陳　凱，陳　剛

(1. 上海電力建設(shè)啟動調(diào)整試驗所，上?！?00031；2.山東藍想環(huán)境科技股份有限公司，山東 安丘　262100)

火電機組發(fā)電量目前占我國總發(fā)電量的70%以上，燃煤電站鍋爐設(shè)計排煙溫度在120～140℃，其熱量損失達到電站輸入熱量的3%～8%，鍋爐煙氣余熱回收和利用可以顯著提升鍋爐效率，提高經(jīng)濟效益[1]。特別是投產(chǎn)年限較長的300 MW機組，在除塵器前加裝低溫省煤器可以有效降低鍋爐排煙溫度，達到節(jié)能減排的目的[2]。

除塵器前煙道內(nèi)氣流分布條件對低溫省煤器效率有較大影響，同時會影響到除塵器效率[3]。文獻[4]通過模化試驗研究了加裝不同導流裝置方案的前煙道均流效果。文獻[5]等基于Fluent軟件，診斷其存在的問題并提出不同的改造方案降低煙道內(nèi)阻力。文獻[6]針對除塵器區(qū)低溫省煤器進行數(shù)值研究，分析了加裝低溫省煤器后煙道內(nèi)流場分布，但并沒有提出對煙道內(nèi)流場改造的方案。文獻[7，8]采用了數(shù)值模擬的方法對除塵器前煙道流場進行三維數(shù)值研究，并根據(jù)分析結(jié)果進行煙道優(yōu)化設(shè)計。

本文針對300 MW電站鍋爐除塵器煙道，采用CFD方法對煙道內(nèi)流動特性進行數(shù)值模擬研究。針對原方案流速不均、磨損嚴重等問題提出優(yōu)化方案，為電站工程改造提供參考。

1　物理模型及數(shù)值方法

1.1　物理模型

本文研究對象為某300 MW電站鍋爐，其煙道三維模型如圖1所示，包括入口煙道、1-4彎頭、低溫省煤器、除塵器。針對改造前后煙道氣流特性和優(yōu)化效果開展數(shù)值模擬研究。計算網(wǎng)格采用ICEM 14.0軟件劃分，網(wǎng)格采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。

圖1　物理模型

1.2　數(shù)值計算方法

采用Fluent14.0軟件對電除塵前煙道內(nèi)流場進行數(shù)值研究，本文采用RNG k-e湍流模型。

連續(xù)方程：

(1)

動量方程：

(2)

湍動能方程：

(3)

湍動能耗散方程：

(4)

式中ui——流體平均速度；p——流體壓力；fi——沿i方向的質(zhì)量力；ρ——水的密度；υ——水的運動粘性系數(shù)；υi——渦粘性系數(shù)；Cμ取0.084 5；C1ε、C2ε——模型常數(shù)，分別取1.42、1.68；σk、σε——方程的Prandtl數(shù)，同時取1.39。

連續(xù)方程、動量方程采用二階迎風格式；采用SIMPLE算法對控制方程進行離散求解。近壁面采用標準壁面函數(shù)處理。邊界條件設(shè)置：入口設(shè)置煙氣平均速度；出口為自由出流；壁面粗糙度厚度取為0.5 mm。

1.3　導流板設(shè)計

首先對煙道內(nèi)未加低溫省煤及導流板的流場進行數(shù)值模擬。然后根據(jù)煙道內(nèi)氣流均勻情況，在不同的位置設(shè)置導流板，使得煙道內(nèi)氣流分布均勻。同時在布置低溫省煤器后，根據(jù)模擬的結(jié)果對煙道內(nèi)的導流方案進行優(yōu)化設(shè)計，最終采用導流板的安裝位置、數(shù)量以及形狀如圖2所示。

圖2　導流板設(shè)計方案

1.4　網(wǎng)格獨立性驗證

采用ICEM 14.0軟件對煙道進行網(wǎng)格劃分，應用結(jié)構(gòu)化/非結(jié)構(gòu)化混合網(wǎng)格技術(shù)，對除塵器區(qū)、煙道壁面及導流板壁面進行局部加密。在計算過程中通過逐步細化網(wǎng)格，劃分了5種不同的網(wǎng)格體系。在無導流板時，對于不同的網(wǎng)格數(shù)量，計算煙道1中的壓降，計算結(jié)果如圖3所示。由圖3中能夠看出，隨著網(wǎng)格數(shù)量的增加，煙道1內(nèi)壓降已基本不再變化，因此最終網(wǎng)格數(shù)量為300萬左右。

圖3　網(wǎng)格獨立性驗證

2　計算結(jié)果分析

2.1　無導流板時流場特性

煙道整體速度矢量圖如圖4所示。由圖4能夠看出，在整個通道中存在速度不均勻現(xiàn)象。在第1彎頭的拐角處，速度最高，局部達到30 m/s左右，煙氣高速沖刷墻壁，不僅造成通道內(nèi)流場強烈的不均勻，同時對壁面的磨損嚴重。在除塵器前同樣存在著流場不均勻現(xiàn)象，煙道中存在較多的低速區(qū)域，對除塵器性能造成嚴重的影響。

