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        一種利用數(shù)值建模方式對煙道優(yōu)化的舉措

        2021-12-31 01:20:04勝利國電東營熱電有限公司丁厚東李魯華
        電力設備管理 2021年13期
        關鍵詞:壓壓全壓煙道

        勝利國電(東營)熱電有限公司 丁厚東 張 振 李魯華

        勝利國電#5機組為660MW 超臨界燃煤供熱機組,2015年12月16日完成168小時試運。為響應國家環(huán)保要求,2017年8月至2017年12月機組進行超低排放改造,將SCR 脫硝由“2+1”升級為“3+1”;脫硫塔噴淋層上移一米且在最下層增加均流盤;脫硫吸收塔后增加濕電除塵。改造完成后機組運行出現(xiàn),300MW 以下負荷5A 單引風機運行正常,300MW 以上升負荷啟動5B 引風機極易失速,且無法并列;在高負荷期間引風機出力不足無法帶滿負荷問題。上述問題已嚴重影響機組的正常運行,亟需解決。

        1 原因分析

        選型參數(shù)和全壓(Pa)運行參數(shù)比較:額定負荷比較。選型BMCR/10050、選型BRL 工況/7650、實際運行612MW/9755;50%負荷比較。選型50%THA/2530、實際運行300MW/5325。由以上對比可看出,612MW 時引風機實際運行全壓已經(jīng)接近BMCR 工況選型全壓,遠高于THA 工況選型全壓。300MW 工況引風機實際運行全壓甚至是設計50%THA 工況全壓的2倍。

        以上對比可看出,改造后風機實際運行參數(shù)遠大于設計參數(shù),尤其是實際運行全壓(系統(tǒng)阻力)遠高于設計全壓,而系統(tǒng)阻力出現(xiàn)較大變化。為解決以上問題,根據(jù)當前煙道布局,采用數(shù)值模擬的方法分析其煙道流場狀態(tài),找出煙道阻力優(yōu)化空間,以期達到通過局部煙道優(yōu)化,降低引風機出口阻力。

        2 數(shù)值模擬選擇

        2.1 數(shù)值模擬概念

        數(shù)值模擬也叫計算機模擬。依靠電子計算機,結合有限元或有限容積的概念,通過數(shù)值計算和圖像顯示的方法,達到對工程問題和物理問題乃至自然界各類問題研究。根據(jù)流體阻力計算情況,選用CFD 數(shù)值模擬方法開展。

        2.2 CFD 方法簡介

        CFD 是英文Computational Fluid Dynamics(計算流體力學)的縮寫,是一門用數(shù)值計算方法求解流動主控方程以發(fā)現(xiàn)各種流動現(xiàn)象規(guī)律的學科。計算流體力學和相關的計算傳熱學,計算燃燒學的原理是用數(shù)值方法求解非線性聯(lián)立的質量、能量、組分、動量和自定義的標量的微分方程組,求解結果能預報流動、傳熱、傳質、燃燒等過程的細節(jié),并成為過程裝置優(yōu)化和放大定量設計的有力工具。計算流體力學的基本特征是數(shù)值模擬和計算機實驗,它從基本物理定理出發(fā),在很大程度上替代了耗資巨大的流體動力學實驗設備,在科學研究和工程技術中產(chǎn)生巨大的影響。

        用CFD 技術進行數(shù)值求解的基本思想是:把原來在空間和時間坐標中連續(xù)的物理量的場,用一系列有限個離散點上的值的集合來代替,通過一定的原則來監(jiān)理離散點上的變量值之間關系的代數(shù)方程,求解代數(shù)方程以活動所求變量的近似值。其只要用途是對流態(tài)進行數(shù)值仿真模擬計算,為了是數(shù)據(jù)結果更為直觀,將求解結果的速度場、流量場等用計算機模型表示出來。利用CFD 方法進行仿真模擬可以直接顯示煙道中流體的壓力、速度,從而進一步分析煙道中流體阻力情況,對煙道結構設計及參數(shù)選擇做出指導,為優(yōu)化改進煙道內(nèi)部結構做出判定。

        3 建模分析

        模擬對象為勝利國電#5機組A、B 側濕式除塵器凈煙道出口的匯合煙箱,分析其內(nèi)部煙氣流場分布。圖1為該項目煙道布置設計圖。

        圖1 煙道主視圖(左)、俯視圖(右)

