濕式電除塵器進(jìn)口煙道導(dǎo)流裝置數(shù)值模擬流場優(yōu)化設(shè)計(jì)

鄭鴻

（福州紅廟嶺垃圾焚燒發(fā)電有限公司 福建福州 350001）

0 引言

目前，國內(nèi)絕大多數(shù)燃煤電廠或是其他化工行業(yè)的煙氣在排放前大都進(jìn)行了脫硝、靜電或布袋除塵和脫硫處理，溫度降至50 ℃～70 ℃，此時(shí)的煙氣通常是飽和濕煙氣，煙氣中含有大量水蒸氣、酸霧、凝膠粉塵、微塵等，由煙囪直接排出造成對大氣污染。隨著國家和地方對環(huán)保要求越來越嚴(yán)格，廣東省印發(fā)的《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 44/765—2019）中大氣污染物特別排放限值，煙塵排放濃度限值≤10 mg/m3，二氧化硫排放濃度限值≤35 mg/m3，氮氧化物排放濃度限值≤50 mg/m3，煙氣在經(jīng)過濕法脫硫處理后，再經(jīng)濕式電除塵器進(jìn)一步除塵，才使得煙氣排放濃度達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

本文介紹的3 臺280 t/h 循環(huán)流化床鍋爐煙氣排放提標(biāo)改造項(xiàng)目，因?yàn)楦脑靾龅赜邢?，煙道進(jìn)入濕式電除塵器前有1 個(gè)異形擴(kuò)張煙道。為了保證除塵效率，在異形擴(kuò)張煙道進(jìn)口處增設(shè)導(dǎo)流板和均布格柵，以保證煙氣均勻分布進(jìn)入濕式電除塵器的電場管束，見圖1。

圖1 濕式電除塵器和進(jìn)口異形擴(kuò)張煙道示意圖

1 4種方案的數(shù)值模擬

1.1 幾何模型

煙道系統(tǒng)中設(shè)置4 種導(dǎo)流板和均布格柵組合方案，見圖2所示。由于內(nèi)部的支撐結(jié)構(gòu)對流場的影響較小，因此在不影響煙道內(nèi)部流場的情況下，對模型進(jìn)行了相應(yīng)的簡化。分別對4種組合方案均布格柵、導(dǎo)流板及其相關(guān)煙道進(jìn)行1∶1 二維建模，在構(gòu)建幾何模型的過程中，忽略煙道內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)及導(dǎo)流板的厚度。

圖2 進(jìn)口異形擴(kuò)張煙道4 種導(dǎo)流板和均布格柵組合方案示意圖

方案1：煙道90°彎頭處不設(shè)導(dǎo)流板，擴(kuò)大口截面設(shè)置1 層均布格柵。

方案2：煙道90°彎頭處設(shè)置導(dǎo)流板，擴(kuò)大口截面設(shè)置1 層均布格柵。

方案3：煙道90°彎頭處設(shè)導(dǎo)流板，擴(kuò)大口截面設(shè)置1 層均布格柵，變徑處增設(shè)1 層均布格柵。

方案4：煙道90°彎頭處設(shè)置導(dǎo)流板，擴(kuò)大口截面設(shè)置1 層均布格柵，在右側(cè)兩片導(dǎo)流板上端分別增加500 mm 長不同角度的導(dǎo)流板。

1.2 網(wǎng)格劃分與邊界設(shè)置

對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)，優(yōu)先使用四邊形單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格，并對壁面處、導(dǎo)流板及均布格柵的地方進(jìn)行加密處理［1］。根據(jù)4 種導(dǎo)流板和均布格柵組合方案，在前處理軟件Gambit 建立模型并確定邊界條件后輸出mesh 文件。在數(shù)值模擬過程中采用以下簡化假設(shè)：①系統(tǒng)絕熱；②系統(tǒng)無漏風(fēng)；③煙氣為理想氣體。

對進(jìn)口異形擴(kuò)張煙道模擬的目的主要是找出煙道出口處流場分布，并對流場分布狀況進(jìn)行分析。數(shù)值模擬按照工況下進(jìn)行計(jì)算［2-3］，入口邊界條件設(shè)置為均勻入口，速度值按照工況下的設(shè)計(jì)煙氣量進(jìn)行流速計(jì)算；出口邊界設(shè)置為outflow 出口。計(jì)算模型選用Realizable k-e 湍流模型，壁面處理選取為Wall，邊界條件參數(shù)設(shè)置如表1 所示。

表1 邊界條件參數(shù)匯總

1.3 流場模擬結(jié)果分析

分別將4 種組合方案的mesh 文件導(dǎo)入Fluent 流場模擬軟件，根據(jù)表1 輸入邊界條件數(shù)據(jù)，使用求解器完成模擬計(jì)算工作［4-5］，并對模擬結(jié)果進(jìn)行分析。

