基于冷態(tài)模型提高省煤器出口飛灰捕集效率的實(shí)驗(yàn)研究

劉 毅， 張 千， 陳鴻偉， 楊 新， 許文良， 羅 敏

(1.神華國華 北京電力研究院有限公司，北京 100016； 2.華北電力大學(xué) 能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院，河北 保定 071003)

基于冷態(tài)模型提高省煤器出口飛灰捕集效率的實(shí)驗(yàn)研究

劉 毅1， 張 千1， 陳鴻偉2， 楊 新2， 許文良2， 羅 敏2

(1.神華國華 北京電力研究院有限公司，北京 100016； 2.華北電力大學(xué) 能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院，河北 保定 071003)

為探究省煤器出口加裝導(dǎo)流擋板及不同形式導(dǎo)流折擋板對(duì)灰斗捕集飛灰顆粒效率的影響與變化規(guī)律，搭建省煤器出口尾部煙道冷態(tài)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。以原始、擴(kuò)容兩種灰斗模型為研究對(duì)象，對(duì)0.075～1.0 mm的細(xì)顆?；液?.0～3.35 mm、3.35～6.7 mm、> 6.7 mm的大顆?；艺归_捕集實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：加裝擋板對(duì)細(xì)顆?；业姆蛛x捕集是有利的，隨擋板長度的增大和布置角度的減小，灰斗對(duì)細(xì)顆粒的捕集能力逐漸增強(qiáng)；加裝擋板并不能有效地提高灰斗對(duì)大顆粒灰的分離捕集能力，反而在一定程度上起到了負(fù)面的作用，采用較短長度、較大角度的擋板布置方式能減輕擋板對(duì)大顆粒捕集的不利影響。堵塞SCR系統(tǒng)催化劑的積灰以0.075～1.0 mm的細(xì)顆?；覟橹?，實(shí)驗(yàn)條件下選擇12.0 cm～15.6 cm、30°的布置方式會(huì)較為合適。

灰顆粒； 捕集效率； 實(shí)驗(yàn)研究

0 引 言

在我國全面推廣施行超低排放和世界一流水平能耗標(biāo)準(zhǔn)的大背景下，當(dāng)前的諸多電站燃煤機(jī)組均面臨著亟需對(duì)現(xiàn)行污染排放控制技術(shù)和減排裝置進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化與升級(jí)改造的要求。選擇性催化還原(Selective Catalytic Reduction，SCR)脫硝技術(shù)是目前為止脫硝效率最高(可達(dá)90%以上[1])、最為成熟的一種脫硝技術(shù)，已經(jīng)有50多年的研究與工程實(shí)踐歷史[2]。其具有的穩(wěn)定性以及可靠的脫硝效率受到了國內(nèi)外的青睞，是當(dāng)前燃煤鍋爐脫硝的主要手段[1，2]。由于目前普遍應(yīng)用的SCR催化劑反應(yīng)活性溫度較高，一般在280～430 ℃之間[2-4]，所以SCR脫硝系統(tǒng)通常采用高灰段布置(介于省煤器和空預(yù)器之間)的方式，其所處的溫度水平與反應(yīng)活性溫度相吻合，不需要對(duì)煙氣進(jìn)行再熱而降低運(yùn)行的費(fèi)用。

脫硝催化劑是SCR系統(tǒng)的核心部件，約占SCR系統(tǒng)總投資40%以上[5，6]。催化劑表面活性的大小是影響SCR系統(tǒng)氨逃逸率、脫硝效率、SO2/SO3轉(zhuǎn)化率等性能指標(biāo)好壞的關(guān)鍵因素[5]。而在我國常采用的高灰布置的SCR脫硝裝置長時(shí)間置于惡劣的高塵狀況下，易造成SCR脫硝系統(tǒng)催化劑反應(yīng)床層的堵塞、磨損和中毒[7]。

