本體結(jié)構(gòu)與氣流分布對(duì)袋式除塵器運(yùn)行的影響

楊傳遍，燕艷嬌，劉　軼

（南京龍?jiān)喘h(huán)保有限公司，南京　210012）

本體結(jié)構(gòu)與氣流分布對(duì)袋式除塵器運(yùn)行的影響

楊傳遍，燕艷嬌，劉軼

（南京龍?jiān)喘h(huán)保有限公司，南京210012）

從袋式除塵器本體結(jié)構(gòu)與氣流分布角度論述了其對(duì)除塵器穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響。針對(duì)袋式除塵器在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的阻力高、破袋頻繁現(xiàn)象，分析了問(wèn)題的癥結(jié)所在，闡述了改造依據(jù)及改造后的運(yùn)行參數(shù)和效果。

本體結(jié)構(gòu)；氣流分布；數(shù)值模擬；穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

影響袋式除塵器穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的主要因素有：濾料與氣布比的選擇、清灰方式及其系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、進(jìn)出口煙道的布置、本體結(jié)構(gòu)與氣流分布的計(jì)算、保護(hù)裝置和控制系統(tǒng)的運(yùn)行、除塵器的運(yùn)行維護(hù)管理等。本文以某熱電廠半干法循環(huán)流化床脫硫配套的袋式除塵器為例，從袋式除塵器本體結(jié)構(gòu)與氣流分布角度，論述了本體結(jié)構(gòu)與氣流分布對(duì)袋式除塵器穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響。

1　案例的原始設(shè)計(jì)參數(shù)

某熱電廠機(jī)組鍋爐最大連續(xù)出力（BMCR）為410t/h。

脫硫除塵工藝流程：鍋爐→預(yù)（電）除塵器 →脫硫塔→袋式除塵器→引風(fēng)機(jī)→煙囪，脫硫采用的是半干法循環(huán)流化床脫硫技術(shù)。脫硫運(yùn)行情況下的袋式除塵器入口處煙氣參數(shù)如表1；粉塵成分如表2；非脫硫運(yùn)行時(shí)袋式除塵器入口處的煙氣數(shù)據(jù)如表3。

表1　脫硫運(yùn)行時(shí)袋式除塵器入口處的煙氣參數(shù)

表2　脫硫運(yùn)行情況下的粉塵成分

表3　非脫硫運(yùn)行時(shí)袋式除塵器入口處煙氣參數(shù)

2　原袋式除塵器本體設(shè)計(jì)與氣流分布

原袋式除塵器本體設(shè)計(jì)如圖1。進(jìn)氣喇叭口內(nèi)設(shè)有2層氣流分布板和堵板。主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表4。

圖1　原袋式除塵器本體設(shè)計(jì)圖

表4　原袋式除塵器主要設(shè)計(jì)參數(shù)

運(yùn)行中的主要問(wèn)題有：1）運(yùn)行阻力高，壓差1800Pa；2）布袋破損頻繁，粉塵排放濃度超標(biāo)。

3　袋式除塵器本體結(jié)構(gòu)改造方案

設(shè)備本體結(jié)構(gòu)型式產(chǎn)生的氣流阻力在袋式除塵器的總壓力損失比例中，袋式除塵器投運(yùn)初期比例較大，隨著運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)，比例逐年下降。但由于設(shè)備本體阻力有持續(xù)影響，優(yōu)良的結(jié)構(gòu)型式能顯著降低袋式除塵器的總壓力損失、降低除塵器的能耗。為了降低除塵器本體阻力，可通過(guò)阻力計(jì)算、實(shí)測(cè)流場(chǎng)氣流分布及阻力、模型試驗(yàn)測(cè)試氣流分布和阻力、計(jì)算機(jī)模擬氣流等手段，提高除塵器的結(jié)構(gòu)效率，達(dá)到降低能耗的目的。

