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高源禹
在袋除塵下部區域、袋除塵區域及凈氣室區域選取有代表的截面進行流場均勻性檢驗，得出速度為0.8m/min時的不均勻性波動小，且在袋除塵區隨著速度增大流場不均勻性也增大，但同時隨著高度的增高整體都呈現下降的趨勢。
根據《電力發展“十三五”規劃》的分析，潔凈煤發電技術仍將是“十三五”燃煤發電機技術發展的核心。工業污染源排放出的粉塵顆粒是懸浮在大氣中的，當它超過一定濃度時就會對環境產生有害影響，引起灰霾，同時危害人體健康。作為細顆粒物的生成來源，人為源主要包含固定源及流動源，固定源包括各種燃料燃燒源，如燃煤過程可產生大量的人體可吸入顆粒物。因此，火電廠的環保治理正在從控制端的濃度控制到質量控制的技術轉變。
電袋復合除塵技術除塵率一般大于99.5%，普通電袋復合除塵器出口顆粒物濃度可控制在20mg/m3以下。電袋復合式除塵器經過優化整合，使其中粉塵通過電場帶電，利用荷電粉塵的氣溶膠效應提高濾袋過濾效率，同時減少布袋的損耗，延長了布袋使用壽命。
文獻對實際生產過程中燃煤電廠的電除塵器、袋除塵器、電袋復合除塵器對PM10及PM2.5進行捕集效率對比試驗，通過對比得出了以出口排放總質量濃度和PM10和PM2.5分級的質量濃度為指標，除塵效果好的為電袋復合除塵器、其次為袋式除塵器。文獻通過對3種除塵器對比實驗及現場數據，得出電袋復合除塵器具有較高的PM2.5脫除效率。
文獻對我國6個燃煤電廠細顆粒物排放量進行實際測量并與美國及加拿大的相應排放水平進行對比，顯示這6個代表性電廠的PM10及PM2.5的排放因子遠大于美國和加拿大的水平。文獻在不同過濾速度下對PM10除塵效果在電袋復合除塵器進行工業試驗，得出除塵器的壓降與過濾速度之間存在著線性關系。
文獻對電袋復合除塵器中的靜電區與布袋區之間的結合部分及氣流分布板的開孔率進行詳盡的實驗研究。文獻分析了7種開孔率及孔板的布置對電袋復合除塵器中孔板對顆粒物脫除的影響規律，不同孔板對電袋復合除塵器內的電場及流場均有一定的影響。
文獻通過實驗證明電袋復合除塵器對PM2.5粒子的收集效率隨粒子尺寸的減小而降低，但對于0.03-0.2μm的粒子收集效率會再次提高。文獻對660MW機組配套的電袋復合除塵器進行脫除多污染物的效果研究，結果表明其對Hg、SO2、SO3的脫除效果良好。
數值模擬方面，文獻對電袋復合除塵器中除塵器的流量不均等情況進行數值模擬；文獻對電袋復合除塵器的氣流入口流速及電凝并區前水平管道長度進行數值研究；文獻對150MW機組電袋復合除塵器的氣流分布進行數值研究；文獻對1000MW機組的電袋復合除塵器內煙氣量、壓降以及粉塵比電阻3個因素進行數值研究，得出佳除塵效率對應的壓降范圍及溫度范圍。
從文獻模型中看，以上數值研究電袋復合除塵器時，都未對灰斗的影響進行研究，本文研究了不同過濾速度下除塵器內流場區別，同時也分析了灰斗產生的二次揚塵現象。
通過以上分析，雖然除塵器的壓降與過濾速度存在線性關系，但除塵器內部流動空間較大，電極及布袋的布置位置都會對流動的不均勻產生較大影響，因此本文通過研究不同過濾速度下的電袋結合除塵器中流動速度不均勻性。
1 模型建立及評價指標
1.1仿真模型數值模擬參數
該機組煙氣氣流從進口進入除塵器，攜帶灰塵顆粒的煙氣依次通過2個電場除塵室和3個袋式除塵室。含塵煙氣流經過電除塵區的2個電場除去煙氣中顆粒較大的粉塵，含較小粉塵顆粒的氣體再進入袋除塵區經過濾袋的過濾進入凈氣室，得到潔凈的氣體經由除塵器出口離開電袋復合除塵器，經過簡化后的模型如圖1所示。
圖1 電袋復合除塵器物理模型
