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摘要：电袋复合除尘器因其具有出口粉尘浓度不受煤种、飞灰成分变化影响，出口粉尘浓度低等优点而广泛应用于燃煤电厂烟尘的治理。电袋复合除尘器的阻力是其重要的性能参数之一，它不仅取决于滤袋单元的阻力，内外部结构件的阻力也是其重要组成部分。文章采用CFD数值模拟技术，对某燃煤电厂660MW机组配套电袋复合除尘器出气烟箱的几种设计方案进行研究分析，并选取其中的最优方案，使其气流分布更加均匀同时减小系统阻力。
关键词：电袋复合除尘器；出气烟箱；烟箱设计
1电袋复合除尘器发展及其结构分析
1.1电袋复合除尘器发展概述
随着环保部、质检总局于2011年联合发布了被称为“史上最严”的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011），电袋复合除尘器因其具有出口粉尘浓度不受煤、飞灰成分变化影响，出口粉尘浓度低等优点在我国的燃煤电厂迅速得到大量推广。随着国家发改委等三部委联合发布《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）》（发改能源[2014]2093号），以及地方“超低排放”政策要求的相继颁布，电力行业积极开展适应超低排放的发展战略研究和环保科研攻关，开始研发并采用超净电袋复合除尘器对烟尘进行治理，确保烟尘的超低排放。电袋复合除尘器充分吸收“荷电收尘”和“拦截过滤”机理的优点，电区收集80%以上的大部分粉尘和粗颗粒粉尘，大大降低了滤袋区的浓度负荷和粉尘颗粒对滤袋的磨损。同时两者的结合产生了新的荷电粉尘过滤特性机理：异性电荷细颗粒电凝并形成大颗粒粉尘，提高细微颗粒捕集率；同极电荷相互排斥，迅速扩散，形成均匀分布的气溶胶悬浮状态，使到达滤袋表面的粉尘排列规则有序、蓬松，剥落性好，粉尘层孔隙率高，透气性好[1]。荷电粉尘过滤捕集率；同极电荷相互排斥，迅速扩散，形成均匀分布的气溶胶悬浮状态，使到达滤袋表面的粉尘排列规则有序、蓬松，剥落性好，粉尘层孔隙率高，透气性好。荷电粉尘过滤特性使得袋区清灰容易，清灰周期长、阻力低。
1.2电袋复合除尘器结构
电袋复合除尘器主要由两大部分组成，一部分是电袋复合除尘器本体，另一部分是电袋复合除尘器电控设备。工作时，高速含尘烟气从进口烟道进入除尘器，经进气烟箱扩散、缓冲、整流，水平、均匀进入电场区。在电场区，大部分粉尘和粗颗粒粉尘在高压静电作用下被捕集，小部分荷电的细颗粒粉尘随气流进入滤袋区被滤袋过滤净化，净烟气从滤袋口流出，经净气室进入出气烟箱，最后进入出口烟道[2]。气流在净气室和出气烟箱内部改变走向，由垂直气流变成水平气流，电袋复合除尘器的净气室和出气烟箱相当于烟风道的弯头。
2电袋复合除尘器出气烟箱的设计方案
对电袋复合除尘器出气烟箱的设计，首先考虑减小出气烟箱的阻力；其次考虑减小出口烟道内部的烟气最大流速，以减轻对壁板、管撑等的冲刷，延长寿命；最后考虑出气烟箱与出口烟道连接处截面上的速度分布均匀性，由于有些项目的业主会要求在除尘器进、出口烟道上设置挡板门，以实现除尘器的在线检修功能，挡板门一般安装在靠近进、出口烟道与除尘器的接口处，挡板门上的烟气速度分布均匀性将直接影响其使用性能和寿命[3]。某燃煤电厂660MW机组配套电袋复合除尘器有四个进口烟道、四个出口烟道，分别两两对称布置，除尘器为双室双列结构，净气室为直通式结构；除尘器出气烟箱与出口烟道的接口尺寸为4500mm×4500mm，烟箱宽度方向为收缩式，烟箱高度方向为扩散式，出气烟箱是异形件；为保证出气烟箱与出口烟道连接处截面上的速度分布均匀性，并减小出气烟箱的阻力，根据有限的布置条件，对出气烟箱进行优化设计，选择最佳形状。