（化工過程機(jī)械專業(yè)論文）scr脫硝反應(yīng)器入口煙道流場模擬研究.pdf

c l a s s i f i e di n d e x x7 01 at h e s i ss u b m i t t e dt o t h ef a c u l t yo fg r a d u a t eo fs h a n d o n gu n i v e r s i t y f o rt h ed e g r e eo fm a s t e ro fe n g i n e e r i n g n u m e r i c a ls i m u l a t i o nr e s e a r c ho nt h ef l o wf i e l do ft h e e n t r a n c ef l u eo fs c rd e n o xr e a c t o r c a n d i d a t e w a n gw e i s p e c i a l t y c h e m i c a lp r o c e s sm a c h i n e r y s u p e r v i s o r p r o l z h o us h e n j i e s h a n d o n gu n i v e r s i t y j i n a n p r c h i n a a p r i l 2 0 1 0 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明 所呈交的學(xué)位論文 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下 獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果 除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外 本 論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的科研成果 對(duì)本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體 均已在文中以明確方 式標(biāo)明 本人完全意識(shí)到本聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān) 論文作者簽名 五彰 日 期 丕竺包 7 至2 關(guān)于學(xué)位論文使用授權(quán)的聲明 本人完全了解山東大學(xué)有關(guān)保留 使用學(xué)位論文的規(guī)定 同意學(xué) 校保留或向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版 允許論 文被查閱和借閱 本人授權(quán)山東大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分 內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索 可以采用影印 縮印或其他復(fù)制手段 保存論文和匯編本學(xué)位論文 保密論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定 論文作者簽名 導(dǎo)師簽名 觸期 齜 目錄 目錄 摘要 i a b s t r a c t i i i 符號(hào)說明 v 第1 章緒論 1 1 1 研究背景及意義 1 1 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 1 2 1s c r 脫硝技術(shù)綜述 2 1 2 2 數(shù)值模擬在s c r 中的應(yīng)用 5 1 3 主要研究內(nèi)容 8 第2 章s c r 脫硝反應(yīng)器流場的數(shù)值模擬方法 一1 1 2 1 引 言 1 1 2 2 流場的數(shù)值分析方法 1 1 2 3s c r 脫硝反應(yīng)器模型 1 4 2 4c f d 模擬方法 1 7 2 4 1c f d 數(shù)值模擬方法的選擇 1 7 2 4 2 流場數(shù)值模擬的求解過程 1 7 2 5 本章小結(jié) 2 0 第3 章s c r 脫硝反應(yīng)器入口煙道流場分析 2 3 3 1 引 言 2 3 3 2 導(dǎo)流板數(shù)量對(duì)入口煙道流場的影響 2 3 3 3 噴射管道對(duì)入口煙道流場的影響 3 4 3 4 本章小結(jié) 4 2 第4 章s c r 脫硝系統(tǒng)混合的數(shù)值模擬 4 5 4 1 引 言 4 5 4 2 數(shù)值模擬求解 4 6 山東人學(xué)碩十學(xué)位論文 4 3 模擬結(jié)果分析 一4 8 4 4 本章小結(jié) 5 l 總結(jié)與展望 5 3 參考文獻(xiàn) 5 5 致謝 6 l 1 2r e s e a r c hs t a t u s 2 1 2 1r e v i e wo fs c rd e n o x 2 1 2 2n u m e r i c a ls i m u l a t i o ni ns c r 5 1 3t h em a i nr e s e a r c hc o n t e n t s 8 c h a p t e r2n u m e r i c a ls i m u l a t i o ni ns c r d e n o xr e a c t o r 11 2 1i n t r o d