布袋除尘器的前烟道及喇叭口内气流均布板数值模拟

摘要：利用工程应用最多的k-ε模型，模拟布袋除尘器的前烟道导流板气流及入口喇叭口多孔板开孔率分布。计算结果表明，4个喇叭口入口气流分布中间低、周围高，烟气量占比分别为32.1%、33.6%、16.0%、18.3%，符合期望比例33%、33%、16.5%、16.5%。

各喇叭口均布置1个前后板，前板气流分布偏下或两侧，中间方向气流偏少，最上方最少，从上至下其开孔率依次为19.1%、25.5%、38.25%、51%。而对于后板，其开孔率采用均匀布置，1&2后板开孔率为52.5%、3&4后板开孔率为42%。研究结果为布袋除尘器优化设计及运行提供了性能保证。

关键词：布袋除尘器；k-ε模型；烟道；喇叭口；多孔板；导流板

1引言

袋式除尘器除尘效率高、粉尘适应性广、运行稳定，随着电厂超净排放逐渐成为主流，大型袋式除尘器将发挥越来越重要的作用[1~2]。布袋除尘器的前烟道和喇叭口入口为其关键前置部件，烟道内的导流板和喇叭口内的多孔板设计与其各室气量分布、气流均匀性关系密切，亦是袋式除尘器运行好坏的关键之一[3~8]。

建立物理模型对袋式除尘器进行试验研究耗时耗力，而数值模拟的入口边界条件可以非常灵活的改变，其模拟结果对除尘器安装、设计、运行策略的制定有很大的参考价值。为此，国内外学者利用FLEUNT软件和最新数值模拟理论，对电除尘器、布袋除尘器等各类除尘器的烟气流量分配、速度及压力的内部分布规律，以及烟道入口和进风支管导流板的优化进行了较多尝试。

研究成果不仅为除尘器设计提供了一种新的思路，而且切实提高了除尘器内气流的均匀分布和提高除尘效率。本文利用FLEUNT软件，对布袋除尘器的前烟道及喇叭口内气流均布板同时进行数值模拟，确保优化设计袋式除尘器的导流板和多孔板的尺寸和布置，节省宝贵的实验费用和时间[9-13]。

2模型对象和目的

2.1模拟对象

本模拟对象为大唐三门峡火电厂三期扩建工程5#1000MW机组除尘器的烟道及入口喇叭口内流场分布，该锅炉为超超临界参数的变压直流Π型锅炉，最大连续蒸发量为2958t/h，设计煤种满负荷状态下除尘器入口参数如下：烟气流量2650000Nm3/h、入口烟温134.3℃、含尘量41.9g/m3、水蒸汽体积比为7.5%。

本数值模型的范围从空预器出口烟道至除尘器出风喇叭口为止。整体模型尺寸与实际工程图纸尺寸相同，不对模型进行缩放，以保证数值模拟的准确性和可靠性。除此之外，一些输入条件，烟气入口温度、流量等条件都严格按照甲方提供的资料输入，以使得流场数值模拟可以和实际工程运行相对照，得到准确且可靠的设计优化设计方案。

2.2模拟目的

由于袋式除尘器整体布置包含左右两边两种不同的单元，分别为单元1和单元2。其中，单元1包括4个除尘器单元，单元2包括3个除尘器单元，每个除尘器单元设置1个喇叭口，每个喇叭口设置前后2套多孔板，其三维模型见图1和图2所示，因此流场数值模拟会对两种不同的烟道和除尘器布置进行模拟计算。

此外，布袋除尘器进口烟道为喇叭口状（见图3），由于流道突然扩大，易引起局部漩涡，对除尘造成不利影响。

图3单个袋式除尘单元器俯视图

本文主要目的在于确定烟道内导流板和除尘器喇叭口内孔板的最优化结构，对烟道内导流板和除尘器入口喇叭口内气流均布板进行设计验证，力争达到：①使单个除尘器内的烟气流量基本一致；②进入除尘器时流场分布符合业主要求，即大部分烟气不直接冲击到袋式初尘器上。

即除尘器入口截面烟气流速相对偏差<15%，通过横截面积最大值和最小值间的偏差<±20%，除尘器入口到出口的总压损失最小，并确定喇叭口内多孔板最佳开孔方式及开孔率。