電袋復合除塵器模型基本幾何參數。電除塵區：長10400mm、寬13100mm、高14800mm；一個袋除塵室長為15600mm，寬5800mm，高14800mm，濾袋直徑300mm、長8000mm，濾袋為12排12列，間距是400mmx400mm，共432個濾袋；凈氣室長15600mm，寬5800mm，高4200mm，除塵器總過濾面積21200m2。
采用計算流體力學的方法對電袋復合除塵器的流場進行了模擬計算，通用控制方程的離散采用有限容積法，對流項差分格式采用二階迎風格式，流體壓力-速度耦合基于SIMPLE算法。
采用分區劃分網格的方法，對電袋復合除塵器的不同區域進行前處理。劃分出了4種不同網格數量，經過計算得出1100萬網格與實際出口壓力值做比較接近，出口負壓為2850Pa，湍流強度I和水力直徑d分別見公式(1)和公式(2)。各壁面均設為無滑移壁面，空氣密度ρ為1.225kg/m3，黏度μ為2.425x10-5kg/m3；濾料的厚度△m=2mm，滲透率k見公式(3)，內部阻力系數C'見公式(4)。
1.2流場測定理論評價指標
由于袋除塵區內部截面各點的氣流速度不同，以相對均方根公式(5)作為評價指標，其特點是對速度場的不均勻值反應比較靈敏，其均方根越大，不均勻度越高。
2 模擬結果及分析
2.1不同過濾速度對內部流場影響
通過比較在不同過濾風速電袋復合除塵器中的速度云圖(圖2)和流線圖(圖3)，分析不同過濾風速的影響程度。
均勻煙氣流進入袋除塵區后，由于袋式除塵器的濾袋區對氣流的阻擋作用，使得均勻煙氣下行加速，在濾袋與灰斗間的區域形成速度變化梯度較大的不穩定空間。圖2(a)是速度為0.8m/min，在Z=2450mm平面區域中濾袋與灰斗間的區域，可以看到煙氣的“高速區”。
此區域主要出現在前2個布袋除塵單元以及后一個單元的前半個區域，后期由于煙氣向后輸運過程中遇到了除塵室墻面的阻擋作用，形成上升氣流，與之前的高速氣流疊加，造成了“高速區”的上揚。由于氣流速度變化緩慢，濾袋區煙氣速度分布均勻，即煙氣量較均勻。濾袋底部“高速區”大氣流速度為7.5m/min；濾袋區大氣流速度在后墻上部濾袋處，為5.3m/min，小氣流速度在濾袋區前端1.3m/min。
圖2(b)是速度為1.2m/min的云圖，電袋復合除塵器內部氣流速度等值區出現了明顯的分區狀態，電除塵區的低速氣流區(b-a區)與后部的高速氣流區(b-b區)分界明顯，并且在后墻上部濾袋處出現了狹長的高速氣流區(b-c區)，這將增大濾袋負荷的不均勻度，降低高速區濾袋使用壽命。本工況，濾袋底部空間大氣流速度11m/min，濾袋區的大氣流速度同樣在后墻上部濾袋處，為8.3m/min，小氣流速度在濾袋區的前端為0.8m/min。速度差較大。
圖2(c)是速度為1.6m/min的云圖，在此工況下，濾袋下部空間的“高速區”呈帶狀斜向上延伸至濾袋區后墻出口。在此區域內，氣流速度大，氣流量大，本工況，濾袋底部空間大氣流速度為15m/min，濾袋區的大氣流速度在后墻中部濾袋處，為10.3m/min，小氣流速度在濾袋區的前端下部，為0.4m/s。速度差值進一步增大。
圖2 不同速度Z=2450mm截面速度云圖對比
速度為2.0m/min的云圖如圖2(d)所示，在此工況下電除塵區風速不均勻，出現了下部風速大，上部風速小的情況，這主要是由于隨著過濾風速的提高，電除塵區入口風速也相應地提高，導流板及濾袋區的阻力作用顯著增加，導致大量煙氣流受阻下行的結果。在濾袋區的下部空間依舊形成了“高速區”，高速度18m/min，且高速區域面積較其他速度相比都大，濾袋底部氣流如此高的水平流速將造成濾袋底部損壞。在濾袋區，除袋除塵單元中部氣流速度較小外，小速度為0.7m/s，其他部分速度均較高，尤以第二及第三單元為甚，其中大氣流速度出現在靠近后墻的中部，為13m/min。
