某燃煤電廠大型布袋除塵器濾袋裝置的優(yōu)化設計分析

鄭力瑋

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司，福建龍巖 364000）

0 引言

由于國家對環(huán)保愈加重視，煙塵排放制度日益嚴格。燃煤電廠是我國大氣污染排放大戶，布袋除塵器作為最常用的燃煤電廠收塵設備，其性能需要進一步優(yōu)化，由于已有設備本體和空間上的限制，布袋除塵器的設計變得更有挑戰(zhàn)性。本文結(jié)合工程設計實例，通過CFD數(shù)值模擬技術(shù)輔助，對某燃煤電廠350 MW熱電機組配套的布袋除塵器的兩種設計方案進行研究分析，并選取最優(yōu)方案，為布袋除塵器的設計提供了參考依據(jù)。

1 除塵系統(tǒng)概況

某燃煤電廠350 MW熱電機組項目，鍋爐型式為：超臨界直流、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型煤粉鍋爐，其爐后除塵的相應配套為布袋除塵器，每臺鍋爐配兩臺布袋除塵器。鍋爐燃燒后含大量粉塵的煙氣經(jīng)過回轉(zhuǎn)式三分倉預熱器后分兩個煙道進入兩臺布袋除塵器的進口，單臺除塵器處理煙氣量為901 560 m3/h，含塵煙氣進入除塵器進口煙道，通過布袋除塵器內(nèi)部濾袋裝置過濾除塵，凈煙氣從除塵器凈煙箱出氣口離開除塵器。本案例布袋除塵器的外形設計如圖1所示。

圖1 布袋除塵器外形結(jié)構(gòu)

2 布袋除塵器濾袋裝置的兩個不同設計方案

濾袋裝置是布袋除塵器的核心部件，內(nèi)部過濾裝置的設計是整個除塵器設計的重點，濾袋裝置的設計首先考慮減小濾袋自身的阻力，其次通過濾袋的合理布置減小經(jīng)過濾袋的氣流速度。本案例350 MW熱電機組項目配套兩臺雙室布置的布袋除塵器，鍋爐燃燒后煙氣經(jīng)過預熱器后分為兩個矩形煙道分別進入兩臺除塵器的進口煙箱，在有限的除塵器內(nèi)部空間限制下，基于同等的外形條件，分別設計兩個不同的濾袋的排列布置方案進行比較分析，尋求最佳布置方案。

本案例設定了方案A和方案B兩個方案，具體如下：

方案A：除塵器擬采用水平進風方式，煙氣進入布袋除塵器內(nèi)部通過濾袋裝置除塵，凈煙氣從除塵器水平凈煙箱出氣口離開除塵器。其中濾袋選用圓周型排布，濾袋選型為橢圓形截面，如圖2所示。

圖2 方案A濾袋布置（其中一個濾室）

方案B：除塵器擬采用水平進風方式，煙氣進入布袋除塵器內(nèi)部通過濾袋裝置除塵，凈煙氣從除塵器水平凈煙箱出氣口離開除塵器。其中濾袋選用矩形陣列排布，濾袋選型為圓形截面，如圖3所示。

圖3 方案B濾袋布置（其中一個濾室）

首先，依據(jù)以往工程實例和設計經(jīng)驗，可以初步分析出濾袋排布的兩個方案的優(yōu)劣。A方案濾袋布置相較于B方案更為緊湊，氣流會比較集中于濾袋分布密集區(qū)域，在同等的濾袋總有效過濾面積的前提下，A方案的過濾阻力和局部氣流速度會大于B方案，在不考慮不同方案所配套的清灰噴吹方式差異的情況下，一般會更傾向于選擇B方案，但還是需借助計算機CFD模擬來輔助分析不同方案內(nèi)部過濾阻力的大小和流場分布的優(yōu)劣，從而選擇出最佳的設計方案。

