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

周偉朵

(江蘇省電力設(shè)計院，江蘇南京 211102)

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

周偉朵

(江蘇省電力設(shè)計院，江蘇南京 211102)

采用數(shù)值模擬方法對某電廠露天煤場周圍設(shè)置擋風(fēng)抑塵網(wǎng)進行流場模擬，結(jié)合起塵量公式，計算了擋風(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，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，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

我國大部分燃煤電廠的煤場內(nèi)儲煤作業(yè)為連續(xù)性露天操作，煤堆場表面、特別是煤堆頂表面的微細煤粒在風(fēng)力的推動和強渦場的卷吸作用下隨風(fēng)一起運動，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，對煤場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，降低了來流風(fēng)速，極大的損失了來流風(fēng)的動能，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)洞模擬試驗和計算流體力學(xué)兩種方法［1］。計算流體力學(xué)方法與風(fēng)洞試驗方法相比具有研究周期短，不易受實際條件的限制，費用便宜等優(yōu)點。本文使用標準的k－ε模型對煤場防風(fēng)區(qū)域進行了數(shù)值模擬，結(jié)合起塵量計算公式，計算擋風(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 計算對象

本文研究對象為某電廠煤場擋風(fēng)網(wǎng)的抑塵效果，煤場共有4個并列條形煤堆，每個煤堆底部寬度40，底部長度為250m，頂部寬度12m，頂部長度為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。計算區(qū)域取模型對應(yīng)長度的10倍。

1.2 控制方程

本文采用標準k－ε模型進行數(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，按實際形狀建立模型，以現(xiàn)在的個人計算機是無法運行的，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算公式

起塵量計算公式采用美國環(huán)境保護局推薦料堆場起塵模式建立料堆揚塵公式［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、物料重量分數(shù)、摩擦風(fēng)速、觀測高度為z的風(fēng)速、風(fēng)速檢測高度、地面粗糙度、沃卡門常數(shù)(取0.4)。為起塵臨界摩擦風(fēng)速，低于此值時認為不起塵，本文起塵風(fēng)速取3.77m/s［3］，對應(yīng)的起塵臨界摩擦風(fēng)速為0.365。

3 計算結(jié)果

本文對以下工況進行了數(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。通過計算我們可以獲得整個流場的速度分布，對計算結(jié)果進行數(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。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，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，網(wǎng)高與抑塵效果的變化逐漸平緩。防風(fēng)網(wǎng)的造價與高度基本成正比，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)計工作。E－mail:zhouweiduo@jspdi.com.cn