过滤速度对200MW机组电袋复合除尘器流场分布影响的数值对比

电袋复合除尘器内部气流速度出现了明显的分区，在与电除尘相邻的袋除尘区下部空间出现了明显的高速区，过滤速度为1.6m/min时的高速区面积小。

图1 电袋复合除尘器物理模型 　　电袋复合除尘器模型基本几何参数。电除尘区：长10400mm、宽13100mm、高14800mm；一个袋除尘室长为15600mm，宽5800mm，高14800mm，滤袋直径300mm、长8000mm，滤袋为12排12列，间距是400mmx400mm，共432个滤袋；净气室长15600mm，宽5800mm，高4200mm，除尘器总过滤面积21200m2。
 　　采用计算流体力学的方法对电袋复合除尘器的流场进行了模拟计算，通用控制方程的离散采用有限容积法，对流项差分格式采用二阶迎风格式，流体压力-速度耦合基于SIMPLE算法。
 　　采用分区划分 格的方法，对电袋复合除尘器的不同区域进行前处理。划分出了4种不同 格数量，经过计算得出1100万 格与实际出口压力值做比较接近，出口负压为2850Pa，湍流强度I和水力直径d分别见公式(1)和公式(2)。各壁面均设为无滑移壁面，空气密度ρ为1.225kg/m3，黏度μ为2.425×10-5kg/m3；滤料的厚度△m=2mm，渗透率k见公式(3)，内部阻力系数C’见公式(4)。

　　1.2流场测定理论评价指标
 　　由于袋除尘区内部截面各点的气流速度不同，以相对均方根公式(5)作为评价指标，其特点是对速度场的不均匀值反应比较灵敏，其均方根越大，不均匀度越高。

2 模拟结果及分析
 　　2.1不同过滤速度对内部流场影响
 　　通过比较在不同过滤风速电袋复合除尘器中的速度云图(图2)和流线图(图3)，分析不同过滤风速的影响程度。
 　　均匀烟气流进入袋除尘区后，由于袋式除尘器的滤袋区对气流的阻挡作用，使得均匀烟气下行加速，在滤袋与灰斗间的区域形成速度变化梯度较大的不稳定空间。图2(a)是速度为0.8m/min，在Z=2450mm平面区域中滤袋与灰斗间的区域，可以看到烟气的“高速区”。
 　　此区域主要出现在前2个布袋除尘单元以及后一个单元的前半个区域，后期由于烟气向后输运过程中遇到了除尘室墙面的阻挡作用，形成上升气流，与之前的高速气流叠加，造成了“高速区”的上扬。由于气流速度变化缓慢，滤袋区烟气速度分布均匀，即烟气量较均匀。滤袋底部“高速区”大气流速度为7.5m/min；滤袋区大气流速度在后墙上部滤袋处，为5.3m/min，小气流速度在滤袋区前端1.3m/min。
 　　图2(b)是速度为1.2m/min的云图，电袋复合除尘器内部气流速度等值区出现了明显的分区状态，电除尘区的低速气流区(b-a区)与后部的高速气流区(b-b区)分界明显，并且在后墙上部滤袋处出现了狭长的高速气流区(b-c区)，这将增大滤袋负荷的不均匀度，降低高速区滤袋使用寿命。本工况，滤袋底部空间大气流速度11m/min，滤袋区的大气流速度同样在后墙上部滤袋处，为8.3m/min，小气流速度在滤袋区的前端为0.8m/min。速度差较大。
 　　图2(c)是速度为1.6m/min的云图，在此工况下，滤袋下部空间的“高速区”呈带状斜向上延伸至滤袋区后墙出口。在此区域内，气流速度大，气流量大，本工况，滤袋底部空间大气流速度为15m/min，滤袋区的大气流速度在后墙中部滤袋处，为10.3m/min，小气流速度在滤袋区的前端下部，为0.4m/s。速度差值进一步增大。

图2 不同速度Z=2450mm截面速度云图对比 　　速度为2.0m/min的云图如图2(d)所示，在此工况下电除尘区风速不均匀，出现了下部风速大，上部风速小的情况，这主要是由于随着过滤风速的提高，电除尘区入口风速也相应地提高，导流板及滤袋区的阻力作用显著增加，导致大量烟气流受阻下行的结果。在滤袋区的下部空间依旧形成了“高速区”，高速度18m/min，且高速区域面积较其他速度相比都大，滤袋底部气流如此高的水平流速将造成滤袋底部损坏。在滤袋区，除袋除尘单元中部气流速度较小外，小速度为0.7m/s，其他部分速度均较高，尤以第二及第三单元为甚，其中大气流速度出现在靠近后墙的中部，为13m/min。
 　　速度为2.4m/min的云图如图2(e)所示，在此工况下紧贴滤袋区后墙及后墙出口处出现了2块狭长的高速气流等值区，其中滤袋下部空间的大气流速度达20m/min。由以上分析可以看出，当过滤风速为0.8m/min时，流场分布比较均匀，袋式除尘区内高速度与低速度差值小。
 　　且在布袋出口区域流速分布均匀，没有出现流速前后分化情况，布袋所承受负荷较小，有利于延长布袋的使用寿命。在过滤风速为1.2、1.6、2.0及2.4m/min的4种工况内，均在滤袋区内出现不同程度的高速气流区，其中尤以2.4m/min工况为甚。说明过滤风速越小，袋式除尘区域的除尘效率越高。而过高的过滤风速，不仅会造成除尘效率低下，还可能因为风速过大，对布袋造成很大冲击，影响布袋的使用寿命。
 　　图3为截面流线图，从图3可以更加清晰地看到烟气在除尘器中的流动状况。可以看到电除尘区以及袋除尘区的前2个单元流线分布较为均匀，除尘效果较好，而布袋除尘区的后一个除尘单元，在上扬的“高速区”和灰斗间存在一个影响范围较大的涡旋区域，在这种涡旋结构的作用下，烟气流将对灰斗造成严重的冲刷作用，使部分已经沉积于灰斗的灰重新被烟气流卷起，造成二次扬尘，增大了滤袋的过滤负荷，增加滤袋的磨损几率，影响除尘器的效率。

图3 不同速度Z=2450mm截面流线图对比 　　2.2袋除尘区各部分的流场均匀性分析
 　　检测截面的选取应具有代表性，能够正确地反应布袋除尘区各部分的流场均匀性。在袋除尘区，检测面(布袋下部空间、布袋区和净气室)是沿y轴方向依次布置8个面，其中布袋下部空间3个面分别为y1=1500mm，y2=3540mm，y3=5540mm；布袋区4个面分别为y4=7140mm，y5=9750mm，y6=11340mm，y7=13000mm；净气室1个面为y8=16570mm。
 　　图4是各个检测面的相对均方根值对比。由图4可以看出，滤袋与灰斗间区域(y1-y3)，各工况在y1处相对均方根值??相差不多，沿除尘器从底部升高，呈现越接近滤袋区不均匀度越低，这说明滤袋区对气流的阻碍作用明显，可使气流均匀的进入滤袋空间；在滤袋区(y4-y7)，0.8m/min工况的相对均方根值明显优于其他工况，并且随着过滤风速的增大，相对均方根值σ逐渐增加；
 　　在净气室(y8)，各工况的相对均方根值基本相同。从图4还可以看出，过滤速度为0.8m/min时，整体袋除尘区的不均匀度波动幅度小。过滤风速越小，气流的速度越小；大的过滤风速会降低滤袋的过滤的效果，而小的过滤风速能提高滤袋的除尘效率，对滤袋的磨损也将减小。