某燃煤电厂大型布袋除尘器滤袋装置的优化设计分析

郑力玮

（福建龙净环保股份有限公司，福建龙岩 364000）

0 引言

由于国家对环保愈加重视，烟尘排放制度日益严格。燃煤电厂是我国大气污染排放大户，布袋除尘器作为最常用的燃煤电厂收尘设备，其性能需要进一步优化，由于已有设备本体和空间上的限制，布袋除尘器的设计变得更有挑战性。本文结合工程设计实例，通过CFD数值模拟技术辅助，对某燃煤电厂350 MW热电机组配套的布袋除尘器的两种设计方案进行研究分析，并选取最优方案，为布袋除尘器的设计提供了参考依据。

1 除尘系统概况

某燃煤电厂350 MW热电机组项目，锅炉型式为：超临界直流、全悬吊结构Π型煤粉锅炉，其炉后除尘的相应配套为布袋除尘器，每台锅炉配两台布袋除尘器。锅炉燃烧后含大量粉尘的烟气经过回转式三分仓预热器后分两个烟道进入两台布袋除尘器的进口，单台除尘器处理烟气量为901 560 m3/h，含尘烟气进入除尘器进口烟道，通过布袋除尘器内部滤袋装置过滤除尘，净烟气从除尘器净烟箱出气口离开除尘器。本案例布袋除尘器的外形设计如图1所示。

图1 布袋除尘器外形结构

2 布袋除尘器滤袋装置的两个不同设计方案

滤袋装置是布袋除尘器的核心部件，内部过滤装置的设计是整个除尘器设计的重点，滤袋装置的设计首先考虑减小滤袋自身的阻力，其次通过滤袋的合理布置减小经过滤袋的气流速度。本案例350 MW热电机组项目配套两台双室布置的布袋除尘器，锅炉燃烧后烟气经过预热器后分为两个矩形烟道分别进入两台除尘器的进口烟箱，在有限的除尘器内部空间限制下，基于同等的外形条件，分别设计两个不同的滤袋的排列布置方案进行比较分析，寻求最佳布置方案。

本案例设定了方案A和方案B两个方案，具体如下：

方案A：除尘器拟采用水平进风方式，烟气进入布袋除尘器内部通过滤袋装置除尘，净烟气从除尘器水平净烟箱出气口离开除尘器。其中滤袋选用圆周型排布，滤袋选型为椭圆形截面，如图2所示。

图2 方案A滤袋布置（其中一个滤室）

方案B：除尘器拟采用水平进风方式，烟气进入布袋除尘器内部通过滤袋装置除尘，净烟气从除尘器水平净烟箱出气口离开除尘器。其中滤袋选用矩形阵列排布，滤袋选型为圆形截面，如图3所示。

图3 方案B滤袋布置（其中一个滤室）

首先，依据以往工程实例和设计经验，可以初步分析出滤袋排布的两个方案的优劣。A方案滤袋布置相较于B方案更为紧凑，气流会比较集中于滤袋分布密集区域，在同等的滤袋总有效过滤面积的前提下，A方案的过滤阻力和局部气流速度会大于B方案，在不考虑不同方案所配套的清灰喷吹方式差异的情况下，一般会更倾向于选择B方案，但还是需借助计算机CFD模拟来辅助分析不同方案内部过滤阻力的大小和流场分布的优劣，从而选择出最佳的设计方案。

3 布袋除尘器的CFD模拟分析

3.1 几何模型

在设定的两个除尘器方案的基础上，借助计算机CFD模拟分析布袋除尘器内部流场等数据。在布袋除尘器的CFD数值模拟中，首先需建立除尘器本体的几何三维模型。按实际除尘器的结构尺寸分别对方案A和B除尘器结构建立几何模型，并对模型进行适当简化[1-2]。本案例布袋除尘器单个通道内袋区沿烟气方向分为前、中、后3个区。对于布袋除尘器的内部滤袋布置，A和B两个方案除尘器内部均布置了相同数量的滤袋，且滤袋具有同等的总有效过滤面积。

布袋除尘器三维示意图如图4、图5所示。

图4 方案A布袋除尘器三维示意图

图5 方案B布袋除尘器三维示意图

3.2 CFD模拟结果与分析

对两个方案建立模型，设置边界条件，划分网格，分别由计算机对两个除尘器设计方案进行计算分析。

3.2.1 整体流场分析

计算机计算结果显示：方案A的除尘器滤袋局部流速最大为1.03 m/s；方案B的除尘器滤袋局部流速最大为0.87 m/s。通过滤袋流速可以判断方案B的流场更佳。

除尘器内部整体速度云图如图6、图7所示。

图6 方案A除尘器整体速度云图

图7 方案B除尘器整体速度云图

3.2.2 阻力与流量均匀性分析

借助计算机得出两种方案除尘器内部的阻力与流量均匀性对照表，从表1和表2可以看出，两个方案的相对流量偏差最大值的绝对值均在5%的范围内，可见两个方案的气流分布皆较均匀。但方案B除尘器内部相对流量偏差绝对值均值相较方案A小，且方案B内部阻力128 Pa相对于方案A的156 Pa更小。

表1 内部阻力

表2 流量计算结果

由以上两个方面可以总结出本案例的布袋除尘器内部滤袋装置两个设计方案优劣排序为：方案B＞方案A。

4 布袋除尘器阻力能耗的对比

除尘器阻力电耗按式（1）计算[3]：

式中：WR为除尘器阻力电耗；Q为除尘器单位时间处理的工况烟气量；ΔP为除尘器压力降（阻力）；0.85为风机效率。

本案例单台除尘器处理烟气量为901 560 m3/h，布袋除尘器的阻力每增加100 Pa，其增加的电耗约为29.463 kW·h/h。

假设本案例燃煤电厂350 MW热电机组每年利用小时数为6 000，方案B和方案A对比，方案B单台布袋除尘器的电耗约能够降低4.95万kW·h/a（仅考虑阻力电耗的情况）。

5 结束语

依据设计经验和计算机CFD技术辅助，本案例中布袋除尘器内部滤袋装置的设计选型为方案B的滤袋矩阵布置方案。

优良的布袋除尘器设计可使除尘器内部具有良好的气流分布，并降低除尘器阻力，布袋除尘器阻力的大小会直接影响到下游的引风机电耗，相同工况下，除尘器阻力越小，引风机的功耗就越小，其电耗就越低。本文对某燃煤电厂350 MW热电机组配套的布袋除尘器设计进行了研究分析，并选取了最优的滤袋布置方案，为布袋除尘器的设计提供了参考依据，有利于降低燃煤电厂环保设备的运行能耗，提高设备使用的经济性。