其中，微米、亞微米級(jí)的細(xì)小飛灰容易引起中毒[7，8]和積灰[9，10]現(xiàn)象的發(fā)生，造成催化劑活性組分流失、比表面積下降而降低催化劑活性。除細(xì)小飛灰外，因我國燃煤電站燃用煤種的差異，一些燃用劣質(zhì)煤或含灰量較高煤種的電站容易產(chǎn)生粒徑達(dá)數(shù)毫米大小的大顆?；遥蚱渫庑纬时谆疃直环Q為“爆米花灰”。該類大顆?；覙O易引起催化劑床層的堵塞和磨損而影響催化劑的機(jī)械強(qiáng)度和脫硝性能，雖然在飛灰中所占的比例較小，但因其自身較強(qiáng)的磨損性能和較大的粒度尺寸，大顆?；也粌H易造成嚴(yán)重的堵塞和磨損，還可能為細(xì)灰的沉積創(chuàng)造良好的條件，阻斷NOx、NH3、O2與催化劑活性表面間的吸附通路而導(dǎo)致催化劑性能的下降，對(duì)SCR系統(tǒng)具有很大的威脅。因此，當(dāng)前國內(nèi)外為預(yù)防飛灰對(duì)SCR系統(tǒng)的危害，通常對(duì)進(jìn)入SCR系統(tǒng)前的尾部煙道區(qū)域?qū)嵤└脑旎虿贾贸已b置的方式，以此降低煙氣中飛灰的濃度，保證SCR系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效運(yùn)行。

筆者以某電廠為模型搭建冷態(tài)省煤器出口尾部煙道實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停M電站燃煤鍋爐省煤器出口的氣體流動(dòng)特性與灰斗對(duì)飛灰的分離捕集。隨后比較研究模型灰斗擴(kuò)容前后，加裝導(dǎo)流擋板前后對(duì)細(xì)小飛灰和大顆?；也都实挠绊?；并在模型灰斗擴(kuò)容的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探究于省煤器出口加裝不同長度、角度的導(dǎo)流擋板對(duì)細(xì)小飛灰和大顆?；也都实挠绊?。旨在掌握在實(shí)驗(yàn)條件下，采用擴(kuò)容及加裝不同形式導(dǎo)流擋板的方式對(duì)飛灰顆粒捕集效率的變化規(guī)律，以期能為工程中預(yù)除塵裝置的優(yōu)化及尾部煙道的改造提供一定的理論研究基礎(chǔ)和參考價(jià)值，為提高燃煤電站SCR脫硝系統(tǒng)整體運(yùn)行水平的深入研究工作提供新的思路。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ途唧w尺寸結(jié)構(gòu)示意圖如圖1、2所示(mm)。圖1為模型原始設(shè)計(jì)方案，圖2為對(duì)模型灰斗進(jìn)行擴(kuò)容后的設(shè)計(jì)方案。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)主體模型兩側(cè)面間的寬度設(shè)計(jì)為123 mm，原始模型的灰斗跨度為309 mm，高度為150 mm，灰斗下料口的截面大小為136 mm × 30 mm；擴(kuò)容灰斗模型保持灰斗下料口的截面大小不變，將灰斗的跨度變?yōu)?80 mm，高度為310 mm。

為探究加裝省煤器出口導(dǎo)流擋板對(duì)飛灰捕集效率的影響，將在擴(kuò)容灰斗模型設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，采用1 mm厚的薄鐵片制成導(dǎo)流折擋板，以不同的長度L1和角度α1(具體見1.3.2實(shí)驗(yàn)方案簡介)安裝在模型豎直煙道段后壁面拐角處，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖1 原始實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of the original experimental model

圖2 灰斗擴(kuò)容實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Structure diagram of the hopper expansion experimental model

圖3 加裝導(dǎo)流折擋板的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Schematic diagram of experimental model with guide baffle

1.2 實(shí)驗(yàn)灰樣

收集國內(nèi)某600 MW燃煤電站SCR催化劑層上方防護(hù)格柵的堵塞積灰，進(jìn)行篩分得到粒度區(qū)間在1.0～3.35 mm、3.35～6.7 mm、> 6.7 mm的大顆粒灰和0.075～1.0 mm的細(xì)灰顆粒，以此作為實(shí)驗(yàn)灰樣。

1.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.3.1 實(shí)驗(yàn)流速

實(shí)驗(yàn)使實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛢?nèi)流體的流動(dòng)滿足進(jìn)入第二自模區(qū)的臨界雷諾數(shù)(一般取為105)[11，12]，以保證模型內(nèi)的流體流動(dòng)與實(shí)際流動(dòng)的動(dòng)力相似性。故在實(shí)驗(yàn)流速下得到的省煤器出口氣流雷諾數(shù)應(yīng)達(dá)到第二自模區(qū)雷諾數(shù)，即在省煤器出口實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜅l件下，模型進(jìn)口雷諾數(shù)應(yīng)滿足：

