电除尘器进口封头内电凝聚器的气流分布模拟试验

许东旭，骆建友，赵胜清，李文华，蔡天忠

（1.浙江菲达环保科技股份有限公司，浙江诸暨311800；2.浙江浙能温州发电有限公司，浙江乐清325602；3.国神集团花园电厂，新疆 哈密839000）

随着近年来燃煤电厂烟气超低排放的全面实施，燃煤电厂烟尘治理技术得到了迅猛发展，其中气流分布的好坏对电除尘器性能的影响越发明显。通过计算流体动力学（CFD）的方法，进行气流分布模拟试验，来核对电除尘器气流分布装置能否满足进口电场区气流均布和烟道布置能否满足电除尘器对气量分配的要求，确定达到理想气流分布所需的气流分布结构，为产品设计提供依据。

1 建立并传入几何模型

数值模拟几何模型见图1。在烟道进口端的入口及出口、低温省煤器的入口及出口、电除尘器一电场的入口端和的入口及出口分别设置取样截面。电除尘器每个室有效横截面尺寸为15m（高）×14.8m（宽），通道数为37个。每个通道上下间隔1m设置一个取样点，横向每2个通道设置一列取样点，因此每个室共计266（14×19）个取样点。1台电除尘器有3个室，所以，电除尘器一电场入口端取样点数共计798点。

图1 数值计算模型

2 对导入几何体进行网格划分

对流动问题进行数值计算：第一步将计算区域离散化，即对空间上连续的计算区域划分成许多个子区域，并确定每个区域中的节点，从而生成网格；第二步通过计算机进行数值计算和试验，得到时间和空间上离散数据组成的集合体，最终获得定量描述流场的数值解。

按照组合坐标体系的网格划分思想，根据除尘系统的结构特点和流动特点，将整个计算区域划分为五段。顺着流动的发展方向，各段依次为进口烟道、电除尘器进口喇叭、电场区、出口喇叭及出口烟道。各部分采用六面体划分网格，网格的密度有所不同。

3 边界条件

①进口采用速度进口边界条件，设进口速度为13.4 m/s（由设计烟气量定）；②出口采用压力出口边界条件，出口静压设为-2000Pa；③省煤器采用多孔跳跃模型；④进、出口气流分布板采用多孔跳跃模型；⑤进口气流分布板采用多孔介质模型，出口气流分布板为实体建模；⑥进口喇叭处的导流片、阳极板及灰斗挡风板等均采用固体壁面边界条件；⑦气体密度设为0.894kg/m3。

计算采用非耦合求解器、湍流模型为k—ε两方程模型，应用标准壁面函数、压力速度耦合方法，采用SIMPLE算法、对流项差分格式（采用二阶迎风格式）。计算过程中可检查变量的残差变化，监视计算的收敛性。当收敛精度达到10-4及监测断面的速度、压力等变化很小时，即认为计算完成。

4 气流分布要求

根据电除尘器气流分布模拟试验标准及协议要求，电场入口截面相对均方根差σr值小于0.2。

式中：vi-各测点风速；v-截面平均风速；n-测点数。

各封头（室）的流量与理想分配流量之相对误差不超过±5%。

5 计算结果

5.1 原始方案、优化方案各截面位置的总压和流量值及结果分析

根据计算结果得到电除尘器入口截面、出口截面流量及偏差情况，见表1。

表1 电除尘器进、出口流量及偏差情况

5.2 优化方案电场截面气流分布状况分析

选除尘器单室为研究对象，并对进口喇叭处的导流片、阳极板及灰斗挡风板等实体建模，模型见图2。计算结果中 c1、c2、c3截面的 x、y、z方向速度分量及 k和 ε值导出，并作为本次计算的入口初始条件。经计算，电除尘器电场区NO:1、NO:2、NO:3三个取样截面气流速度分布状况见汇总表2。

6 结论

（1）电场区截面NO:1、NO:2、NO:3气流分布均匀性相对均方根差σr值分别为0.138、0.148、0.137，达到σr值小于0.2的协议要求。

图2 进口喇叭气流分布件布置图

表2 电场区气流分布均匀性汇总表

（2）根据计算得到的数据和截面流场图，进口烟道原始方案流量偏差为-16.96%、+32.93%、-15.97%，采用优化方案进口烟道流量偏差为-1.74%、+0.64%、+1.10%，因此，优化方案能满足电除尘器对来流偏差±5%的要求。

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