电除尘器超低排放设计中CFD技术的应用

叶郑焕

浙江德创环保科技股份有限公司

摘要：随着国家环保要求的不断提高，电除尘器排放极低已成为当前影响最严重的问题之一。电除尘器超低排放的设计对超低排放有重要影响，因此CFD技术的应用有重要意义。

关键词：环境工程学; 电除尘器; 数值模拟; 流场设计

1电除尘器超低排放重要作用

依据计算流体力学CFD模拟方法，结合工程实际，从气流分布、本体阻力、电场形态、绝缘体系热气吹扫设计等方面，确定了电除尘器的流场设计方案。电除尘器流畅的合理设计，既解决了流量分配问题，又解决了粉尘量偏差问题。进、出口喇叭角度不仅影响到流场的均匀性，而且对除尘器的本体阻力有很大的影响。进口喇叭扩张角和出口喇叭收缩角越大的情况下，体内速度分布的均匀性越差，本体阻力也越大。

2流量分配和粉尘量分配优化

按“电除尘器布置模拟方法”，电除尘器各内气流分布的相对偏差不大于5%;如果流量偏差过大，对于烟道风量较大而言，会更容易出现磨损的情况，电除尘器的电场风速比设计值高，最终降低了除尘效率。为了使电除尘器各室的气流分布均匀，将导流板设置在电除尘器的进口烟道上，并通过数值模拟的方法调节其结构导流板的尺寸和位置，以达到电除尘器流量分配的目标。

由于均匀分布的流场并不意味着一个电除尘器的粉尘收集量也能达到平衡。一般来说，电除尘器的灰尘分布比烟气流量偏差大，主要原因是粉尘的密度大于烟气的密度，粉尘密度大，粒径大，气流作用弱，因此在流场设计时要满足超低排放的要求。要采取各种措施解决电除尘器各收尘室中粉尘量的平衡问题，即烟气量与粉尘量的相对平衡，而充分激发电除尘器自身的性能就是关键之一。采用离散相 DPM模型，对电除尘器中粉尘颗粒流动和气流流动进行了数值模拟。从图1可以看出：优化设计前后某电厂电除尘器的流场对比图。

2 本体气流分布的优化

2. 1 进口喇叭扩张角的影响

为解决电除尘器进口喇叭扩张角对内部流场的影响，在保证进口喇叭大小口尺寸不改变的情况下，针对单侧横角为30°、45°、60°的流场分布情况进行了模拟实验，并分析和比较了不同方案的速度分布均匀性和进口喇叭阻力。模拟结果表明，随着进口喇叭扩张角的增大，甚至使其内部流场分布较差，使电场断面场场均匀性差，其中，进口喇叭扩张角越大，收尘区的流场均匀性越来越差，对电除尘器的除尘效率造成了严重影响。在扩张角越来越大的情况，那么进口喇叭阻力就会越来越大。

2. 2 出口喇叭的影响

研究发现，在出口喇叭收缩角不同的情况下，随着出口收缩角的增大，末电场出口断面的速度分布就会越来越均匀，并且在区域的流场速度越来越大的情况，该区域内极板所收集的细粉尘埃会产生二次夹带，从而影响了电除尘器的除尘效果。实验结果表明，收缩角越大，局部阻力越大;因此，出口喇叭收缩角的大小不仅影响末电场气流分布的均匀性，而且影响除尘效率和抗静电能力。

2.3灰斗阻流的影响

电除尘器中的短路气流通常被认为是在电场作用下通过灰斗、顶梁等区域的气流。该部分烟气中所含的粉尘量，并不会被收集，而且将收集的尘埃进行了清除。因此，要实现电除尘器的超低排放，就必须解决电除尘器内部气流通过进气喇叭扩散，部分进入灰斗之后会形成短路的问题，这样，沉积于灰斗内的粉尘就会产生二次飞扬，然后再回到气流中，甚至直接从静电除尘器中清除，从而降低电除尘器的效率。

2. 4 电场及颗粒捕集

电除尘器接通电源后，在电晕线与收尘极之间会产生一个电场，为粉尘与烟气的分离提供了一定的动力。电除尘器中的电场分布对电晕产生、粒子负荷和粒子的迁移运动都有影响，电除尘器的电晕线及极板结构对电场分布有重要影响。采用三维数值模拟方法，研究了针刺线垂直于极板、针刺线平行于极板两种极配型的电场分布。仿真结果如图2所示：

3 绝缘子系统热风吹扫

設备运行条件不同的情况，绝缘子瓷缸内含尘烟气的温度和湿度也不同。当灰尘达到一定厚度时，很容易造成绝缘元件的短路。为保证电除尘器的稳定运行，在保温箱中引入了热风，使绝缘子进行吹扫工作，防止出现结露和灰尘黏附的情况。实验结果表明，当吹扫热风进入保温箱后，只需吹扫绝缘子的外表面，然后通过绝缘子内表面上的一个小孔，即可清洗绝缘子的内部。吹扫热风能基本清洁绝缘体内外表面，使之不受污染，延长其使用寿命，因此采用绝缘系统的吹扫方式对电收尘器的稳定运行具有重要意义。

结论

综上所述，研究了电除尘器内部气流分布、本体气流分布设计、电场极配方式以及绝缘系统热风吹扫结构对过滤效果的影响。合理地设计了入口烟道导流板，既解决了电除尘器的流量分配问题，又极大地改善了粉尘量的偏差情况，烟气量和粉尘量之间处于平衡状态下，有利于激发电除尘器的性能作用。当进口喇叭扩张角过大时，收尘区流场均匀度较低。

参考文献

[1]张延民.储能清灰大型滤筒式超净排放节能除尘器：CN202010570687.8[P].2020-10-02.