(1)

式中：L為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)口的特征長度，取為模型前后壁面長度0.53 m，流體運(yùn)動(dòng)粘度系數(shù)取20 ℃空氣的粘度系數(shù)1.810 7×10-5m2/s。計(jì)算得實(shí)驗(yàn)過程中所應(yīng)達(dá)到的流速大?。?/p>

(2)

根據(jù)式(2)計(jì)算得到的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)口最小流速，后文將選擇4 m/s、5 m/s、6 m/s三種流速進(jìn)行相關(guān)的研究工作。

1.3.2 實(shí)驗(yàn)方案簡介

本實(shí)驗(yàn)主要比較研究模型灰斗擴(kuò)容以及加裝導(dǎo)流擋板前后對(duì)不同粒度區(qū)間飛灰顆粒捕集效率的影響；同時(shí)在模型灰斗擴(kuò)容的基礎(chǔ)上，研究在省煤器出口加裝不同長度、角度的導(dǎo)流擋板(如圖4所示)對(duì)不同粒度區(qū)間飛灰顆粒捕集效率的影響。其中，對(duì)于> 1.0 mm的大顆?；也扇》湃牍潭〝?shù)量顆粒，計(jì)算實(shí)驗(yàn)捕集數(shù)目與總數(shù)的比值來估算其捕集效率；而對(duì)于0.075～1.0 mm的細(xì)灰顆粒則采取以實(shí)際工況下較惡劣的灰濃度(40 g/m3)為實(shí)驗(yàn)條件，在固定時(shí)間放入一定質(zhì)量的顆粒，計(jì)算所捕集的細(xì)灰質(zhì)量與總質(zhì)量的比值來估算其捕集效率。實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中各設(shè)計(jì)方案具體如表1所示。

圖4 導(dǎo)流折擋板布置示意圖Fig.4 Schematic diagram of guide baffle’s arrangement

其中導(dǎo)流擋板的長度L1取值為8.4 cm、12 cm、15.6 cm和19.2 cm；導(dǎo)流擋板的布置角度α1取值為30°、45°、60°和75°。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 加裝導(dǎo)流折擋板對(duì)細(xì)顆?；也都实挠绊?/p>

本節(jié)主要比較研究模型原始與擴(kuò)容兩種灰斗型式下，加裝導(dǎo)流折擋板對(duì)0.075～1.0 mm的細(xì)顆?；也都实挠绊憽Ｈ鐖D5所示為兩種灰斗型式增加長度為12.0 cm、與水平呈30°布置的導(dǎo)流折擋板前后，在不同實(shí)驗(yàn)風(fēng)速下對(duì)細(xì)顆?；业牟都式Y(jié)果。可以從圖中看出，加裝導(dǎo)流板前后擴(kuò)容灰斗與原始灰斗的細(xì)顆?；也都什顒e隨風(fēng)速增加呈現(xiàn)不同變化趨勢(shì)：加裝擋板后的擴(kuò)容灰斗為例在4 m/s風(fēng)速下，捕集效率為59.33%，6 m/s風(fēng)速下，捕集效率減小至57.25%，減小趨勢(shì)較平緩，而加裝減灰擋板的原始灰斗在4 m/s風(fēng)速下，捕集效率為43.5%，6 m/s風(fēng)速下，捕集效率減小至22.67%，減小趨勢(shì)顯著。相比原始灰斗的布置方式，擴(kuò)容灰斗對(duì)細(xì)顆粒捕集效率的高低受實(shí)驗(yàn)風(fēng)速變化的影響要小，穩(wěn)定性較好。可見在實(shí)驗(yàn)條件下，相較于原始灰斗型式，無論是否增加導(dǎo)流折擋板，對(duì)灰斗進(jìn)行擴(kuò)容均要更有利于細(xì)顆?；业姆蛛x捕集。對(duì)比兩種灰斗型式在加裝擋板前后細(xì)顆粒的捕集效率，可發(fā)現(xiàn)導(dǎo)流折擋板能有效地提高灰斗對(duì)細(xì)顆粒的捕集能力，原始灰斗模型增加擋板后捕集效率提高的幅度較??；而擋板的作用隨灰斗容積的增大趨于明顯，擴(kuò)容灰斗模型增加擋板后的捕集效率有了較為顯著的提高，可近似達(dá)到60%。

