(jìn)行校驗(yàn)。同時(shí)還分析了兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)。本次模擬得到的結(jié)果，可以為本項(xiàng)目及后期其他除塵器氣流均布裝置的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供參考。