u c t i o n 11 2 2n u m e r i c a la n a l y s i sp r i n c i p l e 11 2 3t h em o d e lo fs c rd e n o xr e a c t o r 1 4 2 4t h em e t h o do fc f ds i m u l a t i o n 17 2 4 1t h ec h o i c eo fc f ds i m u l a t i o n 17 2 4 2t h es o l u t i o np r o c e s so f n u m e r i c a ls i m u l a t i o n 1 7 2 5c o n l u s i o n 2 0 c h a p t e r3n u m e r i c a ls i m u l a t i o nr e s u l t si nt h ee n t r a n c ef l u eo fs c r d e n o x r e a c t o r 2 3 3 1i n t r o d u c t i o n 2 3 3 2t h ei n f l u e n c eo ft h en u m b e ro fg u i d ev a n e st ot h ef l o wf i e l do fe n t r a n c ef l u e o fs c rr e a c t o r 2 3 3 3t h ei n f l u e n c eo fi n je c t i o ng r i dt ot h ef l o wf i e l do fe n t r a n c ef l u eo fs c r r e a c t o r 3 4 3 4c o n l u s i o n 4 2 c h a p t e r 4n u m e r i c a ls i m u l a t i o no ff l u eg a sm i x e dw i t ht h er e d u c t a n ti nt h e 1 1 1 山東大學(xué)碩十學(xué)位論文 s c rd e n o x s y s t e m 4 5 4 1i n t r o d u c t i o n 4 5 4 2n u m e r i c a ls i m u l a t i o n 4 6 4 3a n a l y s i so fs i m u l a t i o nr e s u l t s 4 8 4 4c o n l u s i o n 5 1 s u m m a r ya n do u t l o o k 5 3 r e f e r e n c e s 5 5 a c k n o w l e d g e 6 1 i i v 摘要 摘要 隨著我國對(duì)氮氧化物 n o 排放標(biāo)準(zhǔn)的提高 以燃煤為主的火電廠如何減少 氮氧化物的排放越來越受到重視 在眾多的脫硝方法中 選擇性催化還原 s c r 煙氣脫硝技術(shù)具有脫硝效率高 運(yùn)行可靠 無副產(chǎn)物 裝置結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn) 在世界上得到了廣泛的應(yīng)用 近年來 對(duì)s c r 脫硝技術(shù)的研究主要集中在脫硝 反應(yīng)器流場優(yōu)化和催化劑的研發(fā)上 如何提高脫硝效率 延長催化劑的壽命等 相關(guān)問題是研究的熱點(diǎn) 隨著計(jì)算流體力學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展 利用高效 便捷的計(jì)算流體力學(xué)軟件對(duì)s c r 脫硝系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值模擬仿真 可以為脫硝反應(yīng) 器煙道 導(dǎo)流板及噴射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供重要參數(shù) 本文以某電廠6 0 0m w 機(jī)組所配置的s c r 煙氣脫硝裝置為研究對(duì)象 利用 f l u e n t 流體力學(xué)數(shù)值計(jì)算軟件 對(duì)s c r 反應(yīng)器入口煙道流場進(jìn)行了數(shù)值仿真 計(jì)算 主要研究內(nèi)容如下 通過對(duì)s c r 反應(yīng)器入口煙道流場的數(shù)值模擬 分析 了不同數(shù)量的導(dǎo)流板時(shí)入口煙道流場分布 結(jié)果表明隨著導(dǎo)流板數(shù)量的增加 入口煙道流場變得更均勻 但導(dǎo)流板數(shù)量的增加給s c r 反應(yīng)器帶來更大的壓降 當(dāng)導(dǎo)流板的分布到一定程度后 導(dǎo)流板數(shù)量的增加對(duì)入口煙道流場的改善變得 非常微弱 通過分析噴射格柵對(duì)入口煙道流場的影響 結(jié)果表明構(gòu)成噴射格柵 的管路對(duì)煙道流場有改善作用 且雙層管路排布的噴射格柵比單層管路的作用 更好 通過對(duì)入口煙道內(nèi)煙氣與還原劑混合的數(shù)值模擬 結(jié)果表明通過對(duì)噴嘴 分區(qū)并設(shè)定不同的噴射速度 可以很好的改善煙氣與還原劑的混合 且單層管 路的噴射格柵比雙層管路更有利于煙氣與還原劑的分布 關(guān)鍵詞煙氣脫硝 s c r 入口煙道 流場 數(shù)值模擬 