圖5 加裝導(dǎo)流折擋板前后細(xì)顆粒捕集率對(duì)比Fig.5 Comparison of the trapping efficiency of fine particle collection before and after installation of the baffle

基于擴(kuò)容灰斗實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，選擇6 m/s的實(shí)驗(yàn)風(fēng)速，進(jìn)一步探究不同布置形式的導(dǎo)流折擋板對(duì)灰顆粒捕集效率的影響。分別布置8.4 cm、12.0 cm、15.6 cm、19.2 cm 4種長度和30°、45°、60°、75°四種角度的擋板形式，其對(duì)細(xì)顆?；业牟都式Y(jié)果如圖6所示。從整體趨勢(shì)上可以看出，相同地實(shí)驗(yàn)條件與布置角度下，隨著擋板長度L1的增加，灰斗對(duì)細(xì)顆粒的捕集能力逐漸提高，當(dāng)擋板長度達(dá)15.6 cm后，捕集效率增大的趨勢(shì)開始放緩，擋板長度達(dá)到19.2 cm時(shí)的細(xì)顆粒捕集效率相比15.6 cm時(shí)僅有略微地提高。擋板的布置角度α1對(duì)灰斗細(xì)顆粒捕集能力也有顯著的影響。相同的長度布置，擋板角度的增大使得灰斗對(duì)細(xì)顆粒的捕集效率總體呈下降趨勢(shì)。75°的布置角度下細(xì)顆粒捕集效率僅為31%～37%，與不加擋板時(shí)的捕集效率32.8%相近，擋板已起不到應(yīng)有的作用；30°的布置角度下，擋板所起的作用最為明顯，灰斗有著較高的細(xì)顆粒捕集效率，在實(shí)驗(yàn)各工況下，捕集效率最高可達(dá)65%左右。

圖6 不同布置形式導(dǎo)流折擋板對(duì)細(xì)顆粒的捕集率Fig.6 Trapping efficiency of fine particles in different arrangement forms of guide baffle

2.2 加裝導(dǎo)流折擋板對(duì)大顆?；也都实挠绊?/p>

本節(jié)將采用相同的實(shí)驗(yàn)條件，比較模型灰斗擴(kuò)容前后、加裝導(dǎo)流折擋板前后對(duì)1 mm以上各粒度區(qū)間大顆?；也都实挠绊?。圖7所示為原始灰斗和擴(kuò)容灰斗加裝導(dǎo)流折擋板前后對(duì)1.0～3.35 mm、3.35～6.7 mm、> 6.7 mm三個(gè)粒度區(qū)間大顆粒的捕集效率及總捕集效率隨風(fēng)速的變化關(guān)系。從圖7 (a)、(b)和(d)中可以較直觀地發(fā)現(xiàn)，擴(kuò)容灰斗對(duì)大顆粒整體的捕集能力受實(shí)驗(yàn)風(fēng)速變化的影響要??；而原始灰斗的布置方式，隨風(fēng)速的變化對(duì)大顆粒的捕集能力波動(dòng)較大，風(fēng)速的增大導(dǎo)致其捕集能力較大幅度地下降，這一點(diǎn)在圖7(a)對(duì)1.0～3.35 mm大顆粒的捕集效率中表現(xiàn)顯著。如圖7(d)對(duì)大顆粒的總捕集效率(將>1 mm以上粒徑大顆?；也都蔬M(jìn)行平均)所示，從捕集能力來看，灰斗擴(kuò)容后呈現(xiàn)出增強(qiáng)的趨勢(shì)，未加裝擋板時(shí)擴(kuò)容型式灰斗不同實(shí)驗(yàn)風(fēng)速下大顆粒的平均捕集效率相較原始型式灰斗要提高約4.2%；加裝擋板后，前者不同實(shí)驗(yàn)風(fēng)速下對(duì)細(xì)顆粒的平均捕集效率要比后者提高約3.4%。且擴(kuò)容前后的差距隨風(fēng)速的增大而逐漸變大，灰斗擴(kuò)容對(duì)穩(wěn)定大顆?；也都芰λ鸬淖饔糜l(fā)明顯?？梢娤噍^于原始灰斗，擴(kuò)容灰斗不僅有著較高的捕集效率，其穩(wěn)定性也要好于原始灰斗的布置方式。

