灰渣庫放灰過程冒灰治理結(jié)構(gòu)優(yōu)化

王 赫，李少鋒

(1.國電鞍山熱電廠，遼寧 鞍山 114000；2.華能巢湖發(fā)電廠，安徽 巢湖 238000)

熱電廠鍋爐設(shè)備燃燒產(chǎn)生的煙氣中，粉塵經(jīng)過處理收集后通常儲(chǔ)存在庫中，以待填埋或者售賣處理，除了采用管道運(yùn)輸外，多數(shù)灰渣采用汽車運(yùn)輸，在灰?guī)煜蚱囓噹麅?nèi)輸灰的過程中，由于大量的灰粒從灰斗中落入車廂[1]，對車廂內(nèi)空氣產(chǎn)生擠壓，導(dǎo)致內(nèi)部空氣壓力大于外部車間，產(chǎn)生粉塵污染[2]，同時(shí)汽車停靠的位置每次都不相同，導(dǎo)致每次汽車接灰時(shí)，車廂接口與下會(huì)口之間間隙形狀都不相同[3]。采用覆蓋件將粉塵口覆蓋的方法難以實(shí)現(xiàn)。為了保證粉塵裝卸順暢，現(xiàn)場的粉塵治理無法使用噴霧或者干霧等增加灰粒濕度的措施[4]，而電除塵此類設(shè)備的建設(shè)成本較高[5]，單純?yōu)榛規(guī)旖ㄔO(shè)電除塵設(shè)備，效費(fèi)比較低。對于目前使用汽車運(yùn)輸灰渣的企業(yè)，其缺乏一種簡單有效且低投入的粉塵治理方法。

本文提出一種低投入的粉塵治理方法，無需額外增加動(dòng)力設(shè)備，不改變現(xiàn)場生產(chǎn)工藝流程，同時(shí)能夠有效減少粉塵向車間內(nèi)的逸散，可為有同樣需求的企業(yè)提供參考。

1 技改方案和結(jié)構(gòu)參數(shù)

以某電廠的細(xì)灰?guī)鞛檠芯繉ο螅滠囬g內(nèi)流場結(jié)構(gòu)見圖1，其卸灰方式為汽車運(yùn)輸。車間為圓柱形，汽車進(jìn)出口為矩形截面，在車廂存在的情況下，車廂的進(jìn)灰口處于下灰斗的下方，細(xì)灰通過下灰斗向車廂內(nèi)流動(dòng)，粉塵沿間隙口溢出，向周圍擴(kuò)散。通過現(xiàn)場研究，提出優(yōu)化方案：在下灰斗外側(cè)增加收集罩，收集罩與下灰斗出口之間存在一定的間隙，并通過管道連接至灰?guī)焐戏降姆蛛x器入口。

圖1 車間內(nèi)流場結(jié)構(gòu)

圖2 流場結(jié)構(gòu)參數(shù)

流場結(jié)構(gòu)參數(shù)見圖2。車間為圓柱狀，半徑為3000 mm，高度為5000 mm，出口截面高度與圓柱體相同，寬度為3850 mm，灰斗位于圓柱上部中心，車廂接灰口與灰斗出口處于同一圓心位置，收集罩上部圓形半徑為1500 mm，灰斗上部圓形半徑為1000 mm，灰斗出口圓形半徑為200 mm，車廂接灰口圓形半徑為600 mm，中間陰影部分為車廂，其高度為3920 mm，寬度為3000 mm，車廂接灰口突出部分高度為80 mm，收集罩下部圓形半徑為2000 mm。

網(wǎng)格劃分采用非結(jié)構(gòu)化四面體，保證流場內(nèi)不規(guī)則流動(dòng)的計(jì)算精度，選擇網(wǎng)格數(shù)量為339 215。為達(dá)到較好的網(wǎng)格計(jì)算效率，在模型選擇上使用Euler多項(xiàng)流模型，以更好地反映顆粒逸散。同時(shí)由于存在較多的圓形結(jié)構(gòu)，選擇k-εrealizable型湍流模型，邊界條件設(shè)置上，一般采用速度入口和壓力出口。

2 計(jì)算與分析

當(dāng)開始放灰后，由于車廂內(nèi)的壓力作用，粉塵開始從間隙口向外冒出，當(dāng)時(shí)間達(dá)到40 s后，實(shí)際運(yùn)行中，在車間外能夠看見較為明顯的粉塵，故對粉塵外溢車間內(nèi)的粉塵運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究。

