電袋復(fù)合除塵器電場(chǎng)內(nèi)部氣流分布是影響電袋復(fù)合除塵器效率最主要的因素之一,采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε紊流模型,模擬了0.8、1.2、1.6、2和2.4m/min5種過(guò)濾風(fēng)速電袋復(fù)合除塵器的流場(chǎng)分布情況。結(jié)果表明:電袋復(fù)合除塵器內(nèi)部氣流速度出現(xiàn)了明顯的分區(qū),在與電除塵相鄰的袋除塵區(qū)下部空間出現(xiàn)了明顯的高速區(qū),過(guò)濾速度為1.6m/min時(shí)的高速區(qū)面積最小,且隨著速度的增加在袋除塵區(qū)靠近出口的后墻上部濾袋處出現(xiàn)了狹長(zhǎng)的氣流聚集區(qū),這將增大濾袋負(fù)荷的不均勻度。
在袋除塵下部區(qū)域、袋除塵區(qū)域及凈氣室區(qū)域選取有代表的截面進(jìn)行流場(chǎng)均勻性檢驗(yàn),得出速度為0.8m/min時(shí)的不均勻性波動(dòng)最小,且在袋除塵區(qū)隨著速度增大流場(chǎng)不均勻性也增大,但同時(shí)隨著高度的增高整體都呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。
根據(jù)《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》的分析,潔凈煤發(fā)電技術(shù)仍將是“十三五”燃煤發(fā)電機(jī)技術(shù)發(fā)展的核心。工業(yè)污染源排放出的粉塵顆粒是懸浮在大氣中的,當(dāng)它超過(guò)一定濃度時(shí)就會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生有害影響,引起灰霾,同時(shí)危害人體健康。作為細(xì)顆粒物的生成來(lái)源,人為源主要包含固定源及流動(dòng)源,固定源包括各種燃料燃燒源,如燃煤過(guò)程可產(chǎn)生大量的人體可吸入顆粒物。因此,火電廠的環(huán)保治理正在從控制端的濃度控制到質(zhì)量控制的技術(shù)轉(zhuǎn)變。
電袋復(fù)合除塵技術(shù)除塵率一般大于99.5%,普通電袋復(fù)合除塵器出口顆粒物濃度可控制在20mg/m3以下。電袋復(fù)合式除塵器經(jīng)過(guò)優(yōu)化整合,使其中粉塵通過(guò)電場(chǎng)帶電,利用荷電粉塵的氣溶膠效應(yīng)提高濾袋過(guò)濾效率,同時(shí)減少布袋的損耗,延長(zhǎng)了布袋使用壽命。
文獻(xiàn)對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中燃煤電廠的電除塵器、袋除塵器、電袋復(fù)合除塵器對(duì)PM10及PM2.5進(jìn)行捕集效率對(duì)比試驗(yàn),通過(guò)對(duì)比得出了以出口排放總質(zhì)量濃度和PM10和PM2.5分級(jí)的質(zhì)量濃度為指標(biāo),除塵效果最好的為電袋復(fù)合除塵器、其次為袋式除塵器。文獻(xiàn)通過(guò)對(duì)3種除塵器對(duì)比實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù),得出電袋復(fù)合除塵器具有較高的PM2.5脫除效率。
