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        除塵器前煙道平式分配母管優(yōu)化設(shè)計分析

        2019-05-09 09:47:24侯慶偉曹洪振
        山東電力技術(shù) 2019年4期
        關(guān)鍵詞:母管煙道除塵器

        程 鵬,侯慶偉,曹洪振

        (山東電力工程咨詢院有限公司,山東 濟南 250013)

        0 引言

        火力發(fā)電機組除塵器入口的煙道用于連接空氣預(yù)熱器與除塵器,并將煙氣分配到除塵器各室,除塵器各室煙氣分配的均勻程度對除塵器電耗和除塵效率影響明顯[1]。

        除塵器前煙道流場分析,一直是國內(nèi)流體力學(xué)研究熱點,國內(nèi)對此進行了很多理論研究。如周凱等對1 000 MW機組6種不同煙道布置進行煙氣均勻性對比分析[2],張樂川等對600 MW機組兩種不同煙道布置進行了流場分析[3],高榮偉等除塵器入口煙道阻力特性進行數(shù)值模擬[4]。然而這些學(xué)者只是對常規(guī)煙道布置進行理論研究,某工程采用新型平式分配母管,為保證煙氣分配均勻,有必要深入研究。

        對除塵器前煙道進行三維建模,運用Fluent進行數(shù)值模擬,比較分析分配裝置不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對除塵器入口氣流均勻性的影響,為分配裝置的設(shè)計提供必要的理論指導(dǎo)。

        1 平式分配母管設(shè)計參數(shù)

        某工程2×1 000 MW 機組除塵器前煙道設(shè)計過程中,由于空預(yù)器出口與除塵器入口高差過少,無法采用常規(guī)兩個彎頭連接提升高度的形式;而是采用新設(shè)計的分配母管為平式的煙氣分配裝置加一個彎頭提升高度的形式。3個圓形分配支管一端分別與分配母管連接,另一端分別與除塵器連接,具體布置方式如圖1所示,圖2為平式分配母管示意圖。

        氣流分布均勻性是保證電除塵效率的先決條件,根據(jù)JB/T 7671—2007《電除塵器氣流分布模擬試驗》標準“各封頭(室)的流量和理想分配流量之相對誤差不超過±5%”。為滿足上述規(guī)程,平式分配母管設(shè)計參數(shù)見表1。

        圖1 除塵器前煙道布置方式

        圖2 平式分配母管示意

        表1 平式分配母管設(shè)計參數(shù) mm

        2 流動模型的建立

        根據(jù)流體理論,煙道內(nèi)的流動是三維湍流問題,由于湍流的復(fù)雜性,通常需要借助合適的湍流模型。由于煙道內(nèi)存在回流,且計算區(qū)域較多,采用應(yīng)用比較多的 k-ε 兩方程模型[5]。

        連續(xù)性方程

        運動方程

        湍流動能方程k和擴散方程ε

        式中:ρ為流體密度;t為時間;xi為i方向的位移;Fi為微單元流體所受的i方向的力;p為微單元流體的壓強;μ 為流體運動粘度;xi,xj,xk分別為 i,j,k 方向的位移;ui,uj,uk分別為 i,j,k 方向的速度分量;ui,uj分別為i,j方向的平均速度分量。

        G為湍流生成項,其關(guān)系式為

        上序各個方程的系數(shù)值如下:Cε1=1.44,Cε2=1.92,δ=1.0,δi=1.3。

        3 邊界條件

        數(shù)值分析選擇連續(xù)相模型及顯式差分格式,采用SIMPLE算法求解k-ε兩方程模型,模擬分析煙道內(nèi)的速度分布情況。入口邊界條件認為來流速度充分發(fā)展且分布均勻,入口k值取為來流速度平均動能的0.5%,入口k-ε值按相關(guān)公式求得;將壓力出口定為出口邊界條件;煙道壁視為絕熱壁面;對于壁面附近的區(qū)域,采用壁面函數(shù)法修正[6]。

        4 結(jié)果與分析

        根據(jù)表1設(shè)計參數(shù)對上述工程除塵器前煙道流場進行了計算機模擬計算,3種方案除塵器入口煙氣質(zhì)量流量(左、中和右)結(jié)果如表2所示

        表2 3種方案除塵器入口煙氣質(zhì)量流量

        由表1和表2可以看出,方案2相比方案1,僅L值減少,3個除塵器入口流量偏差明顯減少。這是因為L處相當(dāng)于一個擋板,煙氣從入口經(jīng)過L處回流后進入左側(cè)除塵器入口支管,當(dāng)L值越大進入左側(cè)除塵器入口位置的煙氣流量會越大,另兩側(cè)的流量相應(yīng)減少。所以隨著方案2中L值減少為3 820 mm,流量偏差明顯減少。方案3和方案2相比L值不變,增加R值倒角,3個除塵器入口流量偏差均未超過±5%,滿足規(guī)程要求。增加倒角,一方面是相當(dāng)于減少了L值,另一方面是優(yōu)化了倒角處局部流場,減少阻力,可以降低引風(fēng)機電耗。方案3數(shù)值模擬速度云圖見圖3。

        圖3 方案3除塵器煙道速度云圖

        5 結(jié)語

        采用標準k-ε湍流模型,利用Fluent求解器對空預(yù)器出口至電除塵器入口段煙道平式分配母管進行優(yōu)化仿真。通過調(diào)整分配母管設(shè)計參數(shù)L和R,可以保證除塵器入口氣流的均勻性,滿足規(guī)程要求。

        此外除塵器廠家對除塵器入口速度相對標注偏差有要求,流場偏差較大,二次流較嚴重。下一步的工作將是利用數(shù)值模擬技術(shù)研究不同導(dǎo)流板的設(shè)置對除塵器入口速度相對標準偏差的影響。

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