該新型防腐煙囪是一項(xiàng)專利產(chǎn)品 ,它能除濕、除塵 ,保持煙囪內(nèi)筒干燥 ,不腐蝕 ,即使?jié)穹摿蛱幚砗蟛辉O(shè)煙氣加熱系統(tǒng) GGH的煙氣 ,亦可以通過該型煙囪排放 ,對煙囪內(nèi)筒材料無特殊要求.在該型煙囪運(yùn)行實(shí)踐的基礎(chǔ)上 ,對其技術(shù)特征和流場結(jié)構(gòu)作出分析 ,認(rèn)為:由于切向進(jìn)氣 ,煙氣自身形成旋渦 ,塵粒在離心力的作用下被甩掉;又因?yàn)榱鲌鲋行牡呢?fù)壓吸引 ,水、霧等比塵粒小 ,比空氣大 (重 )的輕質(zhì)組分則聚集在中軸地帶 ,將隨煙氣排出 ,不會腐蝕內(nèi)壁. 　　　

     近年來,隨著國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的逐步提高和大眾環(huán)境保護(hù)意識的增強(qiáng),國內(nèi)新建火力發(fā)電廠工程都要求進(jìn)行煙氣脫硫處理.在我國,濕式石灰石 /石膏濕法脫硫 (FGD)技術(shù)因其脫硫效率高、脫硫效果好、工藝成熟、成本較低而得到廣泛應(yīng)用【1】 .通常進(jìn)行濕法脫硫處理后且不設(shè)煙氣加熱系統(tǒng) GGH的煙氣,水份含量高,濕度大,溫度低,煙氣處于全結(jié)露現(xiàn)象.對一臺 600MW機(jī)組來說,煙氣中水氣結(jié)露后形成的具腐蝕性水液理論計(jì)算量約數(shù)十 T/H (亦有說幾 T/H) ,它主要依附于煙囪內(nèi)側(cè)壁并造成嚴(yán)重腐蝕,極大地增加煙囪造價(jià)和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用并影響電廠的正常運(yùn)行[2] ; 為防止煙氣中水蒸氣結(jié)露和提高煙氣的提升高度 ,濕法除硫系統(tǒng)中設(shè)置了后加熱器 GGH,將煙溫提高到 80 ℃以上.但煙囪內(nèi)筒的腐蝕的問題仍不能有效解決.臺塑集團(tuán)在福建省漳州后石電廠投資建設(shè) 6臺 600MW級燃煤發(fā)電機(jī)組 ,由于建有脫硫裝置 ,煙囪設(shè)計(jì)咨詢單位要求在 2座鋼內(nèi)筒多管式煙囪的鋼內(nèi)筒內(nèi)表面 ,都須掛貼 1. 6 mm的鈦鈑或鎳鈑用于抗稀酸液腐蝕 ,由此使單座煙囪投資高達(dá)8 000余萬元.新型防腐煙囪是一項(xiàng)專利產(chǎn)品 ,已在天津、青島等地建設(shè)多座 ,從運(yùn)行的結(jié)果看新型防腐煙囪具有以下特點(diǎn): ①除濕、除塵效果好 ,內(nèi)筒干燥、不腐蝕;②結(jié)構(gòu)穩(wěn)定 ,環(huán)保效果和節(jié)能效果明顯; ③造價(jià)便宜 ,使用持久、維護(hù)方便.
     根據(jù)新型防腐煙囪的運(yùn)行實(shí)踐和流體力學(xué)的工程應(yīng)用 ,本文對該煙囪的典型構(gòu)造 ,作出技術(shù)探討 ,分析其流場流動結(jié)構(gòu) ,討論其中的技術(shù)基礎(chǔ) ,總結(jié)相關(guān)的技術(shù)特點(diǎn)和機(jī)制.為討論和引述方便 ,擬新型防腐煙囪代號為FFYCFFYC的基本形式; FFYC的基本構(gòu)造如圖 1所示 (由于涉及知識產(chǎn)權(quán) ,煙囪內(nèi)部細(xì)節(jié)圖略 ) ,除硫后的煙氣切向進(jìn)入煙囪 ,可單側(cè)進(jìn)氣 ,也可兩側(cè)進(jìn)氣 (圖 1為單側(cè)進(jìn)氣 ,雙側(cè)進(jìn)氣的效果更好 ) ,煙囪內(nèi)筒壁設(shè)置類似于來復(fù)線形式的導(dǎo)線 2　FFYC的氣流流動特點(diǎn)分析; 根據(jù)氣流流動的理論分析 ,煙氣進(jìn)入煙囪內(nèi)將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn) ,雖然結(jié)構(gòu)較簡單 ,但其流動形式比較復(fù)
雜 ,對其流動作以下分析 2. 1　內(nèi)外旋渦型; 煙氣切向進(jìn)入煙囪后 ,會形成類似與擴(kuò)散型旋風(fēng)分離器的流場結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ,其氣流流動狀態(tài)是周向、
