電除塵器氣流分布設計優化及試驗研究

王進軒

［宣化冶金環保設備制造（安裝）有限責任公司，河北 張家口 075100］

1 工程概況

本期建設2×300 MW 級燃煤供熱機組并同期建設脫硫系統，規劃容量4×300 MW。本期工程供熱機組除滿足當地工業熱負荷的需求外，還將承擔采暖熱負荷。

1.1 煤質及灰成分分析

煤質及灰分分析如表1 所示。

表1 煤質及灰分分析

1.2 主要設計參數

除塵器主要設計參數如表2 所示。

表2 除塵器主要設計參數

2 氣流分布介紹

除塵設備內氣流的分布狀態不但與設備自身的結構有關，而且跟與設備連接的煙道、粉塵特性、除塵設備運行情況等方面有關。因此，隨著現場總體布置的差異，氣流進入除塵設備的方式各有不同，即使內部結構完全相同的除塵器，其中的氣流均布裝置的設計與型式也有可能不盡相同，所以氣流均布裝置的設計應按實際情況相應變動。氣流分布可通過物理模型試驗或仿真軟件模擬試驗確定其均勻性[1]。

2.1 物理模型試驗介紹

氣流分布物理模型試驗是使除塵設備內氣流均勻分布的一種有效方法。用物理模型試驗結果指導除塵設備氣流均布裝置的設計，比起在工況條件下直接進行測試和調整要更加優越。物理模型試驗的基本依據是相似原理。

2.2 Fluent 仿真軟件介紹

計算流體動力學（computational fluid dynamics,CFD）是流體力學中的一個重要分支，其原理是通過軟件模擬獲得流體在特定條件下運動的相關數據，實現運用軟件代替物理模型完成試驗，為相關技術人員提供模擬實際工況的操作平臺。該計算方法已廣泛應用于航天、熱動、流體、機械、環境工程等多個與流體相關的領域[2-3]。

3 Fluent 軟件測試方法、過程及結果

3.1 仿真建模

分割模型網格，將Elements 設置為Tet/Hybrid，Type 采用Tgird，生成的總網格數約為142 萬。對于模型邊界條件的設置，入口為velocityˉinlet，出口為outflow，分布板設置為 porousˉjump，導流板設為 wall，因該除塵器為雙室結構，中間設有隔板，則將其設為interior。

3.2 煙箱內增加兩層分布板

在除塵器煙箱中增加兩層開孔率不同的分布板，靠近進風口處（小板）的開孔率為60%，靠近本體（大板）的開孔率為50%。

表3 中各速度值表示兩室的速度值不同，代表兩室的煙氣量不均，因此將造成雙室的收塵效果及磨損程度不同，不利于除塵器正常工作。所以要在煙箱分配器中適當增加分配裝置使進入雙室的煙氣量相近。

表3 未加導流板時本體入口截面的速度值 單位：m/s

3.3 在煙箱分配器中加導流板

在兩個進口中間連線處加裝兩塊導流板，并將兩塊板之間的夾角設為100°，保持其他條件均不變。模擬實施該方案后，發現此時兩室速度（流量）基本相同。

3.4 在各個進風口處加導流板

以除塵器A 室為例加導流板，在離外壁300 mm處加裝一塊與縱向相交10°、1400 mm 處加一塊與縱向相交 20°、2500 mm 處加一塊與縱向相交 15°、寬度為600 mm 導流板，保持分布板開孔率不變，得到左、右室速度平均值分別為1.03 m/s、1.05 m/s，均方根分別為0.37、0.36。由此可見，設置導流板能改進氣流分布，使氣流更加均勻，有利于除塵器的正常工作。增加導流板后本體入口截面的速度值如表4 所示。

表4 增加導流板后本體入口截面的速度值 單位：m/s

3.5 改變分布板的開孔率

保持導流板狀態不變，改變分布板開孔率，將靠近進風口處的開孔率變更為55%，靠近本體的開孔率變更為45%，模擬實施方案后得到的結果如表5所示。

表5 改變分布板開孔率后本體入口截面的速度值 單位：m/s

從表5 中數據可以看出，除塵器的中部流速較大，四周速度較小，這樣的氣流分布有利于粉塵的收集。通過計算，表5 中左、右室速度平均值分別為0.95 m/s、0.94 m/s，均方根分別為 0.17、0.19。技術協議標準要求，均方根值不大于0.25，因此本模擬結果符合要求。

4 物模測試方法、過程及結果

4.1 物理模型氣流分布測試方法

物理模型的測點截面一般設在第一電場進口側前。將截面分為若干個等面積的矩形，在其中點測量風速。一般情況下，相鄰測點間距不大于1000 mm，上、下各行測點到各電場邊緣的距離不大于600 mm。該模型斷面共布置10×9=90 個測點[4]。

4.2 測試過程、測定結果及分析

在正式測試前再次檢查各組部件安裝情況并進行調整，調整完畢后開始測試。

將初次測定結果的數據列出，如表6 所示。由表6 可知除塵器中間部分氣流偏小，四周氣流大，無法均勻通過電場，需進行氣流調整。

在模型中增加導流板，多次調整導流板角度和分布板開孔率后，得出測定數據，如表7 所示。雖然除塵器中間部分風速值依舊偏小，但是較表6 中風速值有明顯增加，同時邊緣的風速亦下降。通過計算得出其均方根能達到設計要求（均方根值不大于0.25），試驗數值合格。

表6 物模初次測定結果 單位：m/s

表7 調整后測定結果 單位：m/s

5 結語

本設備安裝完畢后，由具備資質的第三方進行了實際測試，結果與上述兩種測試結果基本相同，進一步驗證了物模及數模結果的準確性。

（1）物模試驗和數模均需要通過考慮導板板來保證各室煙氣量均分，試驗結論相同。

（2）物模試驗和數值模擬后兩者均方根值和風速基本相同，兩種試驗方法均可用于設計依據。

（3）當氣流分布不均勻時，可先考慮在氣流較大一邊增加幾塊導流板（其寬度需多次試驗后確定）均布氣流。

（4）本體周邊氣流速度值不宜過大，否則將導致二次揚塵，不利于粉塵收集[5]。

（5）相較于物理模型，數模在時間和財力上更加節省。

綜上所述，本文描述了某電除塵導流板及分布板的設置，并進行了一系列的數值模擬，再將數模結果應用到物模上進行校驗。同時還分析了兩種方案的優缺點。本次模擬得到的結果，可以為本項目及后期其他除塵器氣流均布裝置的設計和應用提供參考。