文獻(xiàn)對(duì)我國(guó)6個(gè)燃煤電廠細(xì)顆粒物排放量進(jìn)行實(shí)際測(cè)量并與美國(guó)及加拿大的相應(yīng)排放水平進(jìn)行對(duì)比,顯示這6個(gè)代表性電廠的PM10及PM2.5的排放因子遠(yuǎn)大于美國(guó)和加拿大的水平。文獻(xiàn)在不同過(guò)濾速度下對(duì)PM10除塵效果在電袋復(fù)合除塵器進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn),得出除塵器的壓降與過(guò)濾速度之間存在著線性關(guān)系。
文獻(xiàn)對(duì)電袋復(fù)合除塵器中的靜電區(qū)與布袋區(qū)之間的結(jié)合部分及氣流分布板的開(kāi)孔率進(jìn)行詳盡的實(shí)驗(yàn)研究。文獻(xiàn)分析了7種開(kāi)孔率及孔板的布置對(duì)電袋復(fù)合除塵器中孔板對(duì)顆粒物脫除的影響規(guī)律,不同孔板對(duì)電袋復(fù)合除塵器內(nèi)的電場(chǎng)及流場(chǎng)均有一定的影響。
文獻(xiàn)通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明電袋復(fù)合除塵器對(duì)PM2.5粒子的收集效率隨粒子尺寸的減小而降低,但對(duì)于0.03-0.2μm的粒子收集效率會(huì)再次提高。文獻(xiàn)對(duì)660MW機(jī)組配套的電袋復(fù)合除塵器進(jìn)行脫除多污染物的效果研究,結(jié)果表明其對(duì)Hg、SO2、SO3的脫除效果良好。
數(shù)值模擬方面,文獻(xiàn)對(duì)電袋復(fù)合除塵器中除塵器的流量不均等情況進(jìn)行數(shù)值模擬;文獻(xiàn)對(duì)電袋復(fù)合除塵器的氣流入口流速及電凝并區(qū)前水平管道長(zhǎng)度進(jìn)行數(shù)值研究;文獻(xiàn)對(duì)150MW機(jī)組電袋復(fù)合除塵器的氣流分布進(jìn)行數(shù)值研究;文獻(xiàn)對(duì)1000MW機(jī)組的電袋復(fù)合除塵器內(nèi)煙氣量、壓降以及粉塵比電阻3個(gè)因素進(jìn)行數(shù)值研究,得出最佳除塵效率對(duì)應(yīng)的壓降范圍及溫度范圍。
從文獻(xiàn)模型中看,以上數(shù)值研究電袋復(fù)合除塵器時(shí),都未對(duì)灰斗的影響進(jìn)行研究,本文研究了不同過(guò)濾速度下除塵器內(nèi)流場(chǎng)區(qū)別,同時(shí)也分析了灰斗產(chǎn)生的二次揚(yáng)塵現(xiàn)象。
通過(guò)以上分析,雖然除塵器的壓降與過(guò)濾速度存在線性關(guān)系,但除塵器內(nèi)部流動(dòng)空間較大,電極及布袋的布置位置都會(huì)對(duì)流動(dòng)的不均勻產(chǎn)生較大影響,因此本文通過(guò)研究不同過(guò)濾速度下的電袋結(jié)合除塵器中流動(dòng)速度不均勻性。
1 模型建立及評(píng)價(jià)指標(biāo)
1.1仿真模型數(shù)值模擬參數(shù)
該機(jī)組煙氣氣流從進(jìn)口進(jìn)入除塵器,攜帶灰塵顆粒的煙氣依次通過(guò)2個(gè)電場(chǎng)除塵室和3個(gè)袋式除塵室。含塵煙氣流經(jīng)過(guò)電除塵區(qū)的2個(gè)電場(chǎng)除去煙氣中顆粒較大的粉塵,含較小粉塵顆粒的氣體再進(jìn)入袋除塵區(qū)經(jīng)過(guò)濾袋的過(guò)濾進(jìn)入凈氣室,得到潔凈的氣體經(jīng)由除塵器出口離開(kāi)電袋復(fù)合除塵器,經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化后的模型如圖1所示。