圖4　煙道速度矢量圖

圖5給出了煙道縱截面速度分布。由圖5能夠看出，在第1彎頭和第2彎頭的內(nèi)拐角處速度較高，煙氣由豎直煙道經(jīng)過第2彎頭后流場分布不均，第2彎頭出口上部速度最高位14 m/s，在下部存在一片低速區(qū)域，速度僅為4 m/s，煙氣流場的紊亂，將會增加除塵器電耗，同時影響除塵器安全運行。

圖5　煙道縱截面速度分布

煙道橫截面速度分布如圖6所示。由圖6能夠看出，煙氣在進入除塵器時存在一定的氣流偏轉(zhuǎn)，煙氣的斜向沖刷容易造成冷灰斗中的二次揚程，影響除塵器的正常運行。在煙道1中，由于煙道的特殊結(jié)構(gòu)，造成了進入除塵器前有大片的低速區(qū)域，速度為2 m/s，煙道內(nèi)氣流分布極不均勻。

除塵器入口速度分布如圖7所示。由圖7能夠看出，兩個除塵器入口截面都存在速度偏差，在煙道1除塵器入口，最大速度出現(xiàn)在上壁面，最高速度達到16 m/s，煙道2除塵器入口截面速度最大處在煙道下部，最高為17 m/s。除塵器入口流場不均勻，將會影響到電除塵器對粉塵的捕獲，降低除塵效率。

圖7　除塵器進口速度分布

2.2　加裝導流板時流場特性

圖8給出了加裝導流板后煙道整體速度矢量圖。由圖中能夠看出，安裝導流板后，整個煙道內(nèi)的最高速度由30.00 m/s降低為最高27.1 m/s。煙道經(jīng)第1彎頭后進入豎直煙道，煙道內(nèi)流場分布趨于均勻。在煙道內(nèi)不存在低速區(qū)域和高速區(qū)域，安裝導流板后能夠有效均化煙道內(nèi)流場，降低煙氣流速，從而降低對煙道內(nèi)部低溫省煤器及除塵器內(nèi)裝置的磨損，提高除塵效率。

煙道橫截面速度分布如圖9所示。原方案未加裝低溫省煤器及導流板，在煙道1和煙道2彎頭之后均出現(xiàn)氣流分布不均現(xiàn)象，在低溫省煤器區(qū)域出現(xiàn)嚴重的流速偏差現(xiàn)象，可能導致部分區(qū)域的嚴重磨損。由圖9可以看出，在加裝低溫省煤器及導流板后，除塵器前煙道氣流特性得到明顯改善，尤其是低溫省煤器區(qū)域，煙氣流速比較均勻，流量均勻分配有助于提高低溫省煤器換熱效率。

圖9　煙道橫截面速度分布

圖10給出了加裝導流板后煙道1、2除塵器進口截面速度分布圖。由圖10可知，與原方案相比，截面內(nèi)煙氣流速分布均勻，速度偏差小。煙道1最大速度由16 m/s降低到14 m/s，同時截面大部分區(qū)域速度在12～14 m/s。煙道2截面速度整體分布均勻，流速在13 m/s左右。

由分析可知，加裝低溫省煤器和導流板之后，除塵器煙道內(nèi)整體氣流分布特性得到有效改善，尤其是除塵器前煙道，流速分布均勻，整體運行條件良好。

圖10　除塵器進口速度分布

3　結(jié)語

(1)隨著網(wǎng)格數(shù)量的增加，煙道1中的壓降不再變化，數(shù)值計算采用的網(wǎng)格為300萬左右。

(2)除塵器前煙道中存在著強烈的速度不均勻現(xiàn)象，煙道中局部速度偏高，易造成煙道磨損。

(3)加裝導流板后整個系統(tǒng)流場均勻性得到提高，尤其是低溫省煤器區(qū)域，煙氣流速分布均勻。

參考文獻：

進入現(xiàn)代以來，作為知識分子的魯迅形象一直是眾多藝術(shù)家熱衷的創(chuàng)作對象，形成了特定的雕塑題材類型，由此涌現(xiàn)了大量的魯迅雕塑作品。諸如王朝聞、劉開渠、蕭傳玖、張松鶴、潘錫柔、仲兆鼎、沈文強、潘鶴、熊秉明、吳為山等雕塑家均有此類作品問世。魯迅主題雕塑的創(chuàng)作已成為除了毛澤東雕塑以外唯一能貫穿中國近現(xiàn)代雕塑史的美術(shù)現(xiàn)象。那么，魯迅主題雕塑的創(chuàng)作傳統(tǒng)從何而起呢？

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