如圖7(a～c)所示，比較實(shí)驗(yàn)條件下原始和擴(kuò)容兩種灰斗型式加裝導(dǎo)流折擋板對(duì)各粒度區(qū)間大顆粒捕集能力的影響，可以發(fā)現(xiàn)加裝擋板后灰斗對(duì)大顆?；业牟都视猩薪?，原始灰斗下大顆粒的總捕集效率可達(dá)約70%以上，擴(kuò)容灰斗下的大顆?？偛都誓苓_(dá)到約75%以上。表1所示為原始、擴(kuò)容兩種灰斗加裝擋板后對(duì)不同粒度區(qū)間大顆?；以谌N實(shí)驗(yàn)風(fēng)速下捕集效率大小的變化(正值即代表提高，負(fù)值代表降低)。結(jié)合圖7可見增加導(dǎo)流擋板后，灰斗對(duì)大顆粒的捕集能力并沒有較明顯的變化，而從大顆粒的整體捕集效率看則略有降低。其中在所有實(shí)驗(yàn)工況下，捕集效率降低最大值約為7.33%，提高的最大值達(dá)5.4%；原始灰斗和擴(kuò)容灰斗在變風(fēng)速下對(duì)大顆?？偛都实淖兓謩e為-2.0%～-0.68%和-6.17%～-2.26%，且從圖7中亦可發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)條件下，眾多工況在達(dá)到5 m/s的較大實(shí)驗(yàn)風(fēng)速后，擋板對(duì)大顆粒的分離捕集起到不同程度地反作用。

圖7 加裝導(dǎo)流折擋板前后大顆?；也都蕦?duì)比Fig.2 Comparison of the trapping efficiency of large particle collection before and after installation of the baffle

灰斗型式/mm不同粒度區(qū)間大顆粒捕集效率變化1 0～3 353 35～6 7>6 7總捕集效率變化/%原始/%-6～-2 67-0 67～1 33-0 67～3 37-2 0～-0 68擴(kuò)容/%-6 6～-2 0-7 33～-0 63-4 6～5 4-6 17～-2 26

對(duì)1.0～3.35 mm、3.35～6.7 mm、>6.7 mm三個(gè)粒度區(qū)間大顆粒在安裝不同擋板形式的灰斗中的捕集效率進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如圖8所示為不同布置形式導(dǎo)流折擋板對(duì)大顆粒的捕集效率結(jié)果。從圖8(d)中可以發(fā)現(xiàn)，在擋板布置角度一定，其他實(shí)驗(yàn)條件也一致的情況下，擋板長度L1的增大會(huì)引起大顆?？偛都实慕档汀＞唧w地，除了圖8(a)和(c)中部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果由于實(shí)驗(yàn)顆粒無法做到完全一致等原因而導(dǎo)致的誤差，與上述結(jié)論有所出入外，灰斗對(duì)不同粒度區(qū)間大顆粒捕集效率隨長度的增大，均表現(xiàn)出不同程度地降低。這與擋板長度增大能大幅地提高細(xì)顆?；也都实慕Y(jié)果正好相反，加裝較短長度的擋板將更有利于大顆粒的分離捕集，擋板在恰當(dāng)?shù)牟贾媒嵌认履苡行p輕擋板所帶來的副作用，其捕集效率與僅擴(kuò)容不加擋板時(shí)相近，可達(dá)80%左右。

圖8 不同布置形式導(dǎo)流折擋板對(duì)大顆粒的捕集效率Fig.8 Trapping efficiency of large particles in different arrangement forms of guide baffle

