電除塵器超低排放設計中CFD技術的應用

葉鄭煥

浙江德創環保科技股份有限公司

摘要：隨著國家環保要求的不斷提高，電除塵器排放極低已成為當前影響最嚴重的問題之一。電除塵器超低排放的設計對超低排放有重要影響，因此CFD技術的應用有重要意義。

關鍵詞：環境工程學; 電除塵器; 數值模擬; 流場設計

1電除塵器超低排放重要作用

依據計算流體力學CFD模擬方法，結合工程實際，從氣流分布、本體阻力、電場形態、絕緣體系熱氣吹掃設計等方面，確定了電除塵器的流場設計方案。電除塵器流暢的合理設計，既解決了流量分配問題，又解決了粉塵量偏差問題。進、出口喇叭角度不僅影響到流場的均勻性，而且對除塵器的本體阻力有很大的影響。進口喇叭擴張角和出口喇叭收縮角越大的情況下，體內速度分布的均勻性越差，本體阻力也越大。

2流量分配和粉塵量分配優化

按“電除塵器布置模擬方法”，電除塵器各內氣流分布的相對偏差不大于5%;如果流量偏差過大，對于煙道風量較大而言，會更容易出現磨損的情況，電除塵器的電場風速比設計值高，最終降低了除塵效率。為了使電除塵器各室的氣流分布均勻，將導流板設置在電除塵器的進口煙道上，并通過數值模擬的方法調節其結構導流板的尺寸和位置，以達到電除塵器流量分配的目標。

由于均勻分布的流場并不意味著一個電除塵器的粉塵收集量也能達到平衡。一般來說，電除塵器的灰塵分布比煙氣流量偏差大，主要原因是粉塵的密度大于煙氣的密度，粉塵密度大，粒徑大，氣流作用弱，因此在流場設計時要滿足超低排放的要求。要采取各種措施解決電除塵器各收塵室中粉塵量的平衡問題，即煙氣量與粉塵量的相對平衡，而充分激發電除塵器自身的性能就是關鍵之一。采用離散相 DPM模型，對電除塵器中粉塵顆粒流動和氣流流動進行了數值模擬。從圖1可以看出：優化設計前后某電廠電除塵器的流場對比圖。

2 本體氣流分布的優化

2. 1 進口喇叭擴張角的影響

為解決電除塵器進口喇叭擴張角對內部流場的影響，在保證進口喇叭大小口尺寸不改變的情況下，針對單側橫角為30°、45°、60°的流場分布情況進行了模擬實驗，并分析和比較了不同方案的速度分布均勻性和進口喇叭阻力。模擬結果表明，隨著進口喇叭擴張角的增大，甚至使其內部流場分布較差，使電場斷面場場均勻性差，其中，進口喇叭擴張角越大，收塵區的流場均勻性越來越差，對電除塵器的除塵效率造成了嚴重影響。在擴張角越來越大的情況，那么進口喇叭阻力就會越來越大。

2. 2 出口喇叭的影響

研究發現，在出口喇叭收縮角不同的情況下，隨著出口收縮角的增大，末電場出口斷面的速度分布就會越來越均勻，并且在區域的流場速度越來越大的情況，該區域內極板所收集的細粉塵埃會產生二次夾帶，從而影響了電除塵器的除塵效果。實驗結果表明，收縮角越大，局部阻力越大;因此，出口喇叭收縮角的大小不僅影響末電場氣流分布的均勻性，而且影響除塵效率和抗靜電能力。

2.3灰斗阻流的影響

電除塵器中的短路氣流通常被認為是在電場作用下通過灰斗、頂梁等區域的氣流。該部分煙氣中所含的粉塵量，并不會被收集，而且將收集的塵埃進行了清除。因此，要實現電除塵器的超低排放，就必須解決電除塵器內部氣流通過進氣喇叭擴散，部分進入灰斗之后會形成短路的問題，這樣，沉積于灰斗內的粉塵就會產生二次飛揚，然后再回到氣流中，甚至直接從靜電除塵器中清除，從而降低電除塵器的效率。

2. 4 電場及顆粒捕集

電除塵器接通電源后，在電暈線與收塵極之間會產生一個電場，為粉塵與煙氣的分離提供了一定的動力。電除塵器中的電場分布對電暈產生、粒子負荷和粒子的遷移運動都有影響，電除塵器的電暈線及極板結構對電場分布有重要影響。采用三維數值模擬方法，研究了針刺線垂直于極板、針刺線平行于極板兩種極配型的電場分布。仿真結果如圖2所示：

3 絕緣子系統熱風吹掃

設備運行條件不同的情況，絕緣子瓷缸內含塵煙氣的溫度和濕度也不同。當灰塵達到一定厚度時，很容易造成絕緣元件的短路。為保證電除塵器的穩定運行，在保溫箱中引入了熱風，使絕緣子進行吹掃工作，防止出現結露和灰塵黏附的情況。實驗結果表明，當吹掃熱風進入保溫箱后，只需吹掃絕緣子的外表面，然后通過絕緣子內表面上的一個小孔，即可清洗絕緣子的內部。吹掃熱風能基本清潔絕緣體內外表面，使之不受污染，延長其使用壽命，因此采用絕緣系統的吹掃方式對電收塵器的穩定運行具有重要意義。

結論

綜上所述，研究了電除塵器內部氣流分布、本體氣流分布設計、電場極配方式以及絕緣系統熱風吹掃結構對過濾效果的影響。合理地設計了入口煙道導流板，既解決了電除塵器的流量分配問題，又極大地改善了粉塵量的偏差情況，煙氣量和粉塵量之間處于平衡狀態下，有利于激發電除塵器的性能作用。當進口喇叭擴張角過大時，收塵區流場均勻度較低。

參考文獻

[1]張延民.儲能清灰大型濾筒式超凈排放節能除塵器：CN202010570687.8[P].2020-10-02.