該案例的脫硫工況除塵器入口粉塵濃度很高，本體結(jié)構(gòu)偏小，除塵器內(nèi)部煙氣流速高，致使本體結(jié)構(gòu)阻力大。改造設(shè)計(jì)過(guò)程中，本著降低改造成本、縮短改造工期原則，優(yōu)化結(jié)構(gòu)方案，原袋式除塵器煙氣室每個(gè)通道中未被利用的1.12米寬度加以利用（共計(jì)2個(gè)通道），并在原袋式除塵器的基礎(chǔ)上，將煙氣室加高了5米，使本體結(jié)構(gòu)阻力大幅下降。

改造后的本體結(jié)構(gòu)如圖2，本體設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表5。

圖2　改造后的袋式除塵器本體設(shè)計(jì)圖

4　氣流分布改造方案

袋式除塵器內(nèi)部的氣流設(shè)計(jì)理念要求各處的氣流速度不是均布，需要根據(jù)除塵器濾袋布置的特點(diǎn)進(jìn)行氣流分布，這樣才能達(dá)到較為理想的設(shè)計(jì)值。氣流分布板的合理設(shè)計(jì)，能夠保證整機(jī)的阻力保持在一個(gè)較低的水平。同時(shí)，保證和確定袋束周圍、袋束底部、灰斗內(nèi)的最佳流速等參數(shù)，使設(shè)備阻力損失和濾袋的磨損降至最小，并最大限度降低濾袋束及其周邊最小的氣流上升速度，保證高效落灰。

表5　改造后的袋式除塵器主要設(shè)計(jì)參數(shù)

袋式除塵器的氣流分布是影響袋式除塵器整機(jī)性能、除塵設(shè)備安全的關(guān)鍵因素之一，對(duì)氣流分布均勻性及合理性的設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。

袋式除塵器氣流分布的設(shè)計(jì)，需在方案討論、理論計(jì)算、水力模型的試驗(yàn)數(shù)據(jù)、應(yīng)用軟件（Fluent）的流場(chǎng)模擬等基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出袋式除塵器的氣流分布裝置。

隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算速度的快速提高，大型設(shè)備內(nèi)流場(chǎng)的數(shù)值模擬已成為研究和解決工程實(shí)際問(wèn)題的重要工具。為盡可能提高模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，數(shù)值模擬平臺(tái)按實(shí)際除塵器尺寸建立，采用工作站進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。對(duì)脫硫塔出口至袋式除塵器出口內(nèi)氣、固兩相流動(dòng)分別采用歐拉方法和拉格朗日方法建立數(shù)學(xué)模型，即用歐拉方法模擬連續(xù)的氣相，用拉格朗日方法跟蹤計(jì)算離散顆粒相。在離散顆粒場(chǎng)的數(shù)值模擬過(guò)程中，采用目前常用的硬球模型并結(jié)合蒙特卡諾（DSMC）方法進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。

該案例，1臺(tái)鍋爐配備1座脫硫塔及1臺(tái)袋式除塵器，脫硫塔的2個(gè)出口對(duì)應(yīng)除塵器的2個(gè)通道，脫硫塔出口至除塵器入口有2個(gè)90°彎頭且每個(gè)通道的除塵器對(duì)應(yīng)進(jìn)口煙道非對(duì)稱布置。原設(shè)計(jì)方案中，為了解決氣流偏心問(wèn)題，在進(jìn)口喇叭口內(nèi)除塵室偏心側(cè)設(shè)置堵板，同時(shí)設(shè)計(jì)有氣流分布板。