擋板的布置角度α1也是影響大顆粒捕集效率的重要因素，圖8較直觀地反映了角度的變化對(duì)大顆粒分離捕集的影響，從圖中可以看出，與30°的布置方式要更加有利于對(duì)細(xì)顆粒的分離捕集不同，在不同擋板長度下，隨著角度的增大，大顆粒的捕集效率均逐漸有所提高，75°的較大角度布置方式反而要更有利于大顆粒的分離捕集，這與顆粒的球度、密度等自身性質(zhì)有著較大的關(guān)系。如圖8(d)所示，隨著角度的不斷增大，加裝擋板對(duì)顆粒捕集所起的負(fù)面影響也逐漸變小，擋板長度小于12.0 cm時(shí)，60°、75°的布置角度可基本消除加裝擋板對(duì)灰斗大顆粒分離捕集能力的負(fù)面效應(yīng)，大顆?？偛都逝c不加擋板時(shí)的總捕集效率相差在5%以內(nèi)，甚至略有所提高。

2.3 實(shí)驗(yàn)方案比較與討論

綜上所述，采取灰斗擴(kuò)容的方式無論是對(duì)微米級(jí)的細(xì)顆?；疫€是對(duì)毫米級(jí)的大顆?；?，都能有效地提高其捕集能力；與此同時(shí)，擴(kuò)容對(duì)變風(fēng)速工況下灰斗捕集顆粒穩(wěn)定性的提高亦起到了一定的作用。從圖9中可以發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)條件下無論是否加裝導(dǎo)流折擋板，相較于原始灰斗，灰斗擴(kuò)容后的省煤器出口段阻力大小均略有所降低。故在空間和成本等條件允許的情況下，對(duì)灰斗進(jìn)行擴(kuò)容改造是提高飛灰顆粒捕集效率的一種有效手段。且在4～6 m/s的實(shí)驗(yàn)風(fēng)速下，原始灰斗和擴(kuò)容灰斗加裝擋板(12.0 cm，30°)后引起的阻力壓降均增大了約30～70 Pa。

圖9 灰斗擴(kuò)容前、后阻力壓降對(duì)比Fig.9 Comparison of pressure drop before and after expansion of hopper bucket

加裝導(dǎo)流折擋板對(duì)灰斗捕集不同粒度大小飛灰顆粒的影響各異。在實(shí)驗(yàn)條件下，增加擋板裝置能有效地提高灰斗對(duì)微米級(jí)細(xì)顆粒的分離捕集效率，同時(shí)長度的增加和小角度的布置方式將更有利于細(xì)顆粒的捕集；相反地，擋板裝置對(duì)于毫米級(jí)大顆粒的分離捕集卻起到了一定的負(fù)面作用，較短的長度以及較大的角度布置方式能減輕擋板對(duì)大顆粒捕集的不利影響。無論是擋板角度還是長度的變化，飛灰顆粒捕集效率的大小與加裝擋板后氣流場的改變、顆粒的碰撞特性、氣流攜帶顆粒在運(yùn)動(dòng)過程中的跟隨性與擴(kuò)散作用的大小有著密切的關(guān)系。如圖10所示，擋板長度的增加勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)阻力明顯的升高，比較圖9和10可知，6 m/s的實(shí)驗(yàn)風(fēng)速下，8.4 cm、12.0 cm、15.6 cm和19.2 cm擋板引起的壓降分別約為21～27 Pa、58～73 Pa、147～166 Pa、241～315 Pa。而除了19.2 cm長的擋板布置方式系統(tǒng)阻力隨布置角度的變化波動(dòng)略大以外，角度的變化對(duì)系統(tǒng)阻力的影響很小。

圖10 擴(kuò)容灰斗加裝不同形式擋板后阻力壓降對(duì)比Fig.10 Comparison of pressure drop after installation of different types of baffles in expansion hopper

根據(jù)某電廠現(xiàn)場催化劑層積灰粒度分布結(jié)果分析，由于> 1.0 mm的顆粒自身在飛灰顆粒中的占比較小，積灰中絕大部分是0.075～1.0 mm的細(xì)顆?；摇９室蕴岣?.075～1.0 mm的細(xì)顆?；也都蕿橹饕紤]因素，綜合各實(shí)驗(yàn)方案對(duì)不同粒度飛灰顆粒的捕集效率及相應(yīng)的系統(tǒng)阻力壓降，分別選擇12.0～15.6 mm和30°的擋板布置長度與角度是較為合適的。當(dāng)然，擋板布置方案的選擇需要示具體情況而定，若燃用煤種質(zhì)量、燃燒條件等較好，煙氣的飛灰含量濃度較低，或SCR系統(tǒng)催化劑易遭受大顆粒的嚴(yán)重堵塞時(shí)，可考慮不布置擋板或采用較短、較大角度的擋板布置方式，甚至可考慮加裝角度活動(dòng)可調(diào)的擋板以適應(yīng)爐內(nèi)燃燒條件的變化。

