江蘇新海發(fā)電有限公司 劉全軍

江蘇某發(fā)電公司裝設(shè)2臺(tái)1000MW超超臨界機(jī)組，鍋爐型號(hào)為SG-3049/28.25-M548，由上海鍋爐廠有限公司采用APBG公司的技術(shù)進(jìn)行制造。鍋爐為單爐膛塔式布置、一次中間再熱、四角切圓燃燒、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊構(gòu)造、露天布置，燃用煤種為煙煤。機(jī)組鍋爐超低排放改造后，尾部煙道后煙氣流程依次為：脫硝、空預(yù)器、電除塵、引風(fēng)機(jī)、低溫省煤器、脫硫、濕式除塵器、煙囪，其中每臺(tái)機(jī)組煙氣系統(tǒng)配置3臺(tái)（電機(jī)驅(qū)動(dòng)）引風(fēng)機(jī)，其系統(tǒng)阻力大幅上升，引風(fēng)機(jī)電耗顯著增加，存在較大的失速風(fēng)險(xiǎn)，極大地影響了機(jī)組的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，且夏季高負(fù)荷工況下引風(fēng)機(jī)出力不夠，機(jī)組帶負(fù)荷能力受限，不利于機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[1-3]。

本文基于數(shù)值模擬研究方法，對(duì)現(xiàn)有尾部煙道流場進(jìn)行診斷評(píng)估，找出系統(tǒng)中局部阻力集中、流量分配不均的位置并分析原因，提出優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

1 流場診斷

1.1 空預(yù)器至除塵器段煙道

如圖1所示為按照1:1比例空預(yù)器至除塵器段煙道建模圖?？疹A(yù)器出口至除塵器入口由對(duì)稱的兩個(gè)煙道組成，單側(cè)空預(yù)器煙道一分為三進(jìn)入到除塵器入口。

圖1 空預(yù)器出口至電除塵入口段煙道3D模型圖（單側(cè)）

原始煙道布置形式下，空預(yù)器出口至除塵器入口段煙道布置了多個(gè)轉(zhuǎn)向煙道，并且空預(yù)器出口煙道截面尺寸變化較大，該段煙道具備降阻空間。

如圖2所示為該段煙道煙氣流場CFD數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果。該段多個(gè)變徑、轉(zhuǎn)向煙道的存在，煙氣流動(dòng)過程中具有一定的阻力，數(shù)值模擬結(jié)果表明，在原始煙道布置條件下，空預(yù)器出口至除塵器入口截面煙氣總阻力為412Pa；煙氣從空預(yù)器出口進(jìn)入煙道時(shí)，沖向一個(gè)傾斜度較大的斜坡，該段局部煙氣流速過大，煙道內(nèi)氣流分布不均勻；現(xiàn)有布置條件下，除塵器入口三個(gè)通道煙氣量分配差異較大，煙氣量最大偏差達(dá)到了52.2%。

圖2 現(xiàn)有布置下空預(yù)器至除塵器段煙道流場分布（單側(cè)）

1.2 除塵器出口至引風(fēng)機(jī)入口段煙道

如圖3所示為除塵器出口至引風(fēng)機(jī)入口段煙道3D模型圖。該段煙道布置了多個(gè)變徑、匯合以及轉(zhuǎn)向煙道。如圖4所示為除塵器出口至引風(fēng)機(jī)入口段煙道煙氣流場CFD數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果。結(jié)果表明，該段煙道的煙氣阻力為112Pa，有進(jìn)一步優(yōu)化的空間。

圖3 除塵器出口至引風(fēng)機(jī)入口段煙道3D模型圖

圖4 除塵器出口至引風(fēng)機(jī)入口段煙道截面流場分布

1.3 低溫省煤器出口至脫硫入口段

如圖5所示為低溫省煤器出口至脫硫塔入口煙道3D建模。煙氣從三臺(tái)引風(fēng)機(jī)出口經(jīng)低省匯流后進(jìn)入脫硫入口，該段煙道彎頭較多，并且存在煙氣匯流段，煙道阻力較大。如圖6所示為低溫省煤器至脫硫塔段煙道的煙氣流場分布，數(shù)值模擬結(jié)果表明，煙道現(xiàn)有布置下，該段煙道總阻力為250Pa。