粉塵運(yùn)動(dòng)的路徑和顆粒濃度見圖3，在技改前，多數(shù)粉塵在向上運(yùn)動(dòng)受到阻礙后沿車間的上部空間壁面向下并向兩側(cè)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)其運(yùn)動(dòng)至頂部邊緣時(shí)，也通過前后出口逃逸車間，在此過程中由于車間總體呈現(xiàn)圓柱形以及下灰斗的椎體形狀，兩側(cè)粉塵向中間運(yùn)動(dòng)受阻，轉(zhuǎn)而向兩側(cè)運(yùn)動(dòng)，形成螺旋向下的渦流。粉塵的總體分布上，上部明顯大于底部空間，而上部的前后出口兩側(cè)區(qū)域粉塵明顯較濃，此時(shí)由于進(jìn)出口為保證車輛通行，無法進(jìn)行遮擋，粉塵大量逃逸。技改后，車間內(nèi)的粉塵流動(dòng)路徑明顯發(fā)生了改變，粉塵從間隙口向外運(yùn)動(dòng)，在下灰斗的作用下，向上向外擴(kuò)散，但在此過程中受到了收集罩的阻礙，大多數(shù)顆粒從收集罩出口脫離車間，由于部分粉塵在重力作用或者其位置處于收集罩外側(cè)，其向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)路徑會(huì)重復(fù)技改前顆粒運(yùn)動(dòng)的路徑。在粉塵分布上，技改后粉塵大多集中在收集罩內(nèi)部，并沿收集罩出口脫離。少部分粉塵向上運(yùn)動(dòng)至頂部后，沿前后出口的頂部逃逸，在圓柱體車間的兩測對應(yīng)位置也分別形成了2個(gè)渦流，其粉塵含量明顯低于技改前。

圖3 粉塵流線與濃度分布

粉塵從間隙口流出后，其在車間上部的運(yùn)動(dòng)可由中心位置的Y-Z方向截面分析，具體見圖4，在其沿間隙口向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于多數(shù)顆粒沿灰斗的下表面運(yùn)動(dòng)，在技改前方案中，顆粒向上運(yùn)動(dòng)過程受重力和運(yùn)動(dòng)方向逐漸轉(zhuǎn)向水平的影響，灰斗上部表面的顆粒濃度逐漸下降；在技改后，由于上部存在出口，運(yùn)動(dòng)時(shí)氣流該向的阻力明顯小于技改前，顆粒繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)，在灰斗的上表面顆粒濃度雖有所下降，但仍然大于技改前。在收集罩外側(cè)，上部區(qū)域存在顆粒濃度較大的區(qū)域，而在技改前，由于沒有收集罩，氣流貼著車間頂部運(yùn)動(dòng)，并在兩側(cè)形成較大渦流，在渦流區(qū)域內(nèi)存在較多的灰塵顆粒。

圖4 Y-Z中間截面的顆粒運(yùn)動(dòng)

收集罩的作用主要為處理阻礙攜帶顆粒的氣流外逃逸，收集罩上的顆粒分布情況見圖5，在收集罩前后方向，顆粒分布存在較大區(qū)域，其主要是阻礙顆粒沿前后方向出口運(yùn)動(dòng)，在側(cè)方上部出現(xiàn)2個(gè)濃度較高區(qū)域，主要是顆粒在上部運(yùn)動(dòng)不暢，在該區(qū)域存在小型渦流，顆粒在收集罩和頂部的角落沉降并落在收集罩上。但從該區(qū)域沉降也可以判斷，收集罩無法完全將灰塵氣流控制在收集罩內(nèi)，氣流在向上運(yùn)動(dòng)過程中，收集罩向上收縮，灰斗向上擴(kuò)張，使得通流截面縮小，運(yùn)動(dòng)阻力增加。

圖5 收集罩表面顆粒分布

技改后流場內(nèi)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化，沿進(jìn)出口向外逃逸的粉塵數(shù)量也有所減少，通過對不同出口的顆粒量所占總體數(shù)量的比值可以直觀看出收集罩效果。

設(shè)置收集罩后，收集罩出口的粉塵量占總量的44.1%，而進(jìn)出口逃逸的粉塵量減少為技改前的55.9%，向外逃逸的粉塵明顯減少，可見使用收集罩效果明顯。

由于收集罩內(nèi)出口的壓力在不對分離器能耗產(chǎn)生較大影響情況下，計(jì)算并未考慮其處于負(fù)壓狀態(tài)的情況，但可從現(xiàn)有結(jié)果預(yù)測收集罩出口處于負(fù)壓后，收集罩的效果將有所提高。

3 結(jié)論

a.放灰開始40 s后的車間內(nèi)，技改前粉塵大量從間隙口向外運(yùn)動(dòng)，并在上部形成渦流沿出口上部區(qū)域逃逸。

b.收集罩結(jié)構(gòu)阻礙了部分灰顆粒的擴(kuò)散，使頂部顆粒量明顯減少，車間兩側(cè)渦流縮小。

c.技改后出口粉塵逃逸量減少了44.1%，收集罩對減少粉塵污染效果明顯。