圖1 電袋復(fù)合除塵器物理模型
電袋復(fù)合除塵器模型基本幾何參數(shù)。電除塵區(qū):長(zhǎng)10400mm、寬13100mm、高14800mm;一個(gè)袋除塵室長(zhǎng)為15600mm,寬5800mm,高14800mm,濾袋直徑300mm、長(zhǎng)8000mm,濾袋為12排12列,間距是400mmx400mm,共432個(gè)濾袋;凈氣室長(zhǎng)15600mm,寬5800mm,高4200mm,除塵器總過(guò)濾面積21200m2。
采用計(jì)算流體力學(xué)的方法對(duì)電袋復(fù)合除塵器的流場(chǎng)進(jìn)行了模擬計(jì)算,通用控制方程的離散采用有限容積法,對(duì)流項(xiàng)差分格式采用二階迎風(fēng)格式,流體壓力-速度耦合基于SIMPLE算法。
采用分區(qū)劃分網(wǎng)格的方法,對(duì)電袋復(fù)合除塵器的不同區(qū)域進(jìn)行前處理。劃分出了4種不同網(wǎng)格數(shù)量,經(jīng)過(guò)計(jì)算得出1100萬(wàn)網(wǎng)格與實(shí)際出口壓力值做比較接近,出口負(fù)壓為2850Pa,湍流強(qiáng)度I和水力直徑d分別見(jiàn)公式(1)和公式(2)。各壁面均設(shè)為無(wú)滑移壁面,空氣密度ρ為1.225kg/m3,黏度μ為2.425x10-5kg/m3;濾料的厚度△m=2mm,滲透率k見(jiàn)公式(3),內(nèi)部阻力系數(shù)C'見(jiàn)公式(4)。
1.2流場(chǎng)測(cè)定理論評(píng)價(jià)指標(biāo)
由于袋除塵區(qū)內(nèi)部截面各點(diǎn)的氣流速度不同,以相對(duì)均方根公式(5)作為評(píng)價(jià)指標(biāo),其特點(diǎn)是對(duì)速度場(chǎng)的不均勻值反應(yīng)比較靈敏,其均方根越大,不均勻度越高。
2 模擬結(jié)果及分析
2.1不同過(guò)濾速度對(duì)內(nèi)部流場(chǎng)影響
通過(guò)比較在不同過(guò)濾風(fēng)速電袋復(fù)合除塵器中的速度云圖(圖2)和流線圖(圖3),分析不同過(guò)濾風(fēng)速的影響程度。
均勻煙氣流進(jìn)入袋除塵區(qū)后,由于袋式除塵器的濾袋區(qū)對(duì)氣流的阻擋作用,使得均勻煙氣下行加速,在濾袋與灰斗間的區(qū)域形成速度變化梯度較大的不穩(wěn)定空間。圖2(a)是速度為0.8m/min,在Z=2450mm平面區(qū)域中濾袋與灰斗間的區(qū)域,可以看到煙氣的“高速區(qū)”。
此區(qū)域主要出現(xiàn)在前2個(gè)布袋除塵單元以及最后一個(gè)單元的前半個(gè)區(qū)域,后期由于煙氣向后輸運(yùn)過(guò)程中遇到了除塵室墻面的阻擋作用,形成上升氣流,與之前的高速氣流疊加,造成了“高速區(qū)”的上揚(yáng)。由于氣流速度變化緩慢,濾袋區(qū)煙氣速度分布均勻,即煙氣量較均勻。濾袋底部“高速區(qū)”最大氣流速度為7.5m/min;濾袋區(qū)最大氣流速度在后墻上部濾袋處,為5.3m/min,最小氣流速度在濾袋區(qū)前端1.3m/min。