圖5 低溫省煤器出口至脫硫塔入口煙道3D建模

圖6 低溫省煤器至脫硫塔段煙道的煙氣流場分布

2 優(yōu)化方案

2.1 空預(yù)器至除塵器段煙道系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

優(yōu)化方案在考慮該段煙道降阻效果的同時(shí)，也考慮了電除塵入口各通道煙氣量分布的均勻性。如圖7所示為優(yōu)化設(shè)計(jì)方案下煙道煙氣流場CFD數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果。從結(jié)果來看，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案下，該段煙道煙氣阻力明顯降低，煙氣流動(dòng)更為有序。

圖7 優(yōu)化后空預(yù)器出口至電除塵入口煙道流場分布

數(shù)值模擬統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案下，該段煙道煙氣阻力由412Pa降至211Pa，煙氣阻力降低了201Pa，基本消除了煙道內(nèi)煙氣流動(dòng)的低速區(qū)，可有效緩解煙道積灰問題。此外，優(yōu)化改造后電除塵入口三個(gè)通道煙氣量分配最大偏差為由改造前的52.2%降低至8.0%，電除塵入口三個(gè)通道煙氣流量分布更為均勻，有利于提高除塵器的除塵效率。

2.2 除塵器至引風(fēng)機(jī)段煙道系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

如圖8所示為優(yōu)化后電除塵出口至引風(fēng)機(jī)入口段煙道內(nèi)部流場?？梢郧宄乜吹?，煙道內(nèi)低速區(qū)大幅減少。優(yōu)化后由電除塵出口至引風(fēng)機(jī)入口煙道阻力也從優(yōu)化前的112Pa減小至優(yōu)化后的81Pa，阻力降低了31Pa。

2.3 低溫省煤器至脫硫塔段煙道系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

如圖9所示給出了優(yōu)化后的流場。數(shù)值模擬結(jié)果表明，優(yōu)化后氣流流動(dòng)較為平順，吸收塔入口截面速度分布更為均衡，有效消除了吸收塔入口可能帶來的返漿結(jié)垢現(xiàn)象，該段煙道阻力也從優(yōu)化前的250Pa減小至優(yōu)化后的94Pa，阻力降低了156Pa。

圖9 優(yōu)化后低溫省煤器至脫硫塔段煙道煙氣流場分布

3 效益估算

CFD模擬計(jì)算表明，通過流場優(yōu)化改造，該超超臨界機(jī)組實(shí)際降阻可達(dá)310Pa以上。以滿負(fù)荷煙氣量約為3541.8t/h，發(fā)電設(shè)備每年平均利用4500h，電價(jià)0.35元/kWh為條件計(jì)算，若尾部煙道系統(tǒng)降阻性能保證在310Pa以上，則每年節(jié)約的引風(fēng)機(jī)耗電量約為189.3萬kWh以上，僅風(fēng)機(jī)電費(fèi)每年可至少節(jié)約66.3萬元。除此之外，流場改善后，煙氣流場均勻性得到較大提升，機(jī)組運(yùn)行的安全性及設(shè)備工作效率也得到進(jìn)一步的提升。

4 結(jié)論

綜上所述，通過對(duì)1000MW超超臨界機(jī)組尾部煙道系統(tǒng)進(jìn)行降阻改造，在不改變?cè)瓱煹啦贾玫幕A(chǔ)上，對(duì)阻力集中的關(guān)鍵煙道位置進(jìn)行局部降阻改造，系統(tǒng)性地減少尾部煙道整體阻力，改造效果及效益如下。

一是改造后，機(jī)組額定工況下，空預(yù)器出口至電除塵器入口煙道煙氣阻力由412Pa降至211Pa，煙氣阻力降低了201Pa，且三個(gè)通道煙氣量最大偏差為由改造前的52.2%降低至8.0%。

二是改造后，機(jī)組額定工況下，電除塵器出口至引風(fēng)機(jī)入口煙道阻力也從優(yōu)化前的112Pa減小至優(yōu)化后的81Pa，阻力降低了31Pa。

三是改造后，機(jī)組額定工況下，低溫省煤器至脫硫塔段煙道系統(tǒng)阻力從優(yōu)化前的250Pa減小至優(yōu)化后的94Pa，阻力降低了156Pa。

四是若尾部煙道系統(tǒng)降阻性能保證在310Pa以上，每年節(jié)約的風(fēng)機(jī)電費(fèi)可達(dá)66.3萬元。除此之外，流場改善后，煙氣流場均勻性得到較大提升，機(jī)組運(yùn)行的安全性及設(shè)備工作效率也能夠得到進(jìn)一步的提升。