电袋复合除尘器气流分布的研究与应用

2014-02-13王民玉葛云峰葛庆伟

电力科技与环保 2014年1期

王民玉，葛云峰，葛庆伟，高军

(江苏宇达电站辅机阀门制造有限公司，江苏盐城 224007)

0 引言

新《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223－2011)规定燃煤电厂粉尘排放限值为30 mg/m3［1］，重点地区为20 mg/m3。根据世界卫生组织的标准要求，我国将于2016年把PM2.5的最宽限值(PM2.5年和24 小时平均浓度限值分别是0.035 mg/m3和0.075 mg/m3)纳入《环境空气质量标准》［2］，这必将对环保行业提出更高的技术要求。

电袋复合除尘器是符合新标准要求的一项新技术，它充分利用电除尘、袋式除尘各自的优点，解决了彼此在运行中的不足，得到了市场的认可，尤其是在常规电除尘器的改造工程中被大量应用。

1 电袋复合除尘器气流分布研究

1.1 电袋复合除尘器的优点

(1)由于电袋复合除尘器的最终除尘效果取决于袋式除尘，所以解决了单一静电除尘器因特殊工况难收尘，难以长期稳定达标排放的问题。

(2)烟气经过前部电场时，电场的重力沉降和静电预收尘效率在50%～90%之间，烟气中的大颗粒粉尘含量大大降低，减少了大颗粒粉尘对滤袋的冲刷磨损;袋式除尘区的入口含尘浓度大幅度降低，运行负荷降低，在维持一定清灰频率的情况下，可实现除尘器在低阻力600～800 Pa 运行，为降低引风机的运行电耗创造条件;若设定滤袋区为上限1000～1200 Pa 的定阻清灰，可以大幅度减少滤袋的清灰频率，减少滤袋和笼骨之间的机械磨损，延长滤袋的使用寿命，节省空压机电耗［3－4］。

(3)前级电场对粉尘有凝聚作用，特别是超细粉尘经电荷凝聚后，在后级的袋式除尘中具有更高的粉尘捕集效率，对PM2.5的指标要求有更好的贡献作用。经过电场荷电的粉尘沉积在滤袋表面时，受同极电荷(负电荷)相互排挤的作用影响，荷电粉尘颗粒之间排列有序，孔隙率高，透气性好，有利于降低设备的运行阻力;而且有利于阻挡荷电凝聚后的超细粉尘进入滤袋，减少了滤料孔隙的堵塞和透尘现象［3－4］。

1.2 电袋复合除尘器的缺点

电袋复合除尘器是由两个不同收尘原理的部分串联使用，工艺结构的突然变化造成含尘烟气的气流流动紊乱，电场出现严重的分风不均，电除尘部分运行过程中达不到设计的除尘效率，降低了袋除尘部分应该达到的设计优势。

为此，许多厂家在设计时，为了提高电场内气流的均匀性，同时为了能降低设备成本，将滤袋过滤室的前壁板和分室板去掉，只在净气室设置分室板。因此出现了其他不利的因素:靠近电场部分的多排滤袋由于受含尘气流的直接冲刷，破损快，寿命短;清灰时下落的粉尘，特别是超细粉尘，被气流带到附近的滤袋上，造成粉尘的二次吸附，清灰效果差，设备阻力高。

2 解决的技术方法

(1)除尘器的进口封头采用成熟的技术结构:一层导流板+两层不同开孔率的孔板的结构。

(2)保留袋式除尘器过滤室的完整结构，在电场末端和袋式除尘过滤室的前壁板之间按照合理流速保留一定宽度的上下气流通道，在通道前端避开阴极线放电的安全距离设置可单独调节叶片角度的百叶窗导流板，通过改变每个叶片角度来改变通道阻力，已达到整个气流通道断面风速基本均匀。

(3)联合中国科学院过程工程研究所对该设计方案做工厂模型试验。试验中分别对电袋复合除尘器的进口段和电与袋结合部做气流分布测试，进行分析、研究和改进。

3 电袋复合除尘器气流分布模型试验

河北柏坡正元化肥公司150 t/h 锅炉配用电袋除尘器，为了确保除尘器高效运行，提高进入电场的气流分布均匀性，对其进行了气流分布模型试验。

3.1 试验目的

(1)校核设计的导流、均流装置的效果及有关参数的合理性;