徑向與軸向劇烈變化的三維旋流場.總的來說 ,存在2種不同性質(zhì)的旋渦: ①外旋氣流 -自由旋. 煙氣切向進(jìn)入煙囪后 ,產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)形成外旋氣流并向下旋轉(zhuǎn) ,含塵煙氣在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生離心力 ,將較重的塵粒甩向煙囪內(nèi)筒壁 ,塵粒一旦與煙囪內(nèi)筒壁接觸 ,便會失去慣性力在重力作用下沿壁面下沉 ,完成其除塵功能 ,從目前的運(yùn)行實(shí)踐來看 ,這點(diǎn)已得到驗(yàn)證;②內(nèi)旋氣流 -強(qiáng)迫旋.旋轉(zhuǎn)下降的外旋氣流在向下旋轉(zhuǎn)的過程中,根據(jù)旋渦特性 -旋渦不會自動消失性質(zhì)和“旋轉(zhuǎn)矩”不變原理,當(dāng)旋渦到達(dá)中下部位置時(shí),將會由下反轉(zhuǎn)而上,繼續(xù)螺旋流動,即內(nèi)旋氣流,最后內(nèi)旋氣流經(jīng)煙囪口排出. 2. 2　流場速度、壓力分布 速度分布.; ①切向速度.外旋氣流切向速度隨煙囪半徑減小而增大 ,內(nèi)旋氣流的切向速度隨著半徑的減小而減小 ,內(nèi)外旋渦的交界面上 ,切向速度達(dá)到最大. 外旋速度場按準(zhǔn)自由渦區(qū)規(guī)律變化[3;,即常數(shù) 　　u為切向速度, r為半徑, n為速度分布指數(shù), n = 0. 5 ～0. 9;
內(nèi)旋區(qū)為核中心區(qū),其速度按強(qiáng)制渦區(qū)規(guī)律變化,即 ur =常數(shù) 　　u為切向速度, r為半徑; ②軸向速度. 軸向速度分布沿軸向的變化很大 ,且在徑向具有復(fù)雜的分布 ,尚無有效計(jì)算辦法 ,一般由實(shí)驗(yàn)測定.外側(cè)下行流與內(nèi)側(cè)上行流的分界面應(yīng)是零軸向速度分界面.; ③徑向速度. 徑向速度遠(yuǎn)小于切向和軸向速度 ,大部分是向心的 ,只在中心渦核處有小部分向外的徑向流.實(shí)際流動中 ,徑向速度分布十分復(fù)雜 ,要通過測量才能確定. 2) 流場壓力分布.; ,根據(jù)理論和實(shí)測結(jié)果分析 ,有以下特點(diǎn); ①軸向壓力.外旋區(qū) ,沿軸上下壓差很小 ,在內(nèi)旋區(qū) ,軸向壓力變化較大.; ②切向壓力. 沿切向壓力變化很小 ,僅由于氣流不均勻稍有變化.; ③徑向壓力. 由于離心力作用 ,壓力沿徑向變化非常顯著 ,尤其中心部分 ,其壓力梯度大. 但動壓變化不大 ,主要受靜壓支配內(nèi)外旋流的整個(gè)流場 ,從旋渦邊緣至軸心 ,壓力是遞減的 ,旋渦中心壓力比邊界處低 ,比旋渦周邊外圍更低.指向軸心的壓力梯度和強(qiáng)烈的吸卷作用 ,煙氣中未被分離的水滴、水蒸氣和少量塵埃等液、固相稍重組分 ,均被吸卷在中軸低壓區(qū) ,隨上升熱煙氣排入大氣 ,完成其除濕功能. 現(xiàn)場觀察 ,可以看到“白煙”大量排出 ,即是煙氣中的水蒸氣排入大氣的表觀現(xiàn)象.; 2. 3　實(shí)際流動特點(diǎn); 以上分析 ,是基于煙氣進(jìn)入煙囪后按照理想的內(nèi)外旋渦流動 ,而實(shí)際的流動可能會有些不同.煙氣切向進(jìn)入煙囪 ,一是會向下流動 ,由于煙氣是粘性的 ,在外旋氣流的帶動下 ,煙囪底部的氣流會跟著旋轉(zhuǎn);二是因?yàn)闊煔庥幸欢ǖ臏囟?nbsp;,因此會邊上升邊旋轉(zhuǎn).整個(gè)流場流動會比較復(fù)雜. 所以,有可能不會形成明顯的內(nèi)外旋渦流動.但基本的壓力分布曲線 ,應(yīng)該和圖 3的壓力分布類似. 作者目前正進(jìn)行此方面的理論和實(shí)驗(yàn)研究 ,摸清流場的流動特點(diǎn)將對FFYC的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù). 3　煙氣旋渦中的粒子分離; 外旋渦內(nèi)的塵粒在徑向受到離心力 Fli 和向心氣流對塵粒作用力 F,分別為 width=300 border=0> 
