鄭力瑋

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建龍巖 364000）

0 引言

由于國(guó)家對(duì)環(huán)保愈加重視，煙塵排放制度日益嚴(yán)格。燃煤電廠是我國(guó)大氣污染排放大戶，布袋除塵器作為最常用的燃煤電廠收塵設(shè)備，其性能需要進(jìn)一步優(yōu)化，由于已有設(shè)備本體和空間上的限制，布袋除塵器的設(shè)計(jì)變得更有挑戰(zhàn)性。本文結(jié)合工程設(shè)計(jì)實(shí)例，通過(guò)CFD數(shù)值模擬技術(shù)輔助，對(duì)某燃煤電廠350 MW熱電機(jī)組配套的布袋除塵器的兩種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行研究分析，并選取最優(yōu)方案，為布袋除塵器的設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。

1 除塵系統(tǒng)概況

某燃煤電廠350 MW熱電機(jī)組項(xiàng)目，鍋爐型式為：超臨界直流、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型煤粉鍋爐，其爐后除塵的相應(yīng)配套為布袋除塵器，每臺(tái)鍋爐配兩臺(tái)布袋除塵器。鍋爐燃燒后含大量粉塵的煙氣經(jīng)過(guò)回轉(zhuǎn)式三分倉(cāng)預(yù)熱器后分兩個(gè)煙道進(jìn)入兩臺(tái)布袋除塵器的進(jìn)口，單臺(tái)除塵器處理煙氣量為901 560 m3/h，含塵煙氣進(jìn)入除塵器進(jìn)口煙道，通過(guò)布袋除塵器內(nèi)部濾袋裝置過(guò)濾除塵，凈煙氣從除塵器凈煙箱出氣口離開(kāi)除塵器。本案例布袋除塵器的外形設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 布袋除塵器外形結(jié)構(gòu)

2 布袋除塵器濾袋裝置的兩個(gè)不同設(shè)計(jì)方案

濾袋裝置是布袋除塵器的核心部件，內(nèi)部過(guò)濾裝置的設(shè)計(jì)是整個(gè)除塵器設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，濾袋裝置的設(shè)計(jì)首先考慮減小濾袋自身的阻力，其次通過(guò)濾袋的合理布置減小經(jīng)過(guò)濾袋的氣流速度。本案例350 MW熱電機(jī)組項(xiàng)目配套兩臺(tái)雙室布置的布袋除塵器，鍋爐燃燒后煙氣經(jīng)過(guò)預(yù)熱器后分為兩個(gè)矩形煙道分別進(jìn)入兩臺(tái)除塵器的進(jìn)口煙箱，在有限的除塵器內(nèi)部空間限制下，基于同等的外形條件，分別設(shè)計(jì)兩個(gè)不同的濾袋的排列布置方案進(jìn)行比較分析，尋求最佳布置方案。

本案例設(shè)定了方案A和方案B兩個(gè)方案，具體如下：

方案A：除塵器擬采用水平進(jìn)風(fēng)方式，煙氣進(jìn)入布袋除塵器內(nèi)部通過(guò)濾袋裝置除塵，凈煙氣從除塵器水平凈煙箱出氣口離開(kāi)除塵器。其中濾袋選用圓周型排布，濾袋選型為橢圓形截面，如圖2所示。

圖2 方案A濾袋布置（其中一個(gè)濾室）

方案B：除塵器擬采用水平進(jìn)風(fēng)方式，煙氣進(jìn)入布袋除塵器內(nèi)部通過(guò)濾袋裝置除塵，凈煙氣從除塵器水平凈煙箱出氣口離開(kāi)除塵器。其中濾袋選用矩形陣列排布，濾袋選型為圓形截面，如圖3所示。

圖3 方案B濾袋布置（其中一個(gè)濾室）

首先，依據(jù)以往工程實(shí)例和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，可以初步分析出濾袋排布的兩個(gè)方案的優(yōu)劣。A方案濾袋布置相較于B方案更為緊湊，氣流會(huì)比較集中于濾袋分布密集區(qū)域，在同等的濾袋總有效過(guò)濾面積的前提下，A方案的過(guò)濾阻力和局部氣流速度會(huì)大于B方案，在不考慮不同方案所配套的清灰噴吹方式差異的情況下，一般會(huì)更傾向于選擇B方案，但還是需借助計(jì)算機(jī)CFD模擬來(lái)輔助分析不同方案內(nèi)部過(guò)濾阻力的大小和流場(chǎng)分布的優(yōu)劣，從而選擇出最佳的設(shè)計(jì)方案。