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t hn i t r o g e no x i d e s n o x e m i s s i o ns t a n d a r d st ob em o r es t r i n g e n t i ta t t r a c t s m o r ea n dm o r ea t t e n t i o nt or e d u c en i t r o g e no x i d e sf r o mc o a l f i r e dp o w e rp l a n t s t h e s e l e c t i v ec a t a l y t i cr e d u c t i o n s c r t e c h n o l o g yf o rf l u eg a sh a sb e e nu s e dw i d e l yi n p o w e rp l a n t sa l lo v e rt h ew o r l d w h i c hh a st h ea d v a n t a g eo f t h eh i g hd e n i t r a t i o n e f f i c i e n c y r e l i a b i l i t ys e r v i c e n ob y p r o d u c t s s i m p l ed e v i c e a n d s oo n i nr e c e n t y e a r s t h er e s e a r c ho ns c rd e n o xt e c h n o l o g ym a i n l yf o c u s e so nt h eo p t i m i z a t i o no f f l o wf i e l do fs c ra n dt h ep r e p a r a t i o no fc a t a l y s t r e s e a r c hf o c u si sh o wt oi m p r o v e d e n i t r a t i o ne f f i c i e n c y e x t e n dt h e l i f eo ft h ec a t a l y s t a n ds oo n w i t ht h e d e v e l o p m e n to fc o m p u t a t i o n a lf u i dd y n a m i c sa n dc o m p u t e rt e c h n o l o g y w ec a n s i m u l a t es c rd e n o xs y s t e mu s i n go fe f f i c i e n t c o n v e n i e n tc o m p u t a t i o n a l f l u i d d y n a m i c ss o f t w a r e t h er e s u l t sc a np r o v i d ei m p o r t a n tp a r a m e t e r sf o rt h ed e s i g na n d i m p r o v e m e n to ff l u e g u i d ev a n e sa n dt h ei n j e c t i o ns y s t e m u s i n gc o m p u t a t i o n a lf l u i dd y n a m i c ss o f t w a r ef l u e n t t h ef l o wf i e l d o ft h e e n t r a n c ef l u eo fs c ri na6 0 0 m wp o w e rp l a n tu n i ti ss i m u l a t e di nt h i sp a p e r t h e m a i nr e s e a r c hc o n t e n t sa n dr e s u l t sa r ea sf o l l o w s t h ef l o wf i e l do ft h ee n t r a n c ef l u e o fs c ri ss i m u l a t e dw h e nt h en u m b e ro fg u i d ev a n e si sd i f f e r e n t t h er e s u l t ss h o w t h a tw i t ht h ei n c r e a s eo ft h en u m b e ro fg u i d ev a n e s t h ef l o wf i e l do ff l u eb e c o m e s m o r eu n i f o r ma n dt h ep r e s s u r ed r o pi sg r e a t e r m e a n t i m e t h ee f f e c to fg u i d ev a n e s b e c o m e sw e a kw h e nt h ed i s t r i b u t i o no fg u i d ev a n e sg e t st oa c e r t a i ne x t e n t t h er o l e o fi n j e c t i o ng r i dt ot h ef l o wf i e l do ff l u ei sa n a l y z e d t h er e s u l t ss h o wt h a ti n j e c