摘 要：電除塵器振打清灰過程中產(chǎn)生的粉塵二次飛揚(yáng)損失，是導(dǎo)致其運(yùn)行性能下降的主要因素之一，二次飛揚(yáng)損失的大小與電場(chǎng)內(nèi)部氣流流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。采用氣固兩相流的數(shù)值模擬方法，對(duì)電除塵器內(nèi)部氣流流動(dòng)和粉塵濃度分布狀態(tài)進(jìn)行研究，以出口排放濃度最低為目的，對(duì)除塵器內(nèi)部氣流組織進(jìn)行優(yōu)化。模擬得出最佳出口排放濃度較低的較佳斜氣流流型，研究其對(duì)微細(xì)粒子捕集效率提高的能力。

關(guān)鍵詞：電除塵器；CFD；斜氣流；氣-固兩相流；數(shù)值模擬

中圖分類號(hào)：X701.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）12-0068-01

1 引 言

電除塵器具有除塵效率高、設(shè)備阻力小、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、處理煙氣量大及能處理高溫?zé)煔獾葍?yōu)點(diǎn)，在工業(yè)煙塵中占有重要地位，是燃煤電廠主要的除塵設(shè)備之一，隨著2012年起實(shí)施的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》提出，對(duì)電除塵器提出了更高的要求[1]。

電除塵器的工作原理包括氣體電離、懸浮粒子荷電、荷電粒子在電場(chǎng)中的沉降和捕集粒子的清除四個(gè)過程。振打清灰過程中產(chǎn)生的粉塵二次飛揚(yáng)損失，是導(dǎo)致除塵器運(yùn)行性能下降的主要原因之一，二次飛揚(yáng)損失的大小與電廠內(nèi)部氣流流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。電場(chǎng)內(nèi)粉塵顆粒的運(yùn)動(dòng)對(duì)粒子荷電，粒子沉降和二次揚(yáng)塵也有著重要影響。因此對(duì)電除塵器內(nèi)氣固兩相流進(jìn)行數(shù)值模擬試驗(yàn)研究，更直接地反映流場(chǎng)調(diào)節(jié)對(duì)電除塵器除塵效率的影響，通過改善電場(chǎng)內(nèi)氣流分布來提高除塵效率、降低粉塵排放濃度，為電除塵器的設(shè)計(jì)和改造提供依據(jù)。

2 斜氣流技術(shù)

2.1 斜氣流技術(shù)機(jī)理

長(zhǎng)期以來的觀點(diǎn)一直認(rèn)為，如果電除塵器電場(chǎng)內(nèi)部氣流分布均勻，其運(yùn)行效果就可以達(dá)到最佳。這種觀點(diǎn)主要是以數(shù)學(xué)分析為理論依據(jù)，即假設(shè)沿粉塵沉降方向橫截面上各點(diǎn)的粉塵濃度值是一個(gè)恒定不變的常數(shù)，也可以說粉塵在沉降方向上的濃度分布是均勻的，如圖1所示，但實(shí)際情況并非如此，電場(chǎng)中粉塵的沉降會(huì)受到重力、電場(chǎng)力、二次揚(yáng)塵以及氣流慣性等因素的影響，因此，實(shí)際測(cè)出的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，粉塵濃度呈現(xiàn)出不均勻分布現(xiàn)象，如圖2所示的顆粒濃度分布狀態(tài)，即粉塵濃度頂部比底部小，電場(chǎng)內(nèi)后面濃度高于前面顆粒濃度的分布狀態(tài)。因此，當(dāng)氣流以標(biāo)準(zhǔn)的均勻流速分布時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)電場(chǎng)內(nèi)某些區(qū)域利用率低，而有些區(qū)域處于過載狀態(tài)，所以，氣流采用均勻分布未必是完全可取的。

2.2 較佳斜氣流流型的提出

眾所周知，氣流分布對(duì)電除塵器除塵效率的影響是舉足輕重的，我們通常認(rèn)為電除塵器能達(dá)到最佳運(yùn)行效果即除塵效率最高的必要條件之一是使得電場(chǎng)內(nèi)部各個(gè)斷面的氣流速度分布均勻。這個(gè)觀點(diǎn)的提出是基于多依奇的橫向混合模型，該模型的假設(shè)條件是：粉塵在通過電場(chǎng)時(shí)得到了完全混合，電除塵器沿氣流流方向的任一橫截面上，粉塵濃度保持均勻分布，進(jìn)入電除塵器的粉塵粒子立即荷電，且忽略了二次揚(yáng)塵等影響因素。事實(shí)上這種理想的模型只有在沒有返流損失和旁路等不利因素的高湍流區(qū)才能近似滿足。而在實(shí)際運(yùn)行的電除塵器內(nèi)，返流損失和旁路的影響是不容忽視的，再加上湍流擴(kuò)散有限性的作用，電除塵器各電場(chǎng)斷面的粉塵濃度是分布不均勻的。