3 布袋除塵器的CFD模擬分析

3.1 幾何模型

在設(shè)定的兩個(gè)除塵器方案的基礎(chǔ)上，借助計(jì)算機(jī)CFD模擬分析布袋除塵器內(nèi)部流場(chǎng)等數(shù)據(jù)。在布袋除塵器的CFD數(shù)值模擬中，首先需建立除塵器本體的幾何三維模型。按實(shí)際除塵器的結(jié)構(gòu)尺寸分別對(duì)方案A和B除塵器結(jié)構(gòu)建立幾何模型，并對(duì)模型進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化[1-2]。本案例布袋除塵器單個(gè)通道內(nèi)袋區(qū)沿?zé)煔夥较蚍譃榍?、中、?個(gè)區(qū)。對(duì)于布袋除塵器的內(nèi)部濾袋布置，A和B兩個(gè)方案除塵器內(nèi)部均布置了相同數(shù)量的濾袋，且濾袋具有同等的總有效過(guò)濾面積。

布袋除塵器三維示意圖如圖4、圖5所示。

圖4 方案A布袋除塵器三維示意圖

圖5 方案B布袋除塵器三維示意圖

3.2 CFD模擬結(jié)果與分析

對(duì)兩個(gè)方案建立模型，設(shè)置邊界條件，劃分網(wǎng)格，分別由計(jì)算機(jī)對(duì)兩個(gè)除塵器設(shè)計(jì)方案進(jìn)行計(jì)算分析。

3.2.1 整體流場(chǎng)分析

計(jì)算機(jī)計(jì)算結(jié)果顯示：方案A的除塵器濾袋局部流速最大為1.03 m/s；方案B的除塵器濾袋局部流速最大為0.87 m/s。通過(guò)濾袋流速可以判斷方案B的流場(chǎng)更佳。

除塵器內(nèi)部整體速度云圖如圖6、圖7所示。

圖6 方案A除塵器整體速度云圖

圖7 方案B除塵器整體速度云圖

3.2.2 阻力與流量均勻性分析

借助計(jì)算機(jī)得出兩種方案除塵器內(nèi)部的阻力與流量均勻性對(duì)照表，從表1和表2可以看出，兩個(gè)方案的相對(duì)流量偏差最大值的絕對(duì)值均在5%的范圍內(nèi)，可見(jiàn)兩個(gè)方案的氣流分布皆較均勻。但方案B除塵器內(nèi)部相對(duì)流量偏差絕對(duì)值均值相較方案A小，且方案B內(nèi)部阻力128 Pa相對(duì)于方案A的156 Pa更小。

表1 內(nèi)部阻力

表2 流量計(jì)算結(jié)果

由以上兩個(gè)方面可以總結(jié)出本案例的布袋除塵器內(nèi)部濾袋裝置兩個(gè)設(shè)計(jì)方案優(yōu)劣排序?yàn)椋悍桨窧＞方案A。

4 布袋除塵器阻力能耗的對(duì)比

除塵器阻力電耗按式（1）計(jì)算[3]：

式中：WR為除塵器阻力電耗；Q為除塵器單位時(shí)間處理的工況煙氣量；ΔP為除塵器壓力降（阻力）；0.85為風(fēng)機(jī)效率。

本案例單臺(tái)除塵器處理煙氣量為901 560 m3/h，布袋除塵器的阻力每增加100 Pa，其增加的電耗約為29.463 kW·h/h。

假設(shè)本案例燃煤電廠350 MW熱電機(jī)組每年利用小時(shí)數(shù)為6 000，方案B和方案A對(duì)比，方案B單臺(tái)布袋除塵器的電耗約能夠降低4.95萬(wàn)kW·h/a（僅考慮阻力電耗的情況）。

5 結(jié)束語(yǔ)

依據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)CFD技術(shù)輔助，本案例中布袋除塵器內(nèi)部濾袋裝置的設(shè)計(jì)選型為方案B的濾袋矩陣布置方案。

優(yōu)良的布袋除塵器設(shè)計(jì)可使除塵器內(nèi)部具有良好的氣流分布，并降低除塵器阻力，布袋除塵器阻力的大小會(huì)直接影響到下游的引風(fēng)機(jī)電耗，相同工況下，除塵器阻力越小，引風(fēng)機(jī)的功耗就越小，其電耗就越低。本文對(duì)某燃煤電廠350 MW熱電機(jī)組配套的布袋除塵器設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究分析，并選取了最優(yōu)的濾袋布置方案，為布袋除塵器的設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)，有利于降低燃煤電廠環(huán)保設(shè)備的運(yùn)行能耗，提高設(shè)備使用的經(jīng)濟(jì)性。