3 結(jié) 論

(1)對(duì)灰斗進(jìn)行擴(kuò)容能有效地提高其捕集微米級(jí)細(xì)顆?；液秃撩准?jí)大顆?；业哪芰?，且相較原始灰斗布置方式，其省煤器出口段系統(tǒng)阻力壓降略有降低，變風(fēng)速工況下的顆粒捕集能力的穩(wěn)定性也得到了一定的提高。

(2)加裝導(dǎo)流折擋板對(duì)氣流所攜帶細(xì)顆?；业姆蛛x捕集是有利的，擋板長度和角度的變化對(duì)細(xì)顆粒捕集效率的影響明顯。實(shí)驗(yàn)條件下，隨擋板長度的增大和布置角度的減小，灰斗對(duì)細(xì)顆粒的捕集能力逐漸增強(qiáng)。

(3)加裝導(dǎo)流折擋板并不能有效地提高灰斗對(duì)氣流所攜帶大顆粒灰的分離捕集能力，反而在一定程度上起到了負(fù)面的作用。與擋板長度和角度對(duì)細(xì)顆粒捕集的影響相反，采用較短長度、較大角度的擋板布置方式能較好地減輕擋板對(duì)大顆粒捕集的不利影響，提高其對(duì)大顆粒的捕集效率。

(4)引起SCR系統(tǒng)催化劑堵塞的積灰以0.075～1.0 mm的細(xì)顆?；覟橹?，在實(shí)驗(yàn)條件下，從捕集效率和相應(yīng)的系統(tǒng)阻力壓降考慮，選擇12.0～15.6 mm的長度、30°的角度布置方式會(huì)是較為合適的擋板布置方案。對(duì)于實(shí)際燃煤鍋爐省煤器出口擋板布置方案的選擇，需要結(jié)合燃燒煤種性質(zhì)及爐內(nèi)燃燒條件等因素進(jìn)行考慮。

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Experiment Research on Improving Economizer Efficiency of Trapping Fly Ash Around Outlet Based on Cold Model

LIU Yi1, ZHANG Qian1, CHEN Hongwei2, YANG Xin2, XU Wenliang2, LUO Min2
(1.Shenhua Guohua(Beijing) Electric Power Research Institute Co.，Ltd.，Beijing 100069，China；2.School of Energy Power and Mechanical Engineering，North China Electric Power University，Baoding 071003， China)

To explore the influence that installation of baffles and different forms of baffles at the economizer hoppers’ outlet have on the trapping efficiency of fly ash and the relevant change laws, the cold state physical model about flue pipes at the end of economizer hoppers’ outlet is designed. With the original and expansion hopper models as objects of research, carry out the capture experimental researches of 0.075～1.0 mm fine particles of ash and 1.0～3.35 mm, 3.35～6.7 mm,> 6.7 mm of large particles of ash. The experimental result shows that hoppers’ efficiency of trapping fine particles will increase when the baffles are installed, and with the increase of the length and decrease of the baffle arrangement angle, the efficiency of trapping fine particles is gradually increased. As for hoppers’ efficiency of trapping large particle, installation of baffles is possibly ineffective and even has adverse effect to some extent. The baffle arrangement of shorter length and larger angle can reduce the adverse effects of the efficiency of trapping large particles. The SCR catalyst system is mainly clogged with fine particles of 0.075～1.0 mm, and it is appropriate to select the arrangement of the length with 12.0cm～15.6cm and the angle with 30° in the experimental conditions.

ash particles; trapping efficiency; experiment research

10.3969/j.ISSN.1007-2691.2017.04.14

2016-11-15.

TK223.3

A

1007-2691(2017)04-0092-08

劉毅(1970-)，男，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娬疚廴疚锟刂品较颍?張千(1975 -)，男，工程師，研究方向?yàn)殡娬疚廴疚锟刂品较?；陳鴻?1960 -) 男，教授，研究方向?yàn)楦咝鍧嵢紵?；楊?1987-)，男，博士研究生，研究方向?yàn)楦咝鍧嵢紵?許文良(1992-)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)楦咝鍧嵢紵?/p>