方案1：煙道90°彎頭處不設(shè)導(dǎo)流板，擴(kuò)大口截面設(shè)置1 層均布格柵，模擬結(jié)果見圖3。變徑和出口段左側(cè)分別有2 個(gè)大的旋渦，左下側(cè)90°直角處也有1 個(gè)小的旋渦，出口流場分布極不均勻。

圖3 進(jìn)口異形擴(kuò)張煙道方案1 速度分布圖

方案2：煙道90°彎頭處設(shè)置導(dǎo)流板，擴(kuò)大口截面設(shè)置1 層均布格柵，模擬結(jié)果見圖4。變徑段有1 個(gè)與方案1 相比相對小一點(diǎn)的旋渦，出口段左側(cè)和左下側(cè)90°直角處分別有1 個(gè)小的旋渦，出口流場分布情況相對方案1 有明顯改善。

圖4 進(jìn)口異形擴(kuò)張煙道方案2 速度分布圖

方案3：煙道90°彎頭處不設(shè)導(dǎo)流板，擴(kuò)大口截面設(shè)置1 層均布格柵，變徑處增設(shè)1 層均布格柵，模擬結(jié)果見圖5。變徑和出口段右側(cè)分別有3 個(gè)相對于方案2 更小的旋渦，左下側(cè)90°直角處有1 個(gè)小的旋渦，出口流場分布情況介于方案1 和方案2 之間，變徑處增設(shè)1 層均布格柵，反而使流場分布情況相對方案2 來說更差了。

圖5 進(jìn)口異形擴(kuò)張煙道方案3 速度分布圖

方案4：煙道90°彎頭處設(shè)置導(dǎo)流板，擴(kuò)大口截面設(shè)置1 層均布格柵，在右側(cè)兩片導(dǎo)流板上端分別增加500 mm 長不同角度的導(dǎo)流板，模擬結(jié)果見圖6。變徑段和出口段的流場分布比較均勻，左下側(cè)90°直角處分別有1 個(gè)小的旋渦，出口流場分布情況相對其他3 個(gè)方案是最好的。

圖6 進(jìn)口異形擴(kuò)張煙道方案4 速度分布圖

2 4種方案模擬結(jié)果對比

方案1 與方案2 對比，方案1 煙道90°彎頭處沒有設(shè)置導(dǎo)流板，方案2 有設(shè)置導(dǎo)流板，根據(jù)圖3 和圖4 速度分布圖結(jié)果對比，方案2 出口流場分布情況相對方案1 有明顯改善；方案2 與方案3 對比，變徑處增設(shè)1 層均布格柵，根據(jù)圖4 和圖5速度分布圖結(jié)果對比，方案3 變徑處增設(shè)1 層均布格柵約束了煙氣流動(dòng)，反而使流場分布情況相對方案2 更差了；方案4在煙道90°彎頭處設(shè)置導(dǎo)流板，擴(kuò)大口截面設(shè)置1 層均布格柵，在右側(cè)兩片導(dǎo)流板上端分別增加500 mm 長不同角度的導(dǎo)流板，使第一股和第二股煙氣流向角度發(fā)生一定的偏轉(zhuǎn)，消除方案2 中變徑段和出口段產(chǎn)生的旋渦，由圖6 可知，出口流場分布情況相對其他3 個(gè)方案是最好的。

通過以上分析對比得出：①在變徑處增設(shè)1 層均布格柵反而約束了煙氣流動(dòng)，使流場分布情況更差；②增加導(dǎo)流板設(shè)置能明顯改善異形擴(kuò)張煙道的流場分布；③根據(jù)模擬分析結(jié)果對導(dǎo)流板布置進(jìn)行微調(diào)，進(jìn)一步改善了異形擴(kuò)張煙道的流場分布。該工程在實(shí)際設(shè)計(jì)中采用第4 種導(dǎo)流板設(shè)置方案，取得了良好效果。

3 結(jié)語

通過比較煙道系統(tǒng)中不同導(dǎo)流板和均布格柵組合設(shè)置方案，將不同方案模擬分析結(jié)果比較，選取最優(yōu)組合方案，使?jié)袷诫姵龎m器進(jìn)口處煙氣流場分布均勻，從而提高濕式電除塵器的除塵效率。在特定的工程條件下，在異形煙道系統(tǒng)中合理設(shè)置導(dǎo)流板，能優(yōu)化流場的分布，通過Fluent 軟件流場模擬能夠快速對導(dǎo)流板優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文為煙道系統(tǒng)導(dǎo)流板的工程設(shè)計(jì)提供了一定的技術(shù)支持與參考。