摘要：随着火力发电企业单台机组容量的不断增加，以及脱硫脱硝等设备成为标准配置投入运行，锅炉烟风系统尺寸越来越大，加之土地资源使用的控制越来越严格，新建电厂场地面积逐步降低，这些因素都造成锅炉烟风道设计难度增加，有效降低烟风道阻力既对锅炉安全运行有利，也对机组经济运行有利，是机组节能的一个重要方面。
关键词：火力发电；烟风系统；土地；风道阻力；节能
0 引言
目前我国火力发电机组单机容量已经发展到1000MW以上容量，锅炉设备、辅机设备和烟风道尺寸和占地面积都在逐渐增加，例如：国内某1000MW机组π型锅炉钢架平面尺寸为74.8（深）×68m（宽），配套单个脱硝反应器尺寸达到13.95m（深）×17.49m（宽）×12.6m（高），电除尘器入口烟道尺寸为4.4m（深）×4.2m（宽），脱硫区域设备占地面积根据各单位燃煤含硫量等实际情况差异较大，所以，有必要总结降低烟风道阻力的方法，节能增效。
1 概述
大容量火电机组锅炉烟风系统一般按平衡通风设计。空气预热器采用容克式三分仓，分成一次风、二次风和烟气系统三个部分。
1.1一次风系统
该系统主要供给磨煤机干燥燃煤和输送煤粉所需的热风、磨煤机调温风(冷风)。一般设两台50%容量的动叶可调轴流式一次风机，其进口装有消声器。为使两台一次风机出口风压平衡，并可以单台风机运行，在风机出口设有联络风道。两台空预器出口的热一次风和调温用冷一次风均设有母管。
1.2二次风系统
该系统供给燃烧所需的空气。一般设有两台50%容量的动叶可调轴流式送风机，其进口装有立式消声器。为使两台风机出口风压平衡，在出口风门后设有联络风管和电动隔离风门。
1.3烟气系统
该系统是将炉膛中的烟气抽出，经过尾部受热面、脱硝装置、空气预热器、电袋除尘器、高效脱硫装置和烟囱排向大气。引风机与脱硫增压风机合并。设有2台动叶可调轴流式引风机，为使单台引风机故障时，除尘器不退出运行，在两台除尘器出口烟道上设有联络管。正常运行时，联络管也起平衡烟气压力的作用。两台炉合用一座双管内筒烟囱，在引风机出口装有严密的挡板风门，作隔离用。为了达到烟气有害物超低排放的目标，各发电单位脱硫系统一般都不设GGH和烟气旁路。
2 减小烟风阻力的的技术研究
国内大容量机组烟风、煤粉系统内典型管件的阻力系数多从规程或计算手册中查得，但是相关规程中沿程阻力系数和局部阻力系数等数据（一般通过实验测量）不完全适用于1000MW等级机组烟风系统中更大截面尺寸、高雷诺数下复杂流动、复杂几何形态的管件。因此，针对大型机组烟风系统阻力及流动特性的相关研究，前期多采用数值模拟手段、通过机理研究和工程模拟确定大容量机组烟风、煤粉系统的流量分配、阻力特性以及典型管件的阻力系数以指导设计，并结合工程实践的相关试验测量数据对前期烟风系统流动参数进行检验和修正。大型火电机组减小烟风阻力的技术手段包括以下部分内容。
2.1合理选择管道截面型式
大容量火电机组的烟风道截面型式可选择矩形或圆形。圆形烟风道对比矩形烟风道无内撑杆及导流板，通流阻力小且流场更顺畅均匀，且具有受力合理且道体稳定性好、零部件结构简单且道体材料少等优点，同时存在空间布置受限、大截面道体刚度较差等缺点。在满足管道空间布置要求以及管道强度、刚度、稳定性要求的前提下，结合工程实际情况，优先采用圆形烟风道以降低烟风道流动阻力。
2.2合理选择烟风流速
烟风系统的设计流速直接决定烟风系统设计阻力的大小。目前各工程烟风道流速选择主要依据《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程(DL/T 5121-2000)》，需综合考虑介质特性（积灰和磨损等特殊要求）、设备条件以及合理节省运行费用和基建投资等因素。在满足上述要求的前提下，烟风流速的选择不宜超过规程推荐流速的上限，以避免明显加大烟风系统阻力。
2.3优化烟风道布置
烟风道系统布置在满足系统安全稳定运行、系统及设备维护检修便利、基建投资节约和运行经济的前提下，应遵循以下设计原则以减少烟风系统阻力：1）缩短管线长度，减少弯头等异形件数量，避免管线反向连续转弯，使管线流场更顺畅；2）管线布置应避免存在“袋形”、“死角”以及局部流速偏高的管段；3）管线布置应保证流场均匀避免流场出现严重紊乱，并联管线流速及阻力不应有显著差异。
2.4优化典型部件流场