速度為2.4m/min的云圖如圖2(e)所示，在此工況下緊貼濾袋區后墻及后墻出口處出現了2塊狹長的高速氣流等值區，其中濾袋下部空間的大氣流速度達20m/min。由以上分析可以看出，當過濾風速為0.8m/min時，流場分布比較均勻，袋式除塵區內高速度與低速度差值小。
且在布袋出口區域流速分布均勻，沒有出現流速前后分化情況，布袋所承受負荷較小，有利于延長布袋的使用壽命。在過濾風速為1.2、1.6、2.0及2.4m/min的4種工況內，均在濾袋區內出現不同程度的高速氣流區，其中尤以2.4m/min工況為甚。說明過濾風速越小，袋式除塵區域的除塵效率越高。而過高的過濾風速，不僅會造成除塵效率低下，還可能因為風速過大，對布袋造成很大沖擊，影響布袋的使用壽命。
圖3為截面流線圖，從圖3可以更加清晰地看到煙氣在除塵器中的流動狀況。可以看到電除塵區以及袋除塵區的前2個單元流線分布較為均勻，除塵效果較好，而布袋除塵區的后一個除塵單元，在上揚的“高速區”和灰斗間存在一個影響范圍較大的渦旋區域，在這種渦旋結構的作用下，煙氣流將對灰斗造成嚴重的沖刷作用，使部分已經沉積于灰斗的灰重新被煙氣流卷起，造成二次揚塵，增大了濾袋的過濾負荷，增加濾袋的磨損幾率，影響除塵器的效率。
圖3 不同速度Z=2450mm截面流線圖對比
2.2袋除塵區各部分的流場均勻性分析
檢測截面的選取應具有代表性，能夠正確地反應布袋除塵區各部分的流場均勻性。在袋除塵區，檢測面(布袋下部空間、布袋區和凈氣室)是沿y軸方向依次布置8個面，其中布袋下部空間3個面分別為y1=1500mm，y2=3540mm，y3=5540mm；布袋區4個面分別為y4=7140mm，y5=9750mm，y6=11340mm，y7=13000mm；凈氣室1個面為y8=16570mm。
圖4是各個檢測面的相對均方根值對比。由圖4可以看出，濾袋與灰斗間區域(y1-y3)，各工況在y1處相對均方根值??相差不多，沿除塵器從底部升高，呈現越接近濾袋區不均勻度越低，這說明濾袋區對氣流的阻礙作用明顯，可使氣流均勻的進入濾袋空間；在濾袋區(y4-y7)，0.8m/min工況的相對均方根值明顯優于其他工況，并且隨著過濾風速的增大，相對均方根值σ逐漸增加；
在凈氣室(y8)，各工況的相對均方根值基本相同。從圖4還可以看出，過濾速度為0.8m/min時，整體袋除塵區的不均勻度波動幅度小。過濾風速越小，氣流的速度越小；大的過濾風速會降低濾袋的過濾的效果，而小的過濾風速能提高濾袋的除塵效率，對濾袋的磨損也將減小。
圖4不同速度各個檢測面的相對均方根值對比
3 結論
本文研究了200MW機組的電袋復合除塵器中5種不同過濾速度對袋除塵器內流場分布及流場均勻性進行了數值研究，得到以下結論：
1)電袋復合除塵器內部氣流速度出現了明顯的分區狀態，在于電除塵結合的袋除塵區出現了明顯的高速區，速度為1.6m/min時的高速區小，且隨著速度的增加在袋除塵區靠近出口的后墻上部濾袋處出現了狹長的氣流聚集區，這將增大濾袋負荷的不均勻度。
2)通過流線圖可以看出，在灰斗區產生一定量的漩渦，對已經脫除下來的灰產生二次揚塵，增大袋除塵的負荷。
3)在袋除塵下部區域、袋除塵區域及凈氣室區域選取有代表的截面進行流場均勻性檢驗，得出速度為0.8m/min時的不均勻性波動小，且在袋除塵區隨著速度增大流場不均勻性也增大，但同時隨著高度的增高整體都呈現下降的趨勢。
原標題：【技術匯】過濾速度對200MW機組電袋復合除塵器流場分布影響的數值對比