圖2(b)是速度為1.2m/min的云圖,電袋復(fù)合除塵器內(nèi)部氣流速度等值區(qū)出現(xiàn)了明顯的分區(qū)狀態(tài),電除塵區(qū)的低速氣流區(qū)(b-a區(qū))與后部的高速氣流區(qū)(b-b區(qū))分界明顯,并且在后墻上部濾袋處出現(xiàn)了狹長(zhǎng)的高速氣流區(qū)(b-c區(qū)),這將增大濾袋負(fù)荷的不均勻度,降低高速區(qū)濾袋使用壽命。本工況,濾袋底部空間最大氣流速度11m/min,濾袋區(qū)的最大氣流速度同樣在后墻上部濾袋處,為8.3m/min,最小氣流速度在濾袋區(qū)的前端為0.8m/min。速度差較大。
圖2(c)是速度為1.6m/min的云圖,在此工況下,濾袋下部空間的“高速區(qū)”呈帶狀斜向上延伸至濾袋區(qū)后墻出口。在此區(qū)域內(nèi),氣流速度大,氣流量大,本工況,濾袋底部空間最大氣流速度為15m/min,濾袋區(qū)的最大氣流速度在后墻中部濾袋處,為10.3m/min,最小氣流速度在濾袋區(qū)的前端下部,為0.4m/s。速度差值進(jìn)一步增大。
圖2 不同速度Z=2450mm截面速度云圖對(duì)比
速度為2.0m/min的云圖如圖2(d)所示,在此工況下電除塵區(qū)風(fēng)速不均勻,出現(xiàn)了下部風(fēng)速大,上部風(fēng)速小的情況,這主要是由于隨著過(guò)濾風(fēng)速的提高,電除塵區(qū)入口風(fēng)速也相應(yīng)地提高,導(dǎo)流板及濾袋區(qū)的阻力作用顯著增加,導(dǎo)致大量煙氣流受阻下行的結(jié)果。在濾袋區(qū)的下部空間依舊形成了“高速區(qū)”,最高速度18m/min,且高速區(qū)域面積較其他速度相比都大,濾袋底部氣流如此高的水平流速將造成濾袋底部損壞。在濾袋區(qū),除第一袋除塵單元中部氣流速度較小外,最小速度為0.7m/s,其他部分速度均較高,尤以第二及第三單元為甚,其中最大氣流速度出現(xiàn)在靠近后墻的中部,為13m/min。
速度為2.4m/min的云圖如圖2(e)所示,在此工況下緊貼濾袋區(qū)后墻及后墻出口處出現(xiàn)了2塊狹長(zhǎng)的高速氣流等值區(qū),其中濾袋下部空間的最大氣流速度達(dá)20m/min。由以上分析可以看出,當(dāng)過(guò)濾風(fēng)速為0.8m/min時(shí),流場(chǎng)分布比較均勻,袋式除塵區(qū)內(nèi)最高速度與最低速度差值最小。
且在布袋出口區(qū)域流速分布均勻,沒(méi)有出現(xiàn)流速前后分化情況,布袋所承受負(fù)荷較小,有利于延長(zhǎng)布袋的使用壽命。在過(guò)濾風(fēng)速為1.2、1.6、2.0及2.4m/min的4種工況內(nèi),均在濾袋區(qū)內(nèi)出現(xiàn)不同程度的高速氣流區(qū),其中尤以2.4m/min工況為甚。說(shuō)明過(guò)濾風(fēng)速越小,袋式除塵區(qū)域的除塵效率越高。而過(guò)高的過(guò)濾風(fēng)速,不僅會(huì)造成除塵效率低下,還可能因?yàn)轱L(fēng)速過(guò)大,對(duì)布袋造成很大沖擊,影響布袋的使用壽命。
圖3為截面流線圖,從圖3可以更加清晰地看到煙氣在除塵器中的流動(dòng)狀況??梢钥吹诫姵龎m區(qū)以及袋除塵區(qū)的前2個(gè)單元流線分布較為均勻,除塵效果較好,而布袋除塵區(qū)的最后一個(gè)除塵單元,在上揚(yáng)的“高速區(qū)”和灰斗間存在一個(gè)影響范圍較大的渦旋區(qū)域,在這種渦旋結(jié)構(gòu)的作用下,煙氣流將對(duì)灰斗造成嚴(yán)重的沖刷作用,使部分已經(jīng)沉積于灰斗的灰重新被煙氣流卷起,造成二次揚(yáng)塵,增大了濾袋的過(guò)濾負(fù)荷,增加濾袋的磨損幾率,影響除塵器的效率。