t i o n g r i dp i p i n g sc a ni m p r o v e t h ef l o wf i e l do ff l u ea n dt h er o l e o fd o u b l e p i p e a r r a n g e m e n ti sb e t t e rt h a ns i n g l ep i p e l i n e t h em i x i n g o ff l u eg a sa n dr e d u c i n ga g e n t i ne n t r a n c ef l u eo fs c ri sn u m e r i c a ls i m u l a t e d t h er e s u l t ss h o w t h a ti tc a ni m p r o v e t h em i x i n ga n dt h ec o n c e n t r a t i o nd i s t r i b u t i o no ff l u eg a sa n dr e d u c i n ga g e n ti nt h e f l u eb yd i v i d i n gt h en o z z l e sa sd i f f e r e n ta r e a sa n ds e t t i n gd i f f e r e n ti n j e c t i o ns p e e d s m o r e o v e r s i n g l e p i p e l i n ei nt h ei n j e c t i o ng r i di sm o r eb e n e f i c i a lt ot h ed i s t r i b u t i o n o ff l u eg a sa n dr e d u c i n ga g e n tt h a nd o u b l e p i p e l i n e s 1 1 k e yw o r d s f l u eg a sd e n i t r a t i o n s c r e n t r a n c ef l u e f l o wf i e l d n u m e r i c a l s i m u l a t i o n i v 符號(hào)說明 曼曼鼉曼 皇鼉i mi i i m 鼉烹 曼 皇苧 皇皇 詈詈詈皇 皇詈鼉鼉皇鼉皇皇 皇 鼉曼 鼉皇曼曼 符號(hào)說明 r 雷諾數(shù) 沿x 軸方向的流動(dòng)速度 m s y 沿y 軸方向的流動(dòng)速度 m s w 沿z 軸方向的流動(dòng)速度 m s d 當(dāng)量直徑 m q 氣體流量 m h 丁 氣體溫度 p 密度 k m 3 動(dòng)力粘度 p a s g 重力加速度 m s 2 t 時(shí)f 8 j s 矽 通用變量 f 粘性應(yīng)力 p a c 比熱容 j k g k s 廣義源項(xiàng) r 擴(kuò)散系數(shù) k 湍動(dòng)能 s 湍動(dòng)能耗散率 v 1 1 研究背景及意義 第1 章緒論 我國是能源消費(fèi)大國 多年以來煤炭在我國的能源結(jié)構(gòu)中所占比重約為 7 0 近幾十年來我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速 對(duì)能源 特別是電力 的需求旺盛 以燃 煤為主的火電發(fā)展很快 火電裝機(jī)容量占總?cè)萘康谋壤s為7 5 火電發(fā)電量 占總發(fā)電量的8 0 以上 火電廠排放的煙氣中含有粉塵 二氧化硫 s 0 2 和氮 氧化物 n o 等大氣污染物 這給我國的環(huán)境治理帶來了巨大的壓力 根據(jù)中國 環(huán)境監(jiān)測總站提供的數(shù)據(jù) 我國2 0 0 7 年的n o 排放量為1 6 4 3 4 力 噸 其中電 力行業(yè)占排放總量的4 5 5 1 2 3 隨著我國火電裝機(jī)容量的不斷增長 火電行業(yè) 排放的n o 量呈快速增長的趨勢(shì) 如不加以有效控制 將會(huì)給我國的生態(tài)環(huán)境 帶來嚴(yán)重的危害 氮氧化物的危害主要包括 n o 在強(qiáng)光下與碳?xì)浠衔镄纬捎写碳ば?腐 蝕性的光化學(xué)煙霧 降低空氣的能見度 同時(shí)可傷害人的眼睛并導(dǎo)致呼吸系統(tǒng) 疾病 而且煙霧中還含有致癌物質(zhì) n o 易與血液中血色素結(jié)合 使血液缺氧 引起中樞神經(jīng)麻痹癥 同時(shí)對(duì)人體的心臟 肝臟 腎臟和造血組織等都有損害 n o 能破壞臭氧層 使之失去了對(duì)紫外光輻射的屏蔽作用 并影響人的免疫系 統(tǒng) n o 可導(dǎo)致酸雨的形成 破壞農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生念環(huán)境 4 刊 為保護(hù)生態(tài)環(huán)境 減少n o 的排放 各國政府紛紛制定了相應(yīng)的減排法規(guī) 和標(biāo)準(zhǔn) 日本和歐美等發(fā)達(dá)國家走在世界的前列 2 0 0 3 年我國國家環(huán)?？