經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算，原有的氣流分布設(shè)計(jì)方案氣流分布效果較差，局部流速高，導(dǎo)致運(yùn)行過(guò)程中布袋破損頻繁。經(jīng)過(guò)多種方案計(jì)算比較，氣流分布設(shè)計(jì)方案改為：進(jìn)口喇叭口底部改為圓弧過(guò)渡，在除塵器進(jìn)口2個(gè)彎頭處和除塵器入口不對(duì)稱短煙道內(nèi)分別設(shè)置導(dǎo)流板，除塵器進(jìn)口喇叭口內(nèi)設(shè)置2層不同開(kāi)孔率的氣流分布板，喇叭口底部及煙氣室下方設(shè)置條形導(dǎo)流板。氣流分布板配置如圖3，導(dǎo)流板立體結(jié)構(gòu)如圖4。

圖3　氣流分布板配置圖

圖4　導(dǎo)流板立體結(jié)構(gòu)圖

計(jì)算機(jī)模擬氣流分布流場(chǎng)見(jiàn)圖5，濾袋迎風(fēng)面流場(chǎng)分布見(jiàn)圖6，袋底平面流場(chǎng)分布見(jiàn)圖7。

計(jì)算機(jī)氣流分布模擬結(jié)果顯示，除塵器內(nèi)部各點(diǎn)煙氣流速均在合理的速度區(qū)間內(nèi)，一方面，不會(huì)發(fā)生氣流沖刷破袋情況，有利于濾袋長(zhǎng)期、有效運(yùn)行，除塵器粉塵能夠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放；另一方面，合理分配氣流，可減少二次揚(yáng)塵，降低除塵器的結(jié)構(gòu)阻力和運(yùn)行阻力。

圖5　除塵器中軸線流場(chǎng)分布

圖6　濾袋迎風(fēng)面流場(chǎng)分布

圖7　袋底平面流場(chǎng)分布

5　結(jié)語(yǔ)

該案例的袋式除塵器改造投運(yùn)后，連續(xù)運(yùn)行15個(gè)月未發(fā)生破袋現(xiàn)象，運(yùn)行壓差804.1Pa，除塵器整體阻力1065.5Pa，粉塵排放濃度≤20mg/Nm3。

袋式除塵器本體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)直接決定了本體結(jié)構(gòu)阻力，關(guān)系到整臺(tái)機(jī)組節(jié)能降耗；氣流分布的設(shè)計(jì)直接影響到除塵器濾袋的壽命、設(shè)備阻力、除塵效率、鍋爐系統(tǒng)安全等，關(guān)系到整臺(tái)機(jī)組的安全運(yùn)行和節(jié)能減排。

袋式除塵器的本體結(jié)構(gòu)與氣流分布是影響袋式除塵器整機(jī)性能、除塵器穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及鍋爐系統(tǒng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一。也是評(píng)價(jià)一臺(tái)袋式除塵器裝機(jī)水平高低的標(biāo)志性因素之一，因此，袋式除塵器設(shè)計(jì)中本體結(jié)構(gòu)與氣流分布的設(shè)計(jì)合理性非常關(guān)鍵。

袋式除塵器本體結(jié)構(gòu)與氣流分布影響著袋式除塵器的穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，是重要因素之一，但不是唯一因素，一臺(tái)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的袋式除塵器，還需要綜合考慮其它多種因素，包括濾料與氣布比的選擇、清灰方式及其系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、進(jìn)出口煙道的布置、保護(hù)裝置和控制系統(tǒng)的運(yùn)行、除塵器的運(yùn)行維護(hù)管理等。

Impact of Noumenon Structure and Airflow Distribution on Bag Precipitator Operation

YANG Chuan-bian，YAN Yan-jiao，LIU Yi
（Nanjing Longyuan Environment Co.，Ltd，Nanjing 210012，China）

The paper discusses the impact of the noumenon structure and airflow distribution of bag precipitator on precipitator stabilization and economical operation. Based on the high resistance and frequent broken bags phenomenon during the bag precipitator operation，the paper analyzes the sticking point of the problem and elaborates the operating parameters and effects of reform basis and after reform.

structure；air flow distribution；numerical simulation；stabilization of economical operation

X701.2

A

1006-5377（2016）10-0044-04