结合以往工程实例及CFD模拟经验，提出了除尘器出气烟箱的几种设计方案，方案一的出气烟箱型式为上平下阶梯式结构；方案二的出气烟箱型式为上平下渐扩式结构，出气烟箱底板从净气室的花板梁下端面接出；方案三的出气烟箱型式为上平下渐扩式结构，出气烟箱底板从净气室的花板梁上端面接出；方案四的出气烟箱型式为上渐扩下平式，出气烟箱底板从净气室的花板梁上端面接出。以往工程实例中较为常见的是方案一和方案二，部分项目工程实践反馈，出气烟箱与出口烟道连接处截面上的速度分布存在不均匀现象，导致局部阻力偏大；为改善此情况，本项目另外又提出了方案三和方案四，进行分析对比。
3电袋复合除尘器的CFD模拟分析
3.1几何模型
在电袋复合除尘器的CFD数值模拟中，首先需建立除尘器本体的几何模型。模拟计算电袋复合除尘器内气流流场时，按照实际除尘器结构全尺寸建立几何模型，并对模型进行了适当的简化：（1）将电场入口设为计算边界条件；（2）不对除尘器内部的管撑、板筋、梁等部件进行建模。
3.2CFD模拟结果与分析
3.2.1整体流场分析
CFD数值模拟分析结果表明，方案一的除尘器出口烟道局部流速过快，最大流速达到23.1m/s；方案二的出口烟道局部最大流速减小，为21.2m/s；方案三的速度分布情况与方案二基本相似，出口烟道局部最大流速为21.1m/s；方案四的除尘器出口烟道局部最大流速最小，为19.5m/s。
3.2.2出气烟箱阻力与速度均匀性
方案一的出气烟箱阻力为92Pa；方案二和方案三的出气烟箱阻力降低，但效果不明显；方案四的出气烟箱阻力降低并且为大幅度降低，与方案一相比降幅为25Pa。方案一的出口烟道截面速度标准偏差为0.323；方案二和方案三的出口烟道截面速度标准偏差降低，但效果不明显；方案四的出口烟道截面速度标准偏差为0.287。
4除尘器阻力电耗的对比
4.1除尘器阻力电耗的计算方法
除尘器阻力电耗按式（1）计算。
Wr=Q×△P1000×3600×0.85（1）
式中：Wr-除尘器阻力电耗，单位为千瓦时每小时（kW.h/h）；Q-除尘器单位时间处理的工况烟气量，单位为立方米每小时（m3/h）；△P-除尘器压力降（阻力），单位为帕斯卡（Pa）；0.85-风机效率。
4.2出气烟箱优化设计对除尘器电耗的影响
案例项目一台机组配套的电袋复合除尘器处理烟气量约为400×104m3/h，阻力每增加100Pa其增加的电耗为130.7kW。假设案例项目机组年运行小时数为6000小时，除尘器阻力每增加100Pa其增加的电耗为78.42万度电/年。方案二和方案一对比，案例项目一台机组配套的电袋复合除尘器每年可降低电耗约为11万度电。方案四和方案一对比，案例项目一台机组配套的电袋复合除尘器每年可降低电耗约为19.6万度电。
结束语
总之，电袋复合除尘器的阻力是其重要的性能参数之一，阻力的大小会影响除尘器的电耗。净气室和出气烟箱相当于烟风道的弯头，同时出气烟箱还是异形件，出气烟箱的阻力是除尘器的重要组成部分之一。案例项目结合以往工程实例及CFD模拟经验，对电袋复合除尘器的出气烟箱提出了几种设计方案，并采用CFD数值模拟技术，对各设计方案进行对比分析，最终采用了其中阻力最小且气流分布较为均匀的方案四，降低了电袋复合除尘器的电耗。
参考文献：
[1]修海明.超净电袋复合除尘技术实现超低排放[J].电力科技与环保，2015，31（02）：32-35.
[2]聂孝峰，李东阳，郭斌.燃煤电厂电袋复合除尘器技术优势[J].电力科技与环保，2013，29（01）：24-27.
[3]徐尧.电袋复合除尘器与脉冲布袋除尘器技术经济比较[J].洁净煤技术，2013，19（03）：110-113.