吴玲玲
身份证号23030619830520****，黑龙江省哈尔滨市，150000
摘要：烟道系统是火电厂的重要部件，是电厂重要的运行能耗之一。在前期电厂设计的过程中，由于未充分考虑尾部烟道系统阻力，尾部烟道布置一般采用横平竖直的矩形结构设计，因此，尾部烟道结构出现烟道急弯多，矩形烟道内部支撑多，烟道内烟气流动漩涡太多的情况，导致烟道系统阻力较大，使得生产能耗指标高。结合现场实际，以某发电公司330MW机组锅炉和600MW机组锅炉的尾部烟道为对象，提出了倾斜爬坡与圆形2种不同的典型烟道优化设计，并用CFD进行了数值模拟分析，实现了尾部烟道阻力的大幅度降低。关键词：尾部烟道；倾斜爬坡；圆形；数值模拟烟道系统是火电厂的重要部件，是电厂重要的运行能耗之一[1]。统计发现，目前电厂运营机组中为克服烟气系统阻力而设置的风机设备约占厂 用电率的1%[2]。由此可知，结构设计合理的烟道能够给整个烟气运行系统带来有益的作用。锅炉尾部烟道是指设置在锅炉尾部用来排烟的烟道，一般为空预器出口到除尘器入口位置处。由于在前期电厂设计过程中未充分考虑尾部烟道系统阻力，导致烟道系统阻力较大，生产能耗指标高[3]。随着市场竞争的加 剧，目前电厂都进行精益化管理，从多方面提高经济效益。所以，尾部烟道的优化改造成为了电厂节能改造的重点内容之一[4]。
本文结合现场实际，以某发电公司330MW机组锅炉和600MW机组锅炉的尾部烟道为对象，提出了2种不同的典型烟道改造设计，并用CFD（计算流体力学）进行了数值模拟分析，尾部烟道阻力明显降低。
1烟道倾斜爬坡结构优化设计
某发电公司330MW机组锅炉是DG1177/17.4-Ⅱ2型亚临界参数CFB（循环流化床）锅炉，为单汽包自然 循环、单炉膛、平衡通风、一次中间再热、紧身封闭固态排渣锅炉，尾部采用双烟道结构。该电厂4#机组的锅炉尾部烟气分成2路平行通道，流经2路结构对称设计的烟道，进入2路布袋除尘器，在2路烟道之间设置有联箱。原尾部烟道采用的是横平竖直的结构设计方法，从空气预热器出口到布袋除尘器入口 ，经过了3个90°的直角弯，烟道内部采用十字撑并排支撑结构设计，出现了烟道急弯多、内部支撑过多、烟道内气体流动漩涡太多的情况，导致烟道系统阻力较大。基于以上分析，优化改造结构设计由横平竖直结构设计为倾斜爬坡结构设计，尽可能把原先烟道的直角弯头取消，并把烟道的内部支撑去掉，从而减少弯头损失，减小引风机的电机耗能。改造设计去掉了原有烟气往左右两侧水平拐弯流动的侧室，烟气由空预器出口倾斜向下并向前流动，而后沿倾斜爬升直烟道连接到除尘器入口，在除尘器入口前方设计一段水平直段，以满足除尘器烟气入口的要求。
2倾斜爬坡烟道的数值模拟计算
使用CFD对原烟道和倾斜爬坡烟道进行数值模拟，对烟道的阻力进行分析计算。烟道CFD数值模拟所用烟气成分与状态如表1所示。计算过程中，入口使用质量流量入口边界条件，出口使用压力出口边界条件， 烟道壁面假设无热交换[5-6]。通过对烟道内烟气流动的数值计算，得到了烟道阻力数值。烟道拐角处、爬升处等部位总压损失较大，是烟道阻力主要集中的部位。
新设计的烟道阻力为185Pa，比原烟道阻力降低了379Pa。比较分析倾斜爬坡烟道与原烟道的结构，发现 原烟道烟气首先从空预器下部左右两侧流动，接着向前方流动，然后烟气再向上流动，再向前流动，进入到除尘器入口；而优化设计的烟道烟气直接从空预器下部向前方流动，经过倾斜向上进入到除尘器入口。与原烟道相比，新烟道设计减少了3个直接弯头，并缩短了烟道流程长度。