(2)确保进、出电场的气流分布均匀性达到均方值σ≤0.25。

3.2 试验内容

(1)测定模拟漏风率;

(2)确定该模型试验第二自模化区;

(3)该模型电场进、出口断面气流分布均匀性调试。

3.3 试验依据、准则和过程

3.3.1 试验依据

电袋复合除尘器气流分布模型试验，是把除尘过程中十分复杂的气固多相流湍流流场予以简化。因为除尘器进口封头和预收尘电场中的粉尘颗粒相浓度很小，符合稀相多相流原则，所以在该气固多相流的模型试验中，只考虑气体对颗粒的作用，符合计算的单项耦合条件(离散方程的分离式求解法);假定气体的运动是定常流动，流体的各项参数与时间、空间无关;整个模型试验过程为等温过程，流体是不可压缩的［5－8］。

根据质量守恒定律、动量守恒定律、能量守恒定律，用控制方程包括连续性方程、动能方程、k－ε 微分双方程，求解离散形式的动量方程，得到速度场，经过反复修正，直至得到收敛的速度场解［5－8］。

3.3.2 准则

遵循欧拉相似准则和雷诺相似准则［9］:

相似准数欧拉数表示流体压力与惯性力之比值，若实物与模型的欧拉数相等，则其压力场相似。欧拉准则是非定性准则，其取决于定性准则雷诺相似准则。

雷诺相似准则表示流体惯性力与粘性力之比值，若实物与模型的雷诺数相等，则其运动状态相似，雷诺相似准则是气流分布试验必须遵守的准则。

随着Re 增大，Eμ 呈逐渐减小趋势，当Re 达到某一数值时，Eμ 不再随着Re 的变化而变化，基本为一常数。此时表明流体的流动进入第二自模区，当流速大于此流速时模型与原型流动相似。此时模型内电场气流速度为临界速度。

因此，气流分布模型试验必须做到以下两点，即可保证模型和原型介质流动状态近似:模型和实物几何相似;模型试验时应保持其雷诺数大于“第二自模化区”的临界雷诺数。

3.3.3 试验过程

试验时首先要检查模型漏风率。采用测量仪器分别测得进、出口烟道内的动压、静压、温度及大气压力代入相应公式计算出风速、风量及漏风率。

确认模型漏风小于1%以后，再做气流分布调试。气流分布调试时，首先要测定“第二自模化区”的临界雷诺数值，它是由欧拉－雷诺曲线来确定的。试验时，分别测几组不同的风量，从而算出相应的雷诺数Re =(VD)/ν 和欧拉数Eμ =△P/(ρV2)，并整理成Eμ = f(Re)的函数关系，绘制也欧拉－雷诺曲线，曲线的拐点所对应的雷诺数即为第二临界雷诺数。气流分布调试时取大于第二临界雷诺数值状态下的风量，用热球风速仪测电场进、出口断面上各点的气流速度，代入公式计算相应均方根值，如果气流分布均匀性达不到就要求反复调整均流装置，直至均匀性达到要求为止。

3.4 试验装置、边界条件及主要参数

3.4.1 试验装置

试验装置:模型设备一套(模型按1∶8 的比例缩小建立实物几何模型，模型内部与原型内部气流流动处于同一自模区)、引风机一台、电器控制柜一台、气流分布扳。

测量仪器:标准毕托管、YYT－200B 微压计、U型管、水银温度计、热球风速仪。

3.4.2 试验装置模拟范围及流场边界条件

试验装置模拟范围:进口烟道、进口封头(包括导流、均流装置)、电场部分、电袋结合部的气流通道(包括导流均流装置)、袋式除尘部分、出口烟道、灰斗(包括灰斗阻流板)、风机均在模拟范围。试验模型及测点见图一。流场边界条件:进、出口边界条件分别采用速度进口边界条件和压力出口边界条件，导流板采用固体壁面边界条件。