圖3 不同速度Z=2450mm截面流線圖對(duì)比
2.2袋除塵區(qū)各部分的流場(chǎng)均勻性分析
檢測(cè)截面的選取應(yīng)具有代表性,能夠正確地反應(yīng)布袋除塵區(qū)各部分的流場(chǎng)均勻性。在袋除塵區(qū),檢測(cè)面(布袋下部空間、布袋區(qū)和凈氣室)是沿y軸方向依次布置8個(gè)面,其中布袋下部空間3個(gè)面分別為y1=1500mm,y2=3540mm,y3=5540mm;布袋區(qū)4個(gè)面分別為y4=7140mm,y5=9750mm,y6=11340mm,y7=13000mm;凈氣室1個(gè)面為y8=16570mm。
圖4是各個(gè)檢測(cè)面的相對(duì)均方根值對(duì)比。由圖4可以看出,濾袋與灰斗間區(qū)域(y1-y3),各工況在y1處相對(duì)均方根值??相差不多,沿除塵器從底部升高,呈現(xiàn)越接近濾袋區(qū)不均勻度越低,這說(shuō)明濾袋區(qū)對(duì)氣流的阻礙作用明顯,可使氣流均勻的進(jìn)入濾袋空間;在濾袋區(qū)(y4-y7),0.8m/min工況的相對(duì)均方根值明顯優(yōu)于其他工況,并且隨著過(guò)濾風(fēng)速的增大,相對(duì)均方根值σ逐漸增加;
在凈氣室(y8),各工況的相對(duì)均方根值基本相同。從圖4還可以看出,過(guò)濾速度為0.8m/min時(shí),整體袋除塵區(qū)的不均勻度波動(dòng)幅度最小。過(guò)濾風(fēng)速越小,氣流的速度越??;大的過(guò)濾風(fēng)速會(huì)降低濾袋的過(guò)濾的效果,而小的過(guò)濾風(fēng)速能提高濾袋的除塵效率,對(duì)濾袋的磨損也將減小。
圖4不同速度各個(gè)檢測(cè)面的相對(duì)均方根值對(duì)比
3 結(jié)論
本文研究了200MW機(jī)組的電袋復(fù)合除塵器中5種不同過(guò)濾速度對(duì)袋除塵器內(nèi)流場(chǎng)分布及流場(chǎng)均勻性進(jìn)行了數(shù)值研究,得到以下結(jié)論:
1)電袋復(fù)合除塵器內(nèi)部氣流速度出現(xiàn)了明顯的分區(qū)狀態(tài),在于電除塵結(jié)合的袋除塵區(qū)出現(xiàn)了明顯的高速區(qū),速度為1.6m/min時(shí)的高速區(qū)最小,且隨著速度的增加在袋除塵區(qū)靠近出口的后墻上部濾袋處出現(xiàn)了狹長(zhǎng)的氣流聚集區(qū),這將增大濾袋負(fù)荷的不均勻度。
2)通過(guò)流線圖可以看出,在灰斗區(qū)產(chǎn)生一定量的漩渦,對(duì)已經(jīng)脫除下來(lái)的灰產(chǎn)生二次揚(yáng)塵,增大袋除塵的負(fù)荷。
3)在袋除塵下部區(qū)域、袋除塵區(qū)域及凈氣室區(qū)域選取有代表的截面進(jìn)行流場(chǎng)均勻性檢驗(yàn),得出速度為0.8m/min時(shí)的不均勻性波動(dòng)最小,且在袋除塵區(qū)隨著速度增大流場(chǎng)不均勻性也增大,但同時(shí)隨著高度的增高整體都呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。
原標(biāo)題:【技術(shù)匯】過(guò)濾速度對(duì)200MW機(jī)組電袋復(fù)合除塵器流場(chǎng)分布影響的數(shù)值對(duì)比