偩诸C 布了新修訂的火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn) g b l 3 2 3 3 2 0 0 3 對(duì)火電廠n o 的排 放做出了明確的限制 7 12 1 目前 控制燃燒產(chǎn)生的n o x 的方法主要有燃燒前脫 硝 燃燒中脫硝和燃燒后脫硝三類 1 3 1 4 在眾多脫硝技術(shù)中 由于選擇性催化 還原法 s e l e c t i v ec a t a l y t i cr e d u c t i o n 簡稱s c r 具有沒有副產(chǎn)物 不形成二次 污染 裝置結(jié)構(gòu)簡單 運(yùn)行可靠 便于維護(hù)且脫硝效率高等諸多優(yōu)點(diǎn) 得到了 廣泛的商業(yè)應(yīng)用 是目前國際上應(yīng)用最廣泛的煙氣脫硝技術(shù) 1 5 17 1 目前 國內(nèi) 部分火電廠已經(jīng)安裝s c r 脫硝系統(tǒng) 一些院校及科研院所也在積極的進(jìn)行s c r 脫硝技術(shù)的研究 并取得了一定的成果 1 4 1 8 這為s c r 脫硝技術(shù)的推廣應(yīng)用打 山東人學(xué)碩十學(xué)位論文 下了基礎(chǔ) 選擇性催化還原脫硝技術(shù)工藝已經(jīng)比較成熟 并且該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了廣泛的商 業(yè)化應(yīng)用 許多大公司和科研院所都致力于這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展和推廣應(yīng)用 s c r 脫硝技術(shù)的早期基礎(chǔ)研究主要集中在反應(yīng)機(jī)理上 后來隨著對(duì)反應(yīng)機(jī)理的研究 深入及計(jì)算流體力學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展 數(shù)值模擬技術(shù)得到廣泛應(yīng)用 如今 計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)已經(jīng)是國內(nèi)外能源領(lǐng)域眾多研究者普遍采用的手段 模 擬的方向也趨向于實(shí)用性 作為一種更加直接有效 經(jīng)濟(jì)節(jié)約 方便快捷的開 發(fā)方式 計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)很快在煙氣脫硝設(shè)備的設(shè)計(jì)和優(yōu)化方面得到應(yīng)用 隨 著計(jì)算流體力學(xué) c o m p u t a t i o n a lf l u i dd y n a m i c s 簡稱c f d 及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā) 展 使得對(duì)于復(fù)雜的流動(dòng) 換熱 混合及化學(xué)反應(yīng)的數(shù)值預(yù)測成為可能 在實(shí) 際的大型電站鍋爐中 s c r 煙氣脫硝過程非常復(fù)雜 通過計(jì)算流體力學(xué)軟件我 們可以對(duì)s c r 脫硝反應(yīng)器及其相關(guān)的煙道系統(tǒng)的流體流動(dòng) 傳熱傳質(zhì) 多組分 輸運(yùn) 化學(xué)反應(yīng)等過程進(jìn)行預(yù)測 這將有助于設(shè)計(jì)更為合理高效的s c r 煙氣脫 硝系統(tǒng) 并為系統(tǒng)調(diào)節(jié)建立理論依據(jù) 降低工程風(fēng)險(xiǎn) 通過計(jì)算流體力學(xué)軟件 我們可以模擬分析s c r 脫硝系統(tǒng)內(nèi)部煙氣流動(dòng)特 性及煙氣與還原劑的混合和化學(xué)反應(yīng)特性 這為s c r 脫硝工藝的制定及s c r 脫硝設(shè)備的設(shè)計(jì)提供一定的參考依據(jù) 對(duì)實(shí)現(xiàn)s c r 煙氣脫硝技術(shù)及設(shè)備的國產(chǎn) 化具有積極意義 本文通過對(duì)s c r 脫硝反應(yīng)器入口煙道流場的數(shù)值模擬 分析 入口煙道中導(dǎo)流板的數(shù)量和噴射格柵管路對(duì)入口煙道流場的影響 同時(shí)還比較 分析了噴嘴在不同噴射速度分布時(shí)和不同管路排布的噴射格柵時(shí) 煙氣與還原 劑的混合情況 為s c r 脫硝反應(yīng)器煙道的設(shè)計(jì) 流場優(yōu)化及噴射格柵的設(shè)計(jì)提 供一定的參考依據(jù) 1 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 2 1s c r 脫硝技術(shù)綜述 s c r 煙氣脫硝技術(shù)最早是在2 0 世紀(jì)5 0 年代由美國人首先提出來的 并由 美國e e g e l h a r d 公司于1 9 5 9 年申請(qǐng)了該技術(shù)的發(fā)明專利 在2 0 世紀(jì)7 0 年代由 日本率先對(duì)其實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用 1 4 1 目前這一技術(shù)在發(fā)達(dá)國家已經(jīng)得到了比較 2 有污染的物質(zhì)的方法 其中 選擇性是指還原劑 一般為n h 3 只與n o 進(jìn)行還 原反應(yīng) 催化的作用是降低分解反應(yīng)的活化能 使其反應(yīng)溫度降低至1 5 0 4 5 0 之問 1 9 2 5 1 s c r 脫硝系統(tǒng)中 還原劑n h 3 與煙氣均勻混合后一起通過一個(gè)由催 化劑 