本文通過不斷改變氣流分布板的局部開孔率，對(duì)同一條件下的粉塵進(jìn)行氣-固兩相流的數(shù)值模擬研究，最終得出第一電場(chǎng)入口斷面速度分布從上到下不斷增大，末端電場(chǎng)出口斷面從上到下不斷減小，在電場(chǎng)區(qū)域平滑過渡，且排放濃度較低的接近理想的斜氣流流型。滿足上述條件的斜氣流流型即為本文所確定的較佳斜氣流流型。

3 斜氣流的數(shù)值模擬

3.1 幾何模型及網(wǎng)格劃分

論文采用Fluent軟件的前處理軟件Gambit，按照1：1的比例建立電除塵器幾何模型，數(shù)值模擬試驗(yàn)區(qū)域包括進(jìn)口管道、進(jìn)口喇叭、電除塵器本體（包括電場(chǎng)區(qū)域和灰斗）、出口喇叭以及出口管道，建立電除塵器幾何模型圖。

3.2 計(jì)算模型和邊界條件

計(jì)算模型選用標(biāo)準(zhǔn)k-ε方程模型，控制方程包括連續(xù)性方程、動(dòng)量方程、能量方程、湍動(dòng)能k方程及耗散率ε方程。模擬電除塵器內(nèi)氣流流動(dòng)狀態(tài)時(shí)，連續(xù)相邊界條件設(shè)定速度進(jìn)口邊界條件，壓力出口邊界條件，氣流分布板采用多孔介質(zhì)邊界條件；導(dǎo)流板、導(dǎo)流片、灰斗擋風(fēng)板以及電除塵器殼體設(shè)置為墻；離散相邊界條件設(shè)定進(jìn)口、出口、氣流分布板均為逃逸，極板和灰斗為捕集。

3.3 模擬結(jié)果與討論

沿氣流流動(dòng)方向第一層氣流分布板的開孔率設(shè)置為60%，首先使氣流均勻的進(jìn)入電場(chǎng)區(qū)域，然后要使氣流傾斜向上流動(dòng)，將第二層氣流分布板分為均等的四小塊，設(shè)置不同的開孔率，由上至下逐漸增大，第三層氣流分布板分成均等的六小塊，開孔率由上至下逐漸增大，由于在底部區(qū)域要給氣流一個(gè)迫使其向上運(yùn)動(dòng)的力，所以底部的小塊氣流分布板的開孔率應(yīng)設(shè)置小一些。但是如果最底部的氣流分布板開孔率突然減小，即阻力系數(shù)突然增大，會(huì)來不及緩沖，故底部倒數(shù)第二塊氣流分布板的開孔率就應(yīng)該適當(dāng)減小，底部第一塊的開孔率最小。出口氣流分布板分為三小塊，開孔率由上至下逐漸減小，頂部分布板的開孔率大一些也可以引導(dǎo)氣流向上傾斜流動(dòng)。

4 結(jié) 論

通過對(duì)斜氣流進(jìn)行兩相流的數(shù)值模擬，得到出口排放濃度較低的斜氣流流型，模擬試驗(yàn)分析了斜氣流對(duì)不同粒徑粒子捕集效率的影響，結(jié)果表明斜氣流在一定程度上能提高對(duì)粒子的捕集效率，對(duì)10μm以上粒子捕集效率提高的幅度較明顯，而10μm以下的微細(xì)粒子捕集效率的提高是有限的。

參考文獻(xiàn)

[1]張建宇，潘 荔，楊 帆，劉 嘉.中國燃煤電廠大氣污染物控制現(xiàn)狀分析[J].環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào)，2011，1（3）：185～196.

[2]張德軒，賀國燕，孔春林.新環(huán)保要求下火電廠除塵設(shè)備的選型[C].第11屆全國電除塵學(xué)術(shù)會(huì)議論文集，2005：102～112.

[3]胡滿銀，趙俊起，韓 祥，等.電除塵器斜氣流分布的實(shí)驗(yàn)研究.華北電力技術(shù)，2005（1）：11～12.

收稿日期：2018-3-25