摘 要：电袋复合除尘器因其具有出口粉尘浓度不受煤种、飞灰成分变化影响，出口粉尘浓度低等优点而广泛应用于燃煤电厂烟尘的治理。电袋复合除尘器的阻力是其重要的性能参数之一，它不仅取决于滤袋单元的阻力，内外部结构件的阻力也是其重要组成部分。文章采用CFD数值模拟技术，对某燃煤电厂660MW机组配套电袋复合除尘器出气烟箱的几种设计方案进行研究分析，并选取其中的最优方案，使其气流分布更加均匀同时减小系统阻力。
关键词：电袋复合除尘器；出气烟箱；CFD；系统阻力
中图分类号：X701.2 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）12-0106-03
Abstract： The electrostatic fabric integrated precipitator （EFIP） has been widely used in the treatment of smoke dust in coal-fired power plant because of its advantages such as no influence of coal types and coal ash ingredient change， low dust concentration in outlet dust， etc. The resistance of EFIP is one of the important performance parameters. It not only depends on the resistance of filter bag units， but also on the resistance of internal and external structures. In this paper， the CFD numerical simulation technology is adopted to study and analyze several design schemes of the exhaust smoke box of the 660MW unit of a coal-fired power plant， and the optimization scheme is selected， so that the airflow distribution is more uniform and the system resistance is reduced.
Keywords： electrostatic fabric integrated precipitator （EFIP）； exhaust smoke box； CFD； system resistance
引言
燃煤電厂作为我国大气污染物的排放大户，对我国造成了巨大的环境压力。为较大限度地降低大气污染物排放水平，减轻污染物排放对大气环境的不利影响。随着环保部、质检总局于2011年联合发布了被称为“史上最严”的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011），电袋复合除尘器因其具有出口粉尘浓度不受煤、飞灰成分变化影响，出口粉尘浓度低等优点在我国的燃煤电厂迅速得到大量推广。随着国家发改委等三部委联合发布《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）》（发改能源[2014]2093号），以及地方“超低排放”政策要求的相继颁布，电力行业积极开展适应超低排放的发展战略研究和环保科研攻关，开始研发并采用超净电袋复合除尘器对烟尘进行治理，确保烟尘的超低排放[1-2]。
电袋复合除尘器充分吸收“荷电收尘”和“拦截过滤”机理的优点，电区收集80%以上的大部分粉尘和粗颗粒粉尘，大大降低了滤袋区的浓度负荷和粉尘颗粒对滤袋的磨损。同时两者的结合产生了新的荷电粉尘过滤特性机理：异性电荷细颗粒电凝并形成大颗粒粉尘，提高细微颗粒捕集率；同极电荷相互排斥，迅速扩散，形成均匀分布的气溶胶悬浮状态，使到达滤袋表面的粉尘排列规则有序、蓬松，剥落性好，粉尘层孔隙率高，透气性好。荷电粉尘过滤特性使得袋区清灰容易，清灰周期长、阻力低[3]。
研究表明，电袋复合除尘器的气流分布和阻力特性是影响其除尘性能的关键因素之一，阻力的大小会影响除尘器的电耗；在相同工况条件下，阻力越小，电耗越低。本文结合工程实例，采用CFD数值模拟技术，对某燃煤电厂660MW机组配套电袋复合除尘器出气烟箱的几种设计方案进行研究分析，并选取其中的最优方案，为电袋复合除尘器出气烟箱的设计提供参考依据，且有利于降低电厂环保设备的运行成本。
1 电袋复合除尘器结构
电袋复合除尘器主要由两大部分组成，一部分是电袋复合除尘器本体，另一部分是电袋复合除尘器电控设备。本体结构如图1所示。
工作时，高速含尘烟气从进口烟道进入除尘器，经进气烟箱扩散、缓冲、整流，水平、均匀进入电场区。在电场区，大部分粉尘和粗颗粒粉尘在高压静电作用下被捕集，小部分荷电的细颗粒粉尘随气流进入滤袋区被滤袋过滤净化，净烟气从滤袋口流出，经净气室进入出气烟箱，最后进入出口烟道。气流在净气室和出气烟箱内部改变走向，由垂直气流变成水平气流，电袋复合除尘器的净气室和出气烟箱相当于烟风道的弯头[4]。
2 电袋复合除尘器出气烟箱的设计方案