如v 2 0 5 t i 0 2 填充的脫硝反應(yīng)器 反應(yīng)器中的催化劑分上下多層 一般為 3 4 層 有序放置 在催化劑作用下 n o 與n h 3 發(fā)生還原反應(yīng) 生成n 2 和h 2 0 經(jīng)過最后一層催化劑后 使得煙氣中的n o 含量在排放限值以下 其原理圖如 圖1 1 19 1 其主要的化學(xué)反應(yīng)如下 4 n h 3 4 n o 0 2 4 n 2 6 h 2 0 1 1 2 n h 3 n o n 0 2 2 n 2 3 h 2 0 1 2 8 n h 3 6 n 0 2 7 n 2 1 2 h z o 1 3 其中 反應(yīng) 1 是主反應(yīng) 因?yàn)闊煔庵械拇蟛糠謓 o 大多是以n o 的形式存在的 煙 氣 n h 3 催化劑 i 呻n h 3蕊 一1 1 2 0 猙 j 卜n o 一n o n 2 化 1 hn h h 2 0后 7 n o n o n 2 煙 潦啼n h h 2 0 氣 圖l 1s c r 技術(shù)還原n o 的原理圖 s c r 脫硝系統(tǒng)主要由裝有催化劑的反應(yīng)器 氨儲(chǔ)存罐 氨 空氣混合器 氨 噴射器 a m m o n i ai n j e c t i o ng r i d 以下簡稱a i g 省煤器旁路等組成 s c r 脫 硝系統(tǒng)在電廠中一般安裝在省煤器與空氣預(yù)熱器之間 處于高灰 熱煙氣一側(cè) 這樣布置雖然會(huì)影響催化劑的壽命 但是煙氣溫度滿足催化還原反應(yīng)要求 避 免對(duì)煙氣再加熱而降低整個(gè)系統(tǒng)的熱效率 脫硝系統(tǒng)的工藝流程圖見圖1 2 2 6 1 s c r 脫硝工藝的核心裝置是反應(yīng)器 在反應(yīng)器的入口煙道中 有導(dǎo)流板 多孔 板 分離器及噴射格柵等輔助裝置 如圖1 3 所示 1 9 s c r 反應(yīng)器中的煙氣溫 度可通過調(diào)節(jié)經(jīng)過省煤器的煙氣和與通過旁路煙氣的比例來控制 氨噴射器的 安裝位置在s c r 反應(yīng)器的上部以保證噴入的氨與煙氣充分混合 3 山爾人學(xué)碩 學(xué)位論文 鋌噴 甜擐 圖l 2s c r r 藝系統(tǒng)流稃圖 目前 選擇性催化還原脫硝技術(shù)已經(jīng)在許多國家的火電廠中得到廣泛應(yīng)用 到2 0 0 4 年為止 世界范圍內(nèi)應(yīng)用s c r 煙氣脫硝技術(shù)的電站燃煤鍋爐容量超過 1 7 8 1g w 其中日本安裝有s c r 裝置的機(jī)組容量約有2 3 1g w 歐洲安裝有 s c r 裝置的機(jī)組容量約有5 5g w 美國安裝有s c r 裝置的機(jī)組容量約有1 0 0 g w 3 0 j 我國最早是在臺(tái)灣臺(tái)中電廠4 5 5 0m w 機(jī)組安裝的s c r 脫硝裝置 大陸最早是福建后石電廠6x6 0 0m w 機(jī)組的s c r 脫硝裝置 3 0 3 2 1 近幾年 隨 著國家對(duì)n o x 排放標(biāo)準(zhǔn)不斷提高 煙氣脫硝產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速 國內(nèi)一些實(shí)力較強(qiáng) 的環(huán)保公司和科研院所采用技術(shù)引進(jìn)或者合資的方式與國外大的環(huán)?？萍脊?廣泛開展合作 5 為我國煙氣脫硝技術(shù)的開發(fā)及推廣打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) 在s c r 脫硝技術(shù)中 影響n h 脫除效率的因素很多 主要有反應(yīng)溫度 反 應(yīng)接觸時(shí)間 催化劑的選擇 n h 3 n h 摩爾比 氨泄漏等 2 7 2 9 1 此外 煙氣與 還原劑的混合程度及反應(yīng)器煙道流場分布的均勻性也是影響脫硝效率的重要因 素 因此 對(duì)s c r 反應(yīng)器流場分布狀況進(jìn)行研究 優(yōu)化流場分布并尋求合理的 導(dǎo)流布置方案 有利于提高s c r 脫硝系統(tǒng)的脫硝性能 4 圖1 3s c r 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖 1 2 2 數(shù)值模擬在s c r 中的應(yīng)用 采用數(shù)值模擬方法研究s c r 法煙氣脫硝系統(tǒng)內(nèi)流場分布及煙氣與還原劑的 混合情況 分析氣流調(diào)節(jié)裝置對(duì)流場及混合器對(duì)煙氣與還原劑的混合均勻程度 的影響 實(shí)現(xiàn)氣流流態(tài)的可控化 使煙氣與還原劑的混合達(dá)到要求的均勻程度 為導(dǎo)流板 混合器的設(shè)計(jì)及合理配置等提供重要參考依據(jù) 隨著各種數(shù)值計(jì)算 方法和計(jì)算軟件的不斷完善 計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性不斷提高 數(shù)值模擬方法會(huì)受 到越來越廣泛的應(yīng)用 借助于數(shù)值模擬對(duì)s c r 脫硝反應(yīng)器及其煙道進(jìn)行流場計(jì)算 使n h 3 與n o 達(dá)到最佳湍流混合 確保煙氣速度分布 煙氣溫度分布及還原劑濃度分布最佳 壓力降低最小 實(shí)現(xiàn)s c r 