3 布袋除塵器的CFD模擬分析

3.1 幾何模型

在設定的兩個除塵器方案的基礎上，借助計算機CFD模擬分析布袋除塵器內(nèi)部流場等數(shù)據(jù)。在布袋除塵器的CFD數(shù)值模擬中，首先需建立除塵器本體的幾何三維模型。按實際除塵器的結(jié)構(gòu)尺寸分別對方案A和B除塵器結(jié)構(gòu)建立幾何模型，并對模型進行適當簡化[1-2]。本案例布袋除塵器單個通道內(nèi)袋區(qū)沿煙氣方向分為前、中、后3個區(qū)。對于布袋除塵器的內(nèi)部濾袋布置，A和B兩個方案除塵器內(nèi)部均布置了相同數(shù)量的濾袋，且濾袋具有同等的總有效過濾面積。

布袋除塵器三維示意圖如圖4、圖5所示。

圖4 方案A布袋除塵器三維示意圖

圖5 方案B布袋除塵器三維示意圖

3.2 CFD模擬結(jié)果與分析

對兩個方案建立模型，設置邊界條件，劃分網(wǎng)格，分別由計算機對兩個除塵器設計方案進行計算分析。

3.2.1 整體流場分析

計算機計算結(jié)果顯示：方案A的除塵器濾袋局部流速最大為1.03 m/s；方案B的除塵器濾袋局部流速最大為0.87 m/s。通過濾袋流速可以判斷方案B的流場更佳。

除塵器內(nèi)部整體速度云圖如圖6、圖7所示。

圖6 方案A除塵器整體速度云圖

圖7 方案B除塵器整體速度云圖

3.2.2 阻力與流量均勻性分析

借助計算機得出兩種方案除塵器內(nèi)部的阻力與流量均勻性對照表，從表1和表2可以看出，兩個方案的相對流量偏差最大值的絕對值均在5%的范圍內(nèi)，可見兩個方案的氣流分布皆較均勻。但方案B除塵器內(nèi)部相對流量偏差絕對值均值相較方案A小，且方案B內(nèi)部阻力128 Pa相對于方案A的156 Pa更小。

表1 內(nèi)部阻力

表2 流量計算結(jié)果

由以上兩個方面可以總結(jié)出本案例的布袋除塵器內(nèi)部濾袋裝置兩個設計方案優(yōu)劣排序為：方案B＞方案A。

4 布袋除塵器阻力能耗的對比

除塵器阻力電耗按式（1）計算[3]：

式中：WR為除塵器阻力電耗；Q為除塵器單位時間處理的工況煙氣量；ΔP為除塵器壓力降（阻力）；0.85為風機效率。

本案例單臺除塵器處理煙氣量為901 560 m3/h，布袋除塵器的阻力每增加100 Pa，其增加的電耗約為29.463 kW·h/h。

假設本案例燃煤電廠350 MW熱電機組每年利用小時數(shù)為6 000，方案B和方案A對比，方案B單臺布袋除塵器的電耗約能夠降低4.95萬kW·h/a（僅考慮阻力電耗的情況）。

5 結(jié)束語

依據(jù)設計經(jīng)驗和計算機CFD技術(shù)輔助，本案例中布袋除塵器內(nèi)部濾袋裝置的設計選型為方案B的濾袋矩陣布置方案。

優(yōu)良的布袋除塵器設計可使除塵器內(nèi)部具有良好的氣流分布，并降低除塵器阻力，布袋除塵器阻力的大小會直接影響到下游的引風機電耗，相同工況下，除塵器阻力越小，引風機的功耗就越小，其電耗就越低。本文對某燃煤電廠350 MW熱電機組配套的布袋除塵器設計進行了研究分析，并選取了最優(yōu)的濾袋布置方案，為布袋除塵器的設計提供了參考依據(jù)，有利于降低燃煤電廠環(huán)保設備的運行能耗，提高設備使用的經(jīng)濟性。