除塵器前煙道平式分配母管優(yōu)化設計分析

程 鵬，侯慶偉，曹洪振

（山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250013）

0 引言

火力發(fā)電機組除塵器入口的煙道用于連接空氣預熱器與除塵器，并將煙氣分配到除塵器各室，除塵器各室煙氣分配的均勻程度對除塵器電耗和除塵效率影響明顯［1］。

除塵器前煙道流場分析，一直是國內流體力學研究熱點，國內對此進行了很多理論研究。如周凱等對1 000 MW機組6種不同煙道布置進行煙氣均勻性對比分析［2］，張樂川等對600 MW機組兩種不同煙道布置進行了流場分析［3］，高榮偉等除塵器入口煙道阻力特性進行數(shù)值模擬［4］。然而這些學者只是對常規(guī)煙道布置進行理論研究，某工程采用新型平式分配母管，為保證煙氣分配均勻，有必要深入研究。

對除塵器前煙道進行三維建模，運用Fluent進行數(shù)值模擬，比較分析分配裝置不同結構參數(shù)對除塵器入口氣流均勻性的影響，為分配裝置的設計提供必要的理論指導。

1 平式分配母管設計參數(shù)

某工程2×1 000 MW 機組除塵器前煙道設計過程中，由于空預器出口與除塵器入口高差過少，無法采用常規(guī)兩個彎頭連接提升高度的形式；而是采用新設計的分配母管為平式的煙氣分配裝置加一個彎頭提升高度的形式。3個圓形分配支管一端分別與分配母管連接，另一端分別與除塵器連接，具體布置方式如圖1所示，圖2為平式分配母管示意圖。

氣流分布均勻性是保證電除塵效率的先決條件，根據(jù)JB/T 7671—2007《電除塵器氣流分布模擬試驗》標準“各封頭（室）的流量和理想分配流量之相對誤差不超過±5%”。為滿足上述規(guī)程，平式分配母管設計參數(shù)見表1。

圖1 除塵器前煙道布置方式

圖2 平式分配母管示意

表1 平式分配母管設計參數(shù) mm

2 流動模型的建立

根據(jù)流體理論，煙道內的流動是三維湍流問題，由于湍流的復雜性，通常需要借助合適的湍流模型。由于煙道內存在回流，且計算區(qū)域較多，采用應用比較多的 k-ε 兩方程模型［5］。

連續(xù)性方程

運動方程

湍流動能方程k和擴散方程ε

式中：ρ為流體密度；t為時間；xi為i方向的位移；Fi為微單元流體所受的i方向的力；p為微單元流體的壓強；μ 為流體運動粘度；xi，xj，xk分別為 i，j，k 方向的位移；ui，uj，uk分別為 i，j，k 方向的速度分量；ui，uj分別為i，j方向的平均速度分量。

G為湍流生成項，其關系式為

上序各個方程的系數(shù)值如下：Cε1=1.44，Cε2=1.92，δ=1.0，δi=1.3。

3 邊界條件

數(shù)值分析選擇連續(xù)相模型及顯式差分格式，采用SIMPLE算法求解k-ε兩方程模型，模擬分析煙道內的速度分布情況。入口邊界條件認為來流速度充分發(fā)展且分布均勻，入口k值取為來流速度平均動能的0.5%，入口k-ε值按相關公式求得；將壓力出口定為出口邊界條件；煙道壁視為絕熱壁面；對于壁面附近的區(qū)域，采用壁面函數(shù)法修正［6］。

4 結果與分析

根據(jù)表1設計參數(shù)對上述工程除塵器前煙道流場進行了計算機模擬計算，3種方案除塵器入口煙氣質量流量（左、中和右）結果如表2所示

表2 3種方案除塵器入口煙氣質量流量

由表1和表2可以看出，方案2相比方案1，僅L值減少，3個除塵器入口流量偏差明顯減少。這是因為L處相當于一個擋板，煙氣從入口經過L處回流后進入左側除塵器入口支管，當L值越大進入左側除塵器入口位置的煙氣流量會越大，另兩側的流量相應減少。所以隨著方案2中L值減少為3 820 mm，流量偏差明顯減少。方案3和方案2相比L值不變，增加R值倒角，3個除塵器入口流量偏差均未超過±5%，滿足規(guī)程要求。增加倒角，一方面是相當于減少了L值，另一方面是優(yōu)化了倒角處局部流場，減少阻力，可以降低引風機電耗。方案3數(shù)值模擬速度云圖見圖3。

圖3 方案3除塵器煙道速度云圖

5 結語

采用標準k-ε湍流模型，利用Fluent求解器對空預器出口至電除塵器入口段煙道平式分配母管進行優(yōu)化仿真。通過調整分配母管設計參數(shù)L和R，可以保證除塵器入口氣流的均勻性，滿足規(guī)程要求。

此外除塵器廠家對除塵器入口速度相對標注偏差有要求，流場偏差較大，二次流較嚴重。下一步的工作將是利用數(shù)值模擬技術研究不同導流板的設置對除塵器入口速度相對標準偏差的影響。