脫硝系統(tǒng)的預(yù)期性能目標(biāo) 這成為s c r 工程設(shè)計(jì)的一 項(xiàng)重要內(nèi)容 經(jīng)過多年的s c r 系統(tǒng)運(yùn)行及多個(gè)s c r 系統(tǒng)的數(shù)值模擬 國外已經(jīng) 積累了大量的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù) 形成一個(gè)比較完整的數(shù)據(jù)庫 可以用來判斷 比較 和預(yù)測s c r 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣 3 3 1 我國在煙氣脫硝技術(shù)研究方面起步較晚且經(jīng)驗(yàn) 5 山東人學(xué)碩十學(xué)何論文 較少 與國際水平相比還有著較大的差距 數(shù)值模擬在s c r 脫硝系統(tǒng)中的應(yīng)用 主要包括 1 煙道流場的數(shù)值模擬 合理均勻分布的s c r 反應(yīng)器煙道流場對(duì)于減小脫硝系統(tǒng)造成的阻力 防止 煙道積灰 催化劑層阻塞 降低高溫高速煙氣對(duì)反應(yīng)器的沖擊等有十分重要的 作用 通過對(duì)s c r 反應(yīng)器煙道流場的數(shù)值模擬 可以很清晰的反映出煙氣在反 應(yīng)器煙道內(nèi)的分布 為流場的優(yōu)化及煙道結(jié)構(gòu)的改進(jìn)提供指導(dǎo)依據(jù) 根據(jù)國外 的經(jīng)驗(yàn) 在進(jìn)行脫硝裝置設(shè)計(jì)的時(shí)候 都有必要采用數(shù)值模擬方法對(duì)脫硝反應(yīng) 器煙道進(jìn)行流場分析 為煙道形狀及其內(nèi)部導(dǎo)流組件的合理設(shè)計(jì)提供依據(jù) 對(duì)s c r 反應(yīng)器煙道流場的數(shù)值模擬研究中 導(dǎo)流板的設(shè)計(jì) 靠置 煙道結(jié) 構(gòu)優(yōu)化是一個(gè)重要的內(nèi)容 蔡小峰等模擬研究了s c r 脫硝反應(yīng)器入口段煙道流 場 分析比較了空塔下和加置導(dǎo)流板時(shí)煙道流場的分布 得出導(dǎo)流板對(duì)優(yōu)化s c r 脫硝反應(yīng)器煙道流場有重要作用 3 4 沈丹等分析了直板 弧度板和弧度直板三 種不同形式的導(dǎo)流板下反應(yīng)器內(nèi)的流場分布 得出弧度直板為較合理的導(dǎo)流板 形式 為脫硝系統(tǒng)內(nèi)的導(dǎo)流設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供了參考 3 5 1 杜云貴等通過c f d 模擬 分析比較了幾種不同導(dǎo)流裝置布置方案 初步確立了導(dǎo)流板 a i g 及混合器等 的布置方式 通過適當(dāng)調(diào)整導(dǎo)流板的布置 使催化劑層煙氣速度達(dá)到了工程要 求 并進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 從而證明了c f d 模擬對(duì)s c r 系統(tǒng)設(shè)計(jì)有非常有 效的指導(dǎo)作用 3 6 袁景淇等應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)軟件模擬研究了關(guān)鍵導(dǎo)流板對(duì)煙 氣速度分布的影響 確定了其尺寸和安裝位置 為導(dǎo)流板的設(shè)計(jì)和安裝提供了 重要參考 3 除了關(guān)于導(dǎo)流板的研究外 s c r 反應(yīng)器煙道內(nèi)流場的優(yōu)化分析及其他裝置 對(duì)反應(yīng)器流場作用的研究 也是一個(gè)重要方面 m o r i t a 等對(duì)s c r 煙道和反應(yīng)器 中的流型進(jìn)行了計(jì)算 對(duì)反應(yīng)器煙道形狀和導(dǎo)流板位置進(jìn)行優(yōu)化 為煙道設(shè)計(jì) 和導(dǎo)流板的布置提供了重要參考 3 s 周麗麗等通過c f d 方法對(duì)s c r 預(yù)分布器 系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)值模擬 分析了均流裝置對(duì)s c r 反應(yīng)器速度場的影響 并與俞逾 等 3 9 的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比 結(jié)果表明噴射格柵的結(jié)構(gòu)與催化劑層入口截面的 濃度場分布密切相關(guān) 4 0 隋莉莉等應(yīng)用計(jì)算流體仿真軟件f l u e n t 對(duì)s c r 脫 硝系統(tǒng)中煙氣與氨氣的流場分布進(jìn)行了仿真 分析了格柵型混合器對(duì)流場速度 分布的作用 結(jié)果表明格柵型混合器改善了氣體的混合均勻程度且壓力損失較 6 笫1 章緒論 小 4 1 徐芙蓉等通過冷態(tài)模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法 對(duì)脫硝裝置煙道 中的整流裝置 均流格柵及導(dǎo)流板等裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)研究 4 2 呂同波等利用 f l u e n t 軟件數(shù)值模擬研究了s