对电袋复合除尘器出气烟箱的设计，首先考虑减小出气烟箱的阻力；其次考虑减小出口烟道内部的烟气最大流速，以减轻对壁板、管撑等的冲刷，延长寿命；最后考虑出气烟箱与出口烟道连接处截面上的速度分布均匀性，由于有些项目的业主会要求在除尘器进、出口烟道上设置挡板门，以实现除尘器的在线检修功能，挡板门一般安装在靠近进、出口烟道与除尘器的接口处，挡板门上的烟气速度分布均匀性将直接影响其使用性能和寿命。
某燃煤电厂660MW机组配套电袋复合除尘器有四个进口烟道、四个出口烟道，分别两两对称布置，除尘器为双室双列结构，净气室为直通式结构；除尘器出气烟箱与出口烟道的接口尺寸为4500mm×4500mm，烟箱宽度方向为收缩式，烟箱高度方向为扩散式，出气烟箱是异形件；为保证出气烟箱与出口烟道连接处截面上的速度分布均匀性，并减小出气烟箱的阻力，根据有限的布置条件，对出气烟箱进行优化设计，选择最佳形状。
结合以往工程实例及CFD模拟经验，提出了除尘器出气烟箱的几种设计方案，方案一的出气烟箱型式为上平下阶梯式结构；方案二的出气烟箱型式为上平下渐扩式结构，出气烟箱底板从净气室的花板梁下端面接出；方案三的出气烟箱型式为上平下渐扩式结构，出气烟箱底板从净气室的花板梁上端面接出；方案四的出气烟箱型式为上渐扩下平式，出气烟箱底板从净气室的花板梁上端面接出。以往工程实例中较为常见的是方案一和方案二，部分项目工程实践反馈，出气烟箱与出口烟道连接处截面上的速度分布存在不均匀现象，导致局部阻力偏大；为改善此情况，本项目另外又提出了方案三和方案四，进行分析对比。
3 电袋复合除尘器的CFD模拟分析
3.1 几何模型
在电袋复合除尘器的CFD数值模拟中，首先需建立除尘器本体的几何模型。模拟计算电袋复合除尘器内气流流场时，按照实际除尘器结构全尺寸建立几何模型，并对模型进行了适当的简化：（1）将电场入口设为计算边界条件；（2）不对除尘器内部的管撑、板筋、梁等部件进行建模[5-7] 。
3.2 CFD模拟结果与分析
3.2.1 整体流场分析
CFD数值模拟分析结果表明，方案一的除尘器出口烟道局部流速过快，最大流速达到23.1m/s；方案二的出口烟道局部最大流速减小，为21.2m/s；方案三的速度分布情况与方案二基本相似，出口烟道局部最大流速为21.1m/s；方案四的除尘器出口烟道局部最大流速最小，为19.5m/s。
3.2.2 出气烟箱阻力与速度均匀性
表1为各设计方案出气烟箱阻力与速度均匀性对照表，从表1可以看出，方案一的出气烟箱阻力为92Pa；方案二和方案三的出气烟箱阻力降低，但效果不明显；方案四的出气烟箱阻力降低并且为大幅度降低，与方案一相比降幅为25Pa。方案一的出口烟道截面速度标准偏差为0.323；方案二和方案三的出口烟道截面速度标准偏差降低，但效果不明显；方案四的出口烟道截面速度标准偏差为0.287。
出气烟箱各设计方案中流场的优劣排序：方案四>方案三>方案二>方案一。
4 除尘器阻力电耗的对比
4.1 除尘器阻力电耗的计算方法
除尘器阻力电耗按式（1）计算[8]。
式中：Wr-除尘器阻力电耗，单位为千瓦时每小时（kW.h/h）；Q-除尘器单位时间处理的工况烟气量，单位为立方米每小时（m3/h）；△P-除尘器压力降（阻力），单位为帕斯卡（Pa）；0.85-风机效率。
4.2 出气烟箱优化设计对除尘器电耗的影响
案例项目一台机组配套的电袋复合除尘器处理烟气量约为400×104m3/h，阻力每增加100Pa其增加的电耗为130.7kW。
假设案例项目机组年运行小时数为6000小时，除尘器阻力每增加100Pa其增加的电耗为78.42万度电/年。
方案二和方案一对比，案例项目一台机组配套的电袋复合除尘器每年可降低电耗约为11万度电。
方案四和方案一对比，案例项目一台机组配套的电袋复合除尘器每年可降低电耗约为19.6万度电。
5 结束语
电袋复合除尘器的阻力是其重要的性能参数之一，阻力的大小會影响除尘器的电耗。净气室和出气烟箱相当于烟风道的弯头，同时出气烟箱还是异形件，出气烟箱的阻力是除尘器的重要组成部分之一。案例项目结合以往工程实例及CFD模拟经验，对电袋复合除尘器的出气烟箱提出了几种设计方案，并采用CFD数值模拟技术，对各设计方案进行对比分析，最终采用了其中阻力最小且气流分布较为均匀的方案四，降低了电袋复合除尘器的电耗。
参考文献：
[1]郑晓盼，高翔，郑成航，等.基于燃煤电厂“超低排放”的海水脱硫系统性能评估与建议[J].环境影响评价，2015，37（04）：9-13.
[2]修海明.超净电袋复合除尘技术实现超低排放[J].电力科技与环保，2015，31（02）：32-35.
[3]陈奎续.基于稳定排放的电袋除尘器在提效工程的应用[J].节能与环保，2016（05）：58-61.
[4]修海明，朱召平，邓晓东，等.电袋复合除尘器在燃煤锅炉大型机组上的应用[J].中国环保产业，2013（08）：20-24.
[5]黄炜，龙正伟，林宏，等.电袋复合除尘器内部提升阀参数对流量分配的影响[J].科技创新导报，2013（22）：95-96+98.
[6]王福军.计算流体动力学分析——CFD软件原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2004.
[7]彭华宁，朱召平，郑晓盼，等.湿式电除尘器流场的数值模拟与优化设计[J].机电技术，2016（04）：18-21.
[8]GB/T33017.4-2016.高效能大气污染物控制装备评价技术要求第4部分：电袋复合除尘器[S].