3圆形结构烟道优化设计
某发电公司600MW国产超临界燃煤机组锅炉为超临界本生（Benson）直流锅炉，锅炉型号为HG-1913/25.4-YM4，中间一次再热、变压运行、带内置式再循环泵启动系统，固态排渣，单炉膛平衡通风、 ∏型露天布置、全钢构架悬吊结构。电厂2#机组的锅炉尾部烟道，空气预热器出口至除尘器入口的烟道阻力较大。通过改造前整个系统的理论计算，入口和出口的压差约为850Pa。该烟道的优化设计要求是，控制合理的烟气流速和阻力压降，减少弯头数量，降低烟道弯头处出现的局部压损。新设计烟道采用 圆形烟道，每台空预器出口大小头保留，截断一部分烟箱，并进行封堵，在烟箱顶部开孔，烟箱底部作圆弧处理，烟箱顶部开孔处接方圆连接节、圆形烟道和弯头，烟道抬升至除尘器入口标高后，由水平弯头接至除尘器入口，新设计烟道的布置情况对钢结构改动较小，无需调整钢结构整体框架，且圆形烟道 的使用降低了单位截面的烟道质量，减轻了烟道荷载[7-8]。
4圆形烟道数值模拟计算
使用CFD对原烟道和新设计烟道进行了数值模拟分析，对烟道的阻力进行分析计算。计算中，入口使用质 量流量入口边界条件，出口使用压力出口边界条件，烟道壁面假设无热交换。
原烟道的阻力大约为850Pa，新设计圆形烟道阻力大约为150Pa，阻力减小了约700Pa。阻力减少的主要位置是，原尾部烟道底部2个90°的急转弯是压力损失最大的地方，从流场流线也能够看出，流线呈现复杂的湍流流动状态[9-10]，而新设计烟道在设计方面避免了急弯设计，并采用圆形烟道的结构，烟道内烟气 流线呈现良好的流动状态，且烟道长度变短，弯头数变少。
原烟道烟气速度图
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新烟道烟气速度图
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5结语
选取电厂原有烟道并对其进行分析，提出了2种典型的烟道优化设计，即倾斜爬坡型设计与圆形设计，这两类优化设计可推广并适用于更多的烟道改造设计中。经过讨论分析，可以得到以下结论：a)针对目前尾部烟道采用的横平竖直的设计，结合现场实际，以某发电公司330MW机组锅炉和600MW机组锅炉的尾部烟道为对象，提出了可以实际应用的倾斜爬坡烟道设计和圆形烟道设计；
b)使用CFD进行数值模拟分析，实现了330MW机组锅炉尾部烟道阻力由改造前的564Pa降低至185Pa，降低了379Pa，阻力减小了约67.2%；实现了600MW机组锅炉尾部烟道阻力由改造前的850Pa降低至150Pa，降低了700Pa，阻力减小了约82.4%。
参考文献：
［1］朱发华，王林清.煤电超低排放的技术经济与环境效益分析［J］.环境保护，2014，42(21)：28-33.
［2］袁斌.600MW锅炉烟道阻力增加的原因分析及处理［J］.锅炉制造，2009(5)：20-23.
［3］李凯伦，孙大伟，朱红伟，等.600MW火电机组烟道优化［J］.热力发电，2017，46(4)：120-136.
［4］卢权，郝剑，李文韬，等.燃煤电站锅炉尾部烟道流场数值模拟分析及改造［J］.热能动力工程，2017，32(12)：66-72.
［5］樊晓康.矩形烟风管道有限元建模及结构分析软件二次开发［D］重庆：重庆大学，2017.