在满足强度、刚度以及振动设计要求前提下，典型部件应根据布置条件合理选择几何形状尺寸以改善流场降低局部阻力：1）弯头优先采用圆形缓转弯头，矩形急转弯头可考虑设叶片或导流板以改善流场，且导流线型可采用低阻力新型流线；2）变径管优先采用圆变径管，且扩散管的扩散角宜小于20°；3）分流（汇流）三通尽可能采用宜采用斜切过渡或圆形弯头过渡，使三通流线与介质分股流动方向协调避免介质发生对冲、碰撞，同时合理设计截面保证流速均匀，以减小局部阻力损失；4）风机吸风口组件宜采用伞型导流板等新型组件。
2.5三维数字化设计耦合CFD模拟
基于三维数字化设计并耦合CFD模拟是降低烟风阻力的重要技术发展方向。目前，国内工程烟风道设计利用CFD模拟优化流场降低阻力已有成功应用，但受限于设计周期效率和数据接口二次开发成熟度等问题等未大规模推广且多局限于工程前期。
国内电力设计院已具备成熟的三维设计能力以及基本的数字化电厂移交能力。针对烟风汽水等工艺管道，国内工程可通过三维设计软件实现空间建模与设计出图，且在三维设计平台上工艺专业可与结构、电气等专业进行碰撞检查、互提资料等协同设计。同时，三维设计软件提供了工艺管道应力计算、结构强度计算等连接其它软件的数据接口。而基于三维建模软件接口的二次开发并连接CFD模拟软件，能避免二次建模并有效提升工作效率，为全设计周期烟风道的流场优化提供条件。
3减小烟风阻力的的技术应用
本工程采用了优化布置以合理缩短管线、优先采用圆形管道截面、合理选择介质流速以及典型部件优化流场等技术，并利用CFD模拟软件并结合工程应用实例，有效降低了烟风系统设计工况及低负荷条件下的流动阻力。
3 减小烟风阻力的的技术应用
主要包括优化布置以合理缩短管线、优先采用圆形管道截面、合理选择介质流速以及典型部件优化流场等技术，并利用CFD模拟软件并结合工程应用实例，有效降低了烟风系统设计工况及低负荷条件下的流动阻力。
3.1风道优化设计
1）风机布置优化
某工程送风机布置在以锅炉中心线对称布置在空预器两侧的脱硝钢架副跨内，一次风机布置在锅炉岛零米，且送风机纵向布置、一次风机横向布置，可有效利用锅炉0m的空间使锅炉布置更加紧凑，减少了风机至空预器的管道长度，降低了风道阻力。
2) 风机进口风道优化
某工程一次风、二次风进口风道采用立式消音器、带导流组件的曲线型吸风口，较常规布置及传统水平吸风口能分别降低管道阻力约39Pa、48Pa。
3) 风机出口风道优化
某工程送风机出口风道、一次风机出口风道、密封风进出口风道截面均采用圆形管道布置方式，以降低风道阻力；热一次风道采用等流速变截面圆形管道，避免流速变化大引起磨煤机入口支管流量分配不均及母管流场恶化，同时取消母管两端堵头设置改成支管圆形弯头引出以减小局部流动阻力。
4) 锅炉本体烟风道优化
某工程锅炉本体烟风道设计对烟风道部分内部支撑桁架进行优化设计，并在保证桁架强度和稳定性的前提下，减少支撑管数量和节点板面积，从而增加桁架处流通截面积，以有效降低局部阻力；在空间允许的地方，将烟风道直角弯头改为圆角弯头，并尽量选取较大弯头半径，有效降低烟风道的局部阻力。基于CFD数值模拟的对比分析表明，优化设计后热二次风道等锅炉本体烟风道总阻力可降低30%。
3.2烟道优化设计
1) 除尘器入口烟道的布置优化
国内工程前烟道典型布置从空预器接口处接引烟气大联箱并依次分流进入除尘器各室，但由于联箱流场紊乱且支管阻力特性差异大导致除尘器各室流量分配不均及进口速度差异大，对前烟道阻力及除尘器除尘效率有较大不利影响。某工程通过CFD数值模拟对前烟道布置进行了以下优化设计：采用圆形截面管道，无内撑杆设计及外削急转弯头可降低烟道阻力；空预器接口处直接引出支管并取消分流烟气大联箱，减少分流局部损失；优化各支管设计使各支管流场顺畅且阻力特性接近，减小除尘器各室入口流速、流量偏差。
2)引风机进出口烟道的布置优化
某工程设有2台电动动叶可调轴流式引风机，常规布置方式为引风机横向并列布置，进口通过烟气联箱接至除尘器各室，出口分别接至总烟道。本工程引风机采用纵向头对头布置，引风机出口烟道长度及弯头数量相应减少，引风机出口烟道的阻力相应降低；引风机进口烟道三通采用两个弯头直接汇流布置并取消旁路烟道，进口烟道阻力相应降低，且除尘器各室出口烟道阻力特性差异减小有利于保证除尘器除尘效率；湿式除尘器到烟囱入口的脱硫烟道截面采用圆形烟道，可降低脱硫烟道阻力。
4 意义
减少烟风系统阻力并优化流场对烟风系统的初始投资以及运行期间的稳定性及经济性具有重要意义。大容量火电机组设计主要通过合理选择烟风流速及管道截面型式、优化烟风道布置以及典型部件流场和三维数字化设计耦合CFD模拟等技术降低烟风系统阻力。
原标题：浅析火力发电企业减小锅炉烟风阻力的技术
