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工业界CFD:各类湿式静电除尘器躲不开的流场组织方案!

7月前浏览5975

文章摘要

本文整理了湿式静电除尘器(湿电)的总体布置形式和流场组织方案,并分享了运行中可能遇到的问题和处理经验。湿电除尘器可分为一体式设计和分体式设计两大类,其中一体式设计包括顶出和侧出两种形式,而分体式设计则包括“下进上出”和“上进下出”两种烟气走向。文章指出,一体式设计的流场组织相对简单,但有时需要增设孔板以确保流场均匀性

。分体式设计则面临更大的流场组织挑战,尤其是由于场地限制导致的流场恶化和系统阻力损失增加。文章建议,在设计分体式湿电除尘器时,应尽量减少弯头数量,避免锥斗设计,以简化流场组织并降低成本。此外,无论哪种设计形式,烟气出口应尽量从中间引出,以避免烟气偏流问题。作者强调,合理的流场组织对于湿电除尘器的性能至关重要,需要流体工程师根据经验进行详细的优化。


正文
湿式静电除尘器总体布置形式及对应的流场组织方案归类咱2015年就整理过一份,对于正经画图的设计师们可能会有些帮助。                  
本篇将当年及后来遇到的典型湿式静电除尘布置形式重新整理,包含了各类设计形式及可能在运行过程中遇到的一些问题的处理经验,在下文分享给伙伴们,可供参考。        
       

根据湿式静电除尘器相对于湿法脱硫塔设计位置的不同,可将其分成2类,一类是湿法脱硫和湿电除尘一体式设计、另一类是分体式设计一体式设计为“下进上出”形式,包括顶出和侧出;而分体式设计的烟气走向可分成2种,即“下进上出”和“上进下出”,包括底出、顶出和侧出。针对不同的设计,流场组织方案也有较大区别。

第一类:一体式设计

烟气从湿法脱硫塔除雾器出来后,经过一个渐扩段进入湿电除尘器内,渐扩段一般为“圆变圆”或“圆变方”型设计,如图1所示,这两类都是顶出方式                  
       

图1一体式湿除设计(顶出)

早期认为,圆变方形式的设计条件不好,需要通过导流板+格栅+孔板才能取得较好的流场分布结果。对于圆变圆这种顶出方式,流场组织条件较好,只需要一层环形分流板上铺检修格栅即可,设计成熟,不需要进行流场优化分析但后期运行的几台湿除表明,部分湿除内部只添加分流板并不能取得较好的流场结果咱分析了几台不同脱硫塔直径(在8-15m之间配套的湿除设备,上方设置一体式顶出除尘器必须要增设一层孔板才能取得较好的速度分布均匀性。        

图2对比了顶出添加孔板前后的阳极管束入口速度分布结果的对比,流场较为奇怪,可能是扩口外围湍流流动形成的,必须通过孔板消除四周的湍流微团,才能使设备流场分布稳定下来。通过设置1层环形气流均布板并调整各分布板的倾斜角度,可实现流场的均匀分布,阳极管束入口速度相对标准偏差系数(Cv)可达到0.1至0.15。

图2 顶出流场分布

图3是侧出方案及对应的流场组织方案,一般是一层导流板+检修格栅+均匀或非均匀开孔的孔板(这些导流板及孔板布置需要详细的优化调整才能取得较好的效果,极易造成出口侧烟气偏流严重的问题),对于已有项目,如果有现场表现出除尘效果不理想,可能是侧出结构偏流问题造成的,可以采用铺设孔板或散铺封板等方式补救,不过也需要流体工程师根据结合经验详细优化给出封堵措施。

       

图3 侧出流场分布

第二类:分体式设计          

湿除一旦采用分体式设计形式,流场组织难度就变得异常困难。由于场地限制,湿除入口烟道往往存在弯头、方圆变径、渐扩段等等异性烟道结构,不仅使流场恶化,也会增大系统阻力损失。根据经验,针对“上进下出”和“下进上出”2种设计形式给出了相应的流场组织方案。
一般情况下,较为保守的分体式设计形式为“下进上出”。从湿法脱硫塔出口至湿电入口之间为复杂烟道部分,组织这部分流场的目的是要保证湿电入口烟气尽可能均匀,因为烟道内烟气流速相对较高,一般只能采用增设导流板的方式进行导流、分流与合流,而不能使用孔板,否则系统阻力损失往往超出限制。                  

合理的入口烟道设计是下游流场组织的必要条件,设计入口烟道时,应尽量减少弯头数量,方圆变径尽可能设置在上游,保证烟道几何形状越靠近湿电入口越规则。除尘器底部要极力避免锥斗设计形式,一旦设计为锥斗形式,流场组织极困难,往往要配合2层孔板加格栅,对应的造价也会增加,在现在这个行情下,采用这种布置形式去竞标,价格上恐怕没有优势。对于“下进上出”的湿电设计形式,应尽量采用图4中的1和2方案,避免3方案。

       
图4 下进上出设计方案                  
采用“上进下出”的本体设计形式可以减少入口烟道长度,按照阳极管束上游气室设计形式的不同,本文将常见的分体式“上进下出”湿除设计归为如下3类,见图5。                  
       
图5 上进下出设计方案                  

图5左侧为入口上气室等压烟道设计形式。同图4下气室设计形式类似,只不过气室在上方,不必考虑污泥斗的存在。当湿电本体入口截面烟气流速分布均匀的情况下,在下气式适当位置设置一层格栅即可实现流场的均匀分布,Cv值一般能够满足小于0.2的技术要求,较好的情况下能够小于0.15。该类型可参照SCR脱硝设计,技术较为成熟,导流板数量较少,能降低材料、设计和施工成本,如果场地足够,可首先这种上气室设计形式。

图5中间为入口上气室梯形烟道设计形式。湿法脱硫塔顶部为烟气侧出而不是顶出,因此在水平管段内,存在烟气的二次流,造成横截面“左、右、上”方烟气流速高“中下”方烟气流速低。需要在脱硫塔出口设置若干向下倾斜的分流板。同样,若要取得较好的烟气均布特性,还需在渐扩段设置1或2层孔板配合1层整流格栅。“2层孔板+1层格栅”组合可实现Cv值小于0.15的技术要求,若脱硫塔出口水平烟道流场组织合理,可使得Cv小于0.1。                  

图5右侧为入口上气室矩形烟道设计形式。若脱硫塔出口为顶出而非侧出时,入口烟道内的烟气二次流现象不明显,只需要在湿电本体入口上气室安装一套密布的斜向导流板,即可实现Cv小于0.2或者0.15。若脱硫塔出口为侧出形式,如图4右侧图所示,还需要在上气室内设置1层孔板和1层格栅,这时基本可保证Cv值小于0.15,较好的情况下,可以实现Cv小于0.1。

上述设计形式设计的比较早,在近几年运行过程中发现,无论上进下出还是下进上出,烟气出口尽量从中间引出,而不是从侧面引出,例如图4右侧设计和图5左侧及右侧两个设计形式,烟气从侧壁面引出,就留下了烟气偏流的隐患,通过增加挡板和封板等方式可以进一步调节改善,但很难根除。                  

本文只是小编积累的一些小知识,存在认知局限性,如有不当之处,还请大佬指正。


来源:工业界CFD
湍流材料
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首次发布时间:2024-04-06
最近编辑:7月前
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