程 鵬，侯慶偉，曹洪振

（山東電力工程咨詢?cè)河邢薰?，山東 濟(jì)南 250013）

0 引言

火力發(fā)電機(jī)組除塵器入口的煙道用于連接空氣預(yù)熱器與除塵器，并將煙氣分配到除塵器各室，除塵器各室煙氣分配的均勻程度對(duì)除塵器電耗和除塵效率影響明顯［1］。

除塵器前煙道流場(chǎng)分析，一直是國(guó)內(nèi)流體力學(xué)研究熱點(diǎn)，國(guó)內(nèi)對(duì)此進(jìn)行了很多理論研究。如周凱等對(duì)1 000 MW機(jī)組6種不同煙道布置進(jìn)行煙氣均勻性對(duì)比分析［2］，張樂(lè)川等對(duì)600 MW機(jī)組兩種不同煙道布置進(jìn)行了流場(chǎng)分析［3］，高榮偉等除塵器入口煙道阻力特性進(jìn)行數(shù)值模擬［4］。然而這些學(xué)者只是對(duì)常規(guī)煙道布置進(jìn)行理論研究，某工程采用新型平式分配母管，為保證煙氣分配均勻，有必要深入研究。

對(duì)除塵器前煙道進(jìn)行三維建模，運(yùn)用Fluent進(jìn)行數(shù)值模擬，比較分析分配裝置不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)除塵器入口氣流均勻性的影響，為分配裝置的設(shè)計(jì)提供必要的理論指導(dǎo)。

1 平式分配母管設(shè)計(jì)參數(shù)

某工程2×1 000 MW 機(jī)組除塵器前煙道設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于空預(yù)器出口與除塵器入口高差過(guò)少，無(wú)法采用常規(guī)兩個(gè)彎頭連接提升高度的形式；而是采用新設(shè)計(jì)的分配母管為平式的煙氣分配裝置加一個(gè)彎頭提升高度的形式。3個(gè)圓形分配支管一端分別與分配母管連接，另一端分別與除塵器連接，具體布置方式如圖1所示，圖2為平式分配母管示意圖。

氣流分布均勻性是保證電除塵效率的先決條件，根據(jù)JB/T 7671—2007《電除塵器氣流分布模擬試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)“各封頭（室）的流量和理想分配流量之相對(duì)誤差不超過(guò)±5%”。為滿足上述規(guī)程，平式分配母管設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

圖1 除塵器前煙道布置方式

圖2 平式分配母管示意

表1 平式分配母管設(shè)計(jì)參數(shù) mm

2 流動(dòng)模型的建立

根據(jù)流體理論，煙道內(nèi)的流動(dòng)是三維湍流問(wèn)題，由于湍流的復(fù)雜性，通常需要借助合適的湍流模型。由于煙道內(nèi)存在回流，且計(jì)算區(qū)域較多，采用應(yīng)用比較多的 k-ε 兩方程模型［5］。

連續(xù)性方程

運(yùn)動(dòng)方程

湍流動(dòng)能方程k和擴(kuò)散方程ε

式中：ρ為流體密度；t為時(shí)間；xi為i方向的位移；Fi為微單元流體所受的i方向的力；p為微單元流體的壓強(qiáng)；μ 為流體運(yùn)動(dòng)粘度；xi，xj，xk分別為 i，j，k 方向的位移；ui，uj，uk分別為 i，j，k 方向的速度分量；ui，uj分別為i，j方向的平均速度分量。

G為湍流生成項(xiàng)，其關(guān)系式為

上序各個(gè)方程的系數(shù)值如下：Cε1=1.44，Cε2=1.92，δ=1.0，δi=1.3。

3 邊界條件

數(shù)值分析選擇連續(xù)相模型及顯式差分格式，采用SIMPLE算法求解k-ε兩方程模型，模擬分析煙道內(nèi)的速度分布情況。入口邊界條件認(rèn)為來(lái)流速度充分發(fā)展且分布均勻，入口k值取為來(lái)流速度平均動(dòng)能的0.5%，入口k-ε值按相關(guān)公式求得；將壓力出口定為出口邊界條件；煙道壁視為絕熱壁面；對(duì)于壁面附近的區(qū)域，采用壁面函數(shù)法修正［6］。

4 結(jié)果與分析

根據(jù)表1設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)上述工程除塵器前煙道流場(chǎng)進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算，3種方案除塵器入口煙氣質(zhì)量流量（左、中和右）結(jié)果如表2所示

表2 3種方案除塵器入口煙氣質(zhì)量流量

由表1和表2可以看出，方案2相比方案1，僅L值減少，3個(gè)除塵器入口流量偏差明顯減少。這是因?yàn)長(zhǎng)處相當(dāng)于一個(gè)擋板，煙氣從入口經(jīng)過(guò)L處回流后進(jìn)入左側(cè)除塵器入口支管，當(dāng)L值越大進(jìn)入左側(cè)除塵器入口位置的煙氣流量會(huì)越大，另兩側(cè)的流量相應(yīng)減少。所以隨著方案2中L值減少為3 820 mm，流量偏差明顯減少。方案3和方案2相比L值不變，增加R值倒角，3個(gè)除塵器入口流量偏差均未超過(guò)±5%，滿足規(guī)程要求。增加倒角，一方面是相當(dāng)于減少了L值，另一方面是優(yōu)化了倒角處局部流場(chǎng)，減少阻力，可以降低引風(fēng)機(jī)電耗。方案3數(shù)值模擬速度云圖見(jiàn)圖3。

圖3 方案3除塵器煙道速度云圖

5 結(jié)語(yǔ)

采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型，利用Fluent求解器對(duì)空預(yù)器出口至電除塵器入口段煙道平式分配母管進(jìn)行優(yōu)化仿真。通過(guò)調(diào)整分配母管設(shè)計(jì)參數(shù)L和R，可以保證除塵器入口氣流的均勻性，滿足規(guī)程要求。

此外除塵器廠家對(duì)除塵器入口速度相對(duì)標(biāo)注偏差有要求，流場(chǎng)偏差較大，二次流較嚴(yán)重。下一步的工作將是利用數(shù)值模擬技術(shù)研究不同導(dǎo)流板的設(shè)置對(duì)除塵器入口速度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差的影響。