c r 法煙氣脫硝裝置的流動(dòng)特性 分析了導(dǎo)流裝 置和噴射格柵對(duì)系統(tǒng)阻力的影響 結(jié)果表明導(dǎo)流板可有效降低流場阻力 整流 格柵對(duì)系統(tǒng)造成的阻力不大 4 3 1 2 1 煙氣與還原劑混合的數(shù)值模擬 在s c r 脫硝技術(shù)中 煙氣與還原劑的混合程度直接關(guān)系到脫硝系統(tǒng)的脫硝 效率 氨泄漏量等 通過數(shù)值模擬方法對(duì)s c r 反應(yīng)器內(nèi)煙氣與還原劑混合進(jìn)行 研究 調(diào)整優(yōu)化噴射格柵中噴嘴的開孔形狀和排布 可以很好的改善兩者混合 對(duì)煙氣與還原劑混合的研究主要是圍繞如何增進(jìn)兩者混合進(jìn)行的 a d a m s 等應(yīng)用c f d 軟件對(duì)s c r 反應(yīng)器中還原荊的噴入進(jìn)行了模擬 通過調(diào)整噴射速 度使得還原劑在催化劑層入口處的濃度分布達(dá)到了設(shè)計(jì)要求 4 4 賈雙燕應(yīng)用 f l u e n t 軟件研究了s c r 反應(yīng)器內(nèi)煙氣與氨的混合情況 經(jīng)過對(duì)反應(yīng)器幾何模 型的不斷優(yōu)化 使催化劑層入口處的速度分布 氮氧化物濃度分布及氨硝比等 達(dá)到均勻分布 滿足了設(shè)計(jì)要求 但是該結(jié)果并未得到現(xiàn)場或者相關(guān)實(shí)驗(yàn)的驗(yàn) i e t 4 5 1 除對(duì)煙氣與還原劑混合的研究外 噴射格柵作用以及噴射格柵中噴嘴的研 究也是一個(gè)重要方面 n a q v i 等采用數(shù)值模擬的方法研究了s c r 脫硝系統(tǒng)中噴 射格柵和靜態(tài)混合器對(duì)煙道流場分布的作用 4 6 c h o i 等通過模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)合的 方法研究了s c r 反應(yīng)器噴射格柵中的噴嘴開單孔和多孔時(shí)的噴射效果 結(jié)果表 明多孔噴嘴的噴射范圍更廣 更有利于煙氣與還原劑的湍流混合 4 7 俞逾應(yīng)用 f l u e n t 軟件模擬了不同尺寸噴嘴的噴射格柵時(shí)煙氣與還原劑的混和情況 通 過對(duì)結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn) 同一根噴管上噴嘴的噴射速度由近及遠(yuǎn)逐漸增加 而采 用小尺寸的噴嘴可減緩這種變化 i 引 3 催化劑層的數(shù)值模擬 催化劑是s c r 脫硝工藝的核心技術(shù)之一 它的性能優(yōu)劣直接關(guān)系到脫硝效 率的高低 直接關(guān)系到s c r 脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行成本 國外對(duì)s c r 催化劑的研究始 于2 0 世紀(jì)中后期 經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化 而國內(nèi)對(duì)s c r 催化劑 的研究和利用還處于起步階段 核心技術(shù)仍然掌握在國外少數(shù)公司手中 催化 劑壽命有限且價(jià)格較高 因此催化劑的成本問題也是制約s c r 脫硝技術(shù)在我國 7 i i i 東人學(xué)碩十學(xué)位論文 推廣的關(guān)鍵問題之一 開發(fā)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的s c r 脫硝催化劑 對(duì)于打破國 外的技術(shù)壟斷 降低催化劑成本 推進(jìn)s c r 脫硝技術(shù)在我國的推廣應(yīng)用有重大 意義 c h a e 等模擬研究了蜂窩狀v 2 0 5 w 0 3 t i 0 2 催化劑的催化反應(yīng) 模型中充分 考慮了蜂窩狀反應(yīng)器的擴(kuò)散阻力 預(yù)測了蜂窩狀反應(yīng)器的催化劑壁厚和孔結(jié)構(gòu) 等對(duì)n o 脫除活性和n h 3 泄漏的影響 結(jié)果表明擴(kuò)散阻力對(duì)s c r 反應(yīng)器的設(shè)計(jì) 具有重要作用f 4 8 k h o d a y a r i 等對(duì)催化劑的毒物積累進(jìn)行了數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研 究 表明通過改進(jìn)催化劑形態(tài)可以提高催化劑的抗中毒性 4 9 r o d u i t 等采用有 限元法建立了蜂窩狀催化劑的三維模型 從傳質(zhì)平衡方程和濃度平衡方程中計(jì) 算出了外部傳質(zhì)系數(shù) 在考慮附面層影響以及氧化副反應(yīng)的前提下 對(duì)采用蜂 窩狀催化劑的脫硝過程進(jìn)行了三維模型的數(shù)值模擬 結(jié)果表明 n o 脫除效率 和n h 3 泄漏量與催化劑 氨氮比 空速比及氨氮混合度等幾個(gè)因素有關(guān) 5 0 t r o n c o n i 等對(duì)s c r 脫硝反應(yīng)過程中的內(nèi) 外傳質(zhì)過程建立了數(shù)學(xué)模型 結(jié)果表 明當(dāng)催化劑長度小于5c m 時(shí) 軸向擴(kuò)散不可忽略 在相同的測定條件下改變蜂 窩狀催化劑孔的水力半徑 發(fā)現(xiