電袋復合除塵器出氣煙箱的優(yōu)化設(shè)計分析

潘云梅

摘 要：電袋復合除塵器因其具有出口粉塵濃度不受煤種、飛灰成分變化影響，出口粉塵濃度低等優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于燃煤電廠煙塵的治理。電袋復合除塵器的阻力是其重要的性能參數(shù)之一，它不僅取決于濾袋單元的阻力，內(nèi)外部結(jié)構(gòu)件的阻力也是其重要組成部分。文章采用CFD數(shù)值模擬技術(shù)，對某燃煤電廠660MW機組配套電袋復合除塵器出氣煙箱的幾種設(shè)計方案進行研究分析，并選取其中的最優(yōu)方案，使其氣流分布更加均勻同時減小系統(tǒng)阻力。

關(guān)鍵詞：電袋復合除塵器；出氣煙箱；CFD；系統(tǒng)阻力

中圖分類號：X701.2 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）12-0106-03

Abstract： The electrostatic fabric integrated precipitator （EFIP） has been widely used in the treatment of smoke dust in coal-fired power plant because of its advantages such as no influence of coal types and coal ash ingredient change， low dust concentration in outlet dust， etc. The resistance of EFIP is one of the important performance parameters. It not only depends on the resistance of filter bag units， but also on the resistance of internal and external structures. In this paper， the CFD numerical simulation technology is adopted to study and analyze several design schemes of the exhaust smoke box of the 660MW unit of a coal-fired power plant， and the optimization scheme is selected， so that the airflow distribution is more uniform and the system resistance is reduced.

Keywords： electrostatic fabric integrated precipitator （EFIP）； exhaust smoke box； CFD； system resistance

引言

燃煤電廠作為我國大氣污染物的排放大戶，對我國造成了巨大的環(huán)境壓力。為較大限度地降低大氣污染物排放水平，減輕污染物排放對大氣環(huán)境的不利影響。隨著環(huán)保部、質(zhì)檢總局于2011年聯(lián)合發(fā)布了被稱為“史上最嚴”的《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011），電袋復合除塵器因其具有出口粉塵濃度不受煤、飛灰成分變化影響，出口粉塵濃度低等優(yōu)點在我國的燃煤電廠迅速得到大量推廣。隨著國家發(fā)改委等三部委聯(lián)合發(fā)布《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）》（發(fā)改能源[2014]2093號），以及地方“超低排放”政策要求的相繼頒布，電力行業(yè)積極開展適應(yīng)超低排放的發(fā)展戰(zhàn)略研究和環(huán)保科研攻關(guān)，開始研發(fā)并采用超凈電袋復合除塵器對煙塵進行治理，確保煙塵的超低排放[1-2]。

電袋復合除塵器充分吸收“荷電收塵”和“攔截過濾”機理的優(yōu)點，電區(qū)收集80%以上的大部分粉塵和粗顆粒粉塵，大大降低了濾袋區(qū)的濃度負荷和粉塵顆粒對濾袋的磨損。同時兩者的結(jié)合產(chǎn)生了新的荷電粉塵過濾特性機理：異性電荷細顆粒電凝并形成大顆粒粉塵，提高細微顆粒捕集率；同極電荷相互排斥，迅速擴散，形成均勻分布的氣溶膠懸浮狀態(tài)，使到達濾袋表面的粉塵排列規(guī)則有序、蓬松，剝落性好，粉塵層孔隙率高，透氣性好。荷電粉塵過濾特性使得袋區(qū)清灰容易，清灰周期長、阻力低[3]。

研究表明，電袋復合除塵器的氣流分布和阻力特性是影響其除塵性能的關(guān)鍵因素之一，阻力的大小會影響除塵器的電耗；在相同工況條件下，阻力越小，電耗越低。本文結(jié)合工程實例，采用CFD數(shù)值模擬技術(shù)，對某燃煤電廠660MW機組配套電袋復合除塵器出氣煙箱的幾種設(shè)計方案進行研究分析，并選取其中的最優(yōu)方案，為電袋復合除塵器出氣煙箱的設(shè)計提供參考依據(jù)，且有利于降低電廠環(huán)保設(shè)備的運行成本。

1 電袋復合除塵器結(jié)構(gòu)

電袋復合除塵器主要由兩大部分組成，一部分是電袋復合除塵器本體，另一部分是電袋復合除塵器電控設(shè)備。本體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

工作時，高速含塵煙氣從進口煙道進入除塵器，經(jīng)進氣煙箱擴散、緩沖、整流，水平、均勻進入電場區(qū)。在電場區(qū)，大部分粉塵和粗顆粒粉塵在高壓靜電作用下被捕集，小部分荷電的細顆粒粉塵隨氣流進入濾袋區(qū)被濾袋過濾凈化，凈煙氣從濾袋口流出，經(jīng)凈氣室進入出氣煙箱，最后進入出口煙道。氣流在凈氣室和出氣煙箱內(nèi)部改變走向，由垂直氣流變成水平氣流，電袋復合除塵器的凈氣室和出氣煙箱相當于煙風道的彎頭[4]。

2 電袋復合除塵器出氣煙箱的設(shè)計方案

對電袋復合除塵器出氣煙箱的設(shè)計，首先考慮減小出氣煙箱的阻力；其次考慮減小出口煙道內(nèi)部的煙氣最大流速，以減輕對壁板、管撐等的沖刷，延長壽命；最后考慮出氣煙箱與出口煙道連接處截面上的速度分布均勻性，由于有些項目的業(yè)主會要求在除塵器進、出口煙道上設(shè)置擋板門，以實現(xiàn)除塵器的在線檢修功能，擋板門一般安裝在靠近進、出口煙道與除塵器的接口處，擋板門上的煙氣速度分布均勻性將直接影響其使用性能和壽命。

某燃煤電廠660MW機組配套電袋復合除塵器有四個進口煙道、四個出口煙道，分別兩兩對稱布置，除塵器為雙室雙列結(jié)構(gòu)，凈氣室為直通式結(jié)構(gòu)；除塵器出氣煙箱與出口煙道的接口尺寸為4500mm×4500mm，煙箱寬度方向為收縮式，煙箱高度方向為擴散式，出氣煙箱是異形件；為保證出氣煙箱與出口煙道連接處截面上的速度分布均勻性，并減小出氣煙箱的阻力，根據(jù)有限的布置條件，對出氣煙箱進行優(yōu)化設(shè)計，選擇最佳形狀。

結(jié)合以往工程實例及CFD模擬經(jīng)驗，提出了除塵器出氣煙箱的幾種設(shè)計方案，方案一的出氣煙箱型式為上平下階梯式結(jié)構(gòu)；方案二的出氣煙箱型式為上平下漸擴式結(jié)構(gòu)，出氣煙箱底板從凈氣室的花板梁下端面接出；方案三的出氣煙箱型式為上平下漸擴式結(jié)構(gòu)，出氣煙箱底板從凈氣室的花板梁上端面接出；方案四的出氣煙箱型式為上漸擴下平式，出氣煙箱底板從凈氣室的花板梁上端面接出。以往工程實例中較為常見的是方案一和方案二，部分項目工程實踐反饋，出氣煙箱與出口煙道連接處截面上的速度分布存在不均勻現(xiàn)象，導致局部阻力偏大；為改善此情況，本項目另外又提出了方案三和方案四，進行分析對比。

3 電袋復合除塵器的CFD模擬分析

3.1 幾何模型

在電袋復合除塵器的CFD數(shù)值模擬中，首先需建立除塵器本體的幾何模型。模擬計算電袋復合除塵器內(nèi)氣流流場時，按照實際除塵器結(jié)構(gòu)全尺寸建立幾何模型，并對模型進行了適當?shù)暮喕海?）將電場入口設(shè)為計算邊界條件；（2）不對除塵器內(nèi)部的管撐、板筋、梁等部件進行建模[5-7] 。

3.2 CFD模擬結(jié)果與分析

3.2.1 整體流場分析

CFD數(shù)值模擬分析結(jié)果表明，方案一的除塵器出口煙道局部流速過快，最大流速達到23.1m/s；方案二的出口煙道局部最大流速減小，為21.2m/s；方案三的速度分布情況與方案二基本相似，出口煙道局部最大流速為21.1m/s；方案四的除塵器出口煙道局部最大流速最小，為19.5m/s。

3.2.2 出氣煙箱阻力與速度均勻性

表1為各設(shè)計方案出氣煙箱阻力與速度均勻性對照表，從表1可以看出，方案一的出氣煙箱阻力為92Pa；方案二和方案三的出氣煙箱阻力降低，但效果不明顯；方案四的出氣煙箱阻力降低并且為大幅度降低，與方案一相比降幅為25Pa。方案一的出口煙道截面速度標準偏差為0.323；方案二和方案三的出口煙道截面速度標準偏差降低，但效果不明顯；方案四的出口煙道截面速度標準偏差為0.287。

出氣煙箱各設(shè)計方案中流場的優(yōu)劣排序：方案四>方案三>方案二>方案一。

4 除塵器阻力電耗的對比

4.1 除塵器阻力電耗的計算方法

除塵器阻力電耗按式（1）計算[8]。

式中：Wr-除塵器阻力電耗，單位為千瓦時每小時（kW.h/h）；Q-除塵器單位時間處理的工況煙氣量，單位為立方米每小時（m3/h）；△P-除塵器壓力降（阻力），單位為帕斯卡（Pa）；0.85-風機效率。

4.2 出氣煙箱優(yōu)化設(shè)計對除塵器電耗的影響

案例項目一臺機組配套的電袋復合除塵器處理煙氣量約為400×104m3/h，阻力每增加100Pa其增加的電耗為130.7kW。

假設(shè)案例項目機組年運行小時數(shù)為6000小時，除塵器阻力每增加100Pa其增加的電耗為78.42萬度電/年。

方案二和方案一對比，案例項目一臺機組配套的電袋復合除塵器每年可降低電耗約為11萬度電。

方案四和方案一對比，案例項目一臺機組配套的電袋復合除塵器每年可降低電耗約為19.6萬度電。

5 結(jié)束語

電袋復合除塵器的阻力是其重要的性能參數(shù)之一，阻力的大小會影響除塵器的電耗。凈氣室和出氣煙箱相當于煙風道的彎頭，同時出氣煙箱還是異形件，出氣煙箱的阻力是除塵器的重要組成部分之一。案例項目結(jié)合以往工程實例及CFD模擬經(jīng)驗，對電袋復合除塵器的出氣煙箱提出了幾種設(shè)計方案，并采用CFD數(shù)值模擬技術(shù)，對各設(shè)計方案進行對比分析，最終采用了其中阻力最小且氣流分布較為均勻的方案四，降低了電袋復合除塵器的電耗。

參考文獻：

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[8]GB/T33017.4-2016.高效能大氣污染物控制裝備評價技術(shù)要求第4部分：電袋復合除塵器[S].