        3.1 建立數(shù)模

        數(shù)值模擬方案及幾何模型。根據(jù)設計圖紙,建立全尺寸的三維模型,設定條件為:煙道采用全尺寸建模,入口位置為A/B 側脫硫塔出口水平煙道,出口位置為煙囪出口;分隔板、導流板采用無厚度壁面代替;煙氣勻速進入建模段兩個入口水平煙道,溫度30℃,煙氣組分根據(jù)原設計確定;數(shù)值模擬中的網(wǎng)格數(shù)量為141萬。

        數(shù)學模型。整個煙道內(nèi)流場的數(shù)值模擬是通過CFD 軟件實現(xiàn)。模擬過程中數(shù)學模型的選取及邊界條件的處理方式主要包括:選用Standard k-ε 模型對湍流進行簡化模擬;邊界條件的設定:煙氣入口為速度入口,出口為壓力出口;該模型用有限體積法在離散的網(wǎng)格上進行求解??紤]到流速較快,求解過程中耦合進湍流求解模塊;邊界條件設置。數(shù)值模擬邊界條件設置為:煙氣入口煙氣體積流量1393817m3/h,溫度30℃、出口壓力0Pa。

        3.2 原始煙道流通形態(tài)分析

        圖2 速度分布

        圖3 總壓分布

        通過模型與網(wǎng)格的建立和邊界條件的設置,首先計算原始煙道模型。原始狀態(tài)下煙道模型的計算結果:入口1總壓壓降(煙道入口1→煙囪出口)546.2Pa,入口2總壓壓降(煙道入口2→煙囪出口)685.2Pa。從模擬結果來看,風機出口側兩股煙氣對沖,速度場、壓力場極不均勻,導致局部阻力高。

        3.3 不同分隔與導流加裝模擬分析

        設置分隔板。利用分隔板將兩股煙氣分開,可能是有效的降低煙道對沖、減少兩個入口的總壓壓降有效方式。在煙道內(nèi)增加分隔板將兩股煙氣分隔開來,入口1總壓壓降(煙道入口1→煙囪出口)257.3Pa,入口2總壓壓降(煙道入口2→煙囪出口)733.1Pa。從模擬結果來看,增加分隔板后,兩股煙氣相沖的現(xiàn)象已經(jīng)消失,但入口2的局部速度和總壓降反而有所增加。

        圖4 分隔板煙道模型速度分布

        圖5 分隔板煙道模型總壓分布

        分隔板加導流板設置分析:單單在匯合集箱處設置分隔板,煙道1的速度分布與阻力情況明顯得到改善,但煙道2總壓壓降反而有所升高,反應出局部阻力增加。為此在加裝分隔板的基礎上,對在如圖6的四個位置采用不同組合加裝導流板模式,通過數(shù)字計算模型模擬進行核算,得到對應的速度分布與總壓分布,并根據(jù)分布情況對加裝位置和方式進行逐步優(yōu)化調(diào)整。經(jīng)綜合比較選定較優(yōu)方案的模擬情況如下。

        圖7 分隔板加導流板煙道模型

        圖8 分隔板加導流板煙道模型速度分布

        圖9 分隔板加導流板煙道模型全壓分布

        計算模型:入口1總壓壓降(煙道入口1→煙囪出口)237.7Pa,入口2總壓壓降(煙道入口2→煙囪出口)281.1Pa。從模擬結果來看,優(yōu)化分隔板和導流板之后,最大流動速度下降,煙道1與煙道2的速度分布及總壓壓降匹配情況良好。

        實施結論。根據(jù)數(shù)值模擬選擇分隔板+導流板方案并在2018年9月份小修進行工程施工,有效的降低了煙囪入口處局部阻力,解決了引風機無法并列等問題。

        4 結語

        根據(jù)數(shù)值模擬結果優(yōu)化選擇了有效的分隔板+導流板方案并進行實施,有效降低了煙道阻力,解決了引風能力不足、雙引風機易失速、無法并列的問題。通過此次工程實踐可發(fā)現(xiàn),針對具體問題采用數(shù)值建模的方式,可在不進行大量投入的情況下,通過生動的圖片、既定條件的數(shù)值核算,發(fā)現(xiàn)其間存在的問題,并獲得可參考的解決方案,通過針對性的施工得以有效地解決實際問題。數(shù)值建模方式明顯減少試錯成本,其定量化的計算,為準確施工提供保證,為同類機組在流體動力特性改變或出現(xiàn)偏差條件下解決相似問題提供有益的參考,,具有較好的示范意義。

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