300MW燃煤发电机组烟道流场特性数值模拟及结构优化

300MW燃煤发电机组烟道流场特性数值模拟及结构优化
发布时间：2022-03-23T02:21:13.920Z 来源：《中国电业》2021年25期作者：蒋健麟，陈欣，屈园林
[导读] 为探究除尘器出口至引风机入口的烟道的流场分布情况，以某300MW等级燃煤发电机组为例，使用数值模拟的方法对该部分烟道的阻力进行了计算。

蒋健麟，陈欣，屈园林
中国电建集团透平科技有限公司，四川成都 610045
摘要：为探究除尘器出口至引风机入口的烟道的流场分布情况，以某300MW等级燃煤发电机组为例，使用数值模拟的方法对该部分烟道的阻力进行了计算。

通过计算结果分析流场特性，明确了气流对冲以及相互挤压产生的通流截面减小是造成烟道阻力较大的主要原因，并进行烟道的结构优化，优化后的烟道阻力得到显著降低。

本文的研究有助于火电机组的烟风道优化工程实践的应用。

关键词: 发电机组；烟风系统；流场特性；数值模拟；结构优化
0 引言
在国家节能降耗政策的引导和指引下，降低厂用电率，可以有效降低发电成本，从而提高发电企业上网电价的竞争力。

有数据显示，300MW机组中引、送、一次三大风机的厂用电率常规占比为1.5%，部分机组超过2.5%，作为烟气排出的引风机在厂用电率中的占比颇大[1]。

提高烟风煤粉管道的设计水平、提高风机实际运行效率，减少煤耗对当前电厂优化运行和节能减排具有非常重要的意义。

本文对某300MW机组的除尘器出口至引风机入口段烟道进行模拟计算[2-4]和结构优化，优化后的烟道阻力显著下降。

1 研究对象概述
某300MW机组锅炉采用平衡通风，并配置有两室的电除尘器，除尘器至引风机部分的烟风道俯视图如图1所示。

图1 烟风道俯视图图2 三维模型带边着色图
电除尘的4个烟道出口后，气流沿两两汇合后分别进入两个引风机，为了平衡两侧可能存在的压差设置了联通烟道。

按现场情况，使用三维软件Pro/E，按照1:1的尺寸比例建立的模型如图2所示。

2 模拟结果和分析
模型使用速度进口压力出口边界，理想气体，流速按机组满负荷常规烟气量250m3/s考虑，4个进口流量均分，烟气温度373K。

计算得到的烟道流线图和中截面速度云图如下图3和图4所示。

经过计算得到的此部分管道损失为378Pa。

由图3和图4可知，较大的速度梯度出现在水平向下的转角位置和竖直烟道的中间部分。

较大的速度梯度往往带来较高的流动损失。

由于气流汇合位置的两两对冲布置，会导致通流截面被压缩，气流偏向于向下的直角转角处流动，转角位置流动速度增加，速度梯度增大。

在气流水平行进时还有烟道的倒角设置以引导烟气流向，降低阻力，但在气流由水平转为竖直向下流动时却为直角转角，由此可能带来通流截面因气流缺少边界的流向引导，在竖直管道的中间部分相互挤压，增大了流动的速度梯度。

根据以上分析，对于该部分烟道的结构优化的重点放在均匀速度流场，减小气流相互挤压上。

3 结构优化
为均匀化流场，需要削弱高速区域，增加气体流向的引导，扩宽通流截面，使气流在流场中充分流动。

得到如下图5所示的优化后烟道图。

计算设置和原始模型保持一致，经过仿真，得到如下的流线对比图6、中截面速度对比图7。

计算得到的阻力为73Pa，烟道阻力得到显著降低，阻力降低值为378-73=305Pa。

由上图6和7可知，优化后的烟道在水平和竖直烟道转角位置以及竖直烟道的中间部分的速度梯度得到明显降低。

整个流场速度分布较为均匀，流动合理。

同时根据笔者的后续研究表明（由于篇幅原因未附图）：单独的水平到竖直烟道的直角优化为圆弧对该烟道的流动降阻作用非常有限，必须辅以水平对冲位置的圆弧导流板优化才能明显降低竖直烟道中部的速度集中现象。

4 结论
1、机组满负荷状态下，优化前的烟道阻力为378Pa，优化后阻力降低至73Pa，阻力降低值为305Pa，折合风机的电机功率约为100kW，降耗效果明显。

2、在进行烟风管道的设计时需要在气流转角位置（包括气流汇合）设置导流板和圆弧过渡，增加气流引导，避免因气流的相互挤压而侵占有效通流面积，从而导致局部流速过大，流动损失增加。

3、CFD的计算结果可以对火电厂的烟风道节能优化提供一定的参考。

参考文献
[1] 刘家钰.电站风机改造与可靠性分析[M].北京:中国电力出版社,2002:92
[2] 韩占忠，王敬，兰小平.FLUENT流体工程仿真计算实例与应用[M].北京：北京理工大学出版社,2004:6-10
[3] 王福军.计算流体动力学分析[M].北京：清华大学出版社，2004:122-123
[4] 石清鑫,孙大伟,杨静,等.引、增压风机合并改造的烟道优化 [J].热力发电厂能,2014,43(12):130-132.。