dp 為粒子半徑; μ為煙氣的粘度;ρp 為粒子密度;un , ut 為半徑 R處的徑向和切向速度.; 當(dāng)離心力 Fli大于氣流對塵粒作用力 F時(shí),塵粒會被甩掉.實(shí)際煙囪運(yùn)行時(shí),我們希望液滴、霧等酸性組分不要被甩向內(nèi)筒壁面,否則就會形成腐蝕.固體粒子因?yàn)槊芏取⒘奖人?、水蒸氣大很?因此會首先被捕集,所以進(jìn)口煙氣速度、旋轉(zhuǎn)半徑是離心力大小的控制因素,因而是影響捕集的重要參數(shù),具體設(shè)計(jì)時(shí)還與煙氣流量 Q及其它結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān).只有所有參數(shù)合理匹配 ,才會收到預(yù)期效果 ,完成除濕、除塵功能.如果選擇不當(dāng) ,就有可能固體粒子和水滴同時(shí)都具備相當(dāng)?shù)牟都赡?nbsp;,水滴聚集于洞壁 ,造成腐蝕.; 4　壓力損失和減阻措施; 根據(jù)目前的分析和研究來看 ,作者認(rèn)為 , FFYC的壓力損失有入口損失、摩擦損失 (包括與壁面摩擦損失和內(nèi)外旋渦氣流速度梯度變化造成的內(nèi)摩擦損失 )、本體內(nèi)動能損失、局部阻力損失、出口損失 5部分.根據(jù)實(shí)際運(yùn)行來看 , FFYC總的能量損失比傳統(tǒng)的煙囪要少 10%左右 ,顯然有更好的減阻效果.從旋渦流動的特點(diǎn)分析 ,氣流進(jìn)入煙囪后流動路徑變長 ,摩擦損失比原來的要大.但是摩擦損失占總壓力損失的比例較低,影響不大. 而入口損失、局部阻力損失和動能損失因?yàn)樾郎u流動的特點(diǎn)均減少 ,所以總的能量損失比原來少.為了進(jìn)一步減小阻力 ,減少能量損失 ,節(jié)約能源和減少運(yùn)行成本 ,可以采取相應(yīng)的減阻措施.如入口
損失中 ,一部分流體在切向進(jìn)氣后旋轉(zhuǎn)一周會斜向吹到剛從入口進(jìn)來的氣體上 ,導(dǎo)致入口進(jìn)氣偏向筒壁而產(chǎn)生壓縮現(xiàn)象 ,壓縮現(xiàn)象使壁面處流速增大 ,壁面摩擦力增大 ,導(dǎo)致壓力損失增大.為了抑制壓縮現(xiàn)象 ,可以加導(dǎo)向板[4] ,導(dǎo)向板的現(xiàn)狀、大小 ,尤其是高度對效率和阻力有較大影響.另外對于壁面摩擦損失 ,選擇適當(dāng)?shù)膩韽?fù)導(dǎo)流線也很重要 ,來復(fù)線的截面形狀、尺寸、螺距等對壁面摩擦損失都有很大影響. 5　結(jié)論; 1) 在旋渦流動作用下 ,較大塵粒由于直徑大 ,密度高, 受到離心力大, 被甩向煙囪內(nèi)筒壁 ,塵粒一旦與煙囪內(nèi)筒壁接觸 ,便會失去慣性力在重力作用下沿壁面下沉, 完成其除塵功能; 2) 由于旋渦中心的負(fù)壓吸引 ,中心區(qū)的流體不能向外擴(kuò)散 ,形成類似于旋風(fēng)分離器的旋風(fēng)抽吸流場 .未被除盡的輕質(zhì)塵粒、煙氣中的水滴、霧等吸卷至中軸區(qū)域 ,將隨煙氣排到高空中 ,不會腐蝕洞壁 ,完成除濕功能. 3) 濕法脫硫后的煙氣溫度較低 ,為防止煙氣中水蒸氣結(jié)露和提高煙氣的提升高度 , FGD中設(shè)置后加熱器 GGH,將煙溫提高到 80℃.實(shí)測和設(shè)備運(yùn)行發(fā)現(xiàn) ,80℃尚不足以防止結(jié)露 ,大多數(shù)情況露點(diǎn)會更高 ,特別在冬季環(huán)境溫度低時(shí) ,結(jié)露屢有發(fā)生 ,GGH的初衷并不能保證. 采用旋渦控制的排煙技術(shù) ,已從根本上防止結(jié)露在洞壁內(nèi)發(fā)生,故GGH可以取消 ,從而節(jié)省大筆投資.此外 ,旋渦流動將在更高的高度耗散 ,排出煙囪以后 ,還會繼續(xù)發(fā)生作用 ,G煙氣的上升高度也有提高.; 采用切向進(jìn)氣 ,利用煙氣自身形成的旋渦完成除濕、除塵、隔離有害氣體、保護(hù)煙囪內(nèi)筒壁面等功能 ,是新型高效防腐煙囪具有很高的經(jīng)濟(jì)和社會效益的技術(shù)基礎(chǔ).這種旋渦控制的排煙技術(shù) ,也是流體力學(xué)應(yīng)用研究 ,特別是流體旋渦控制技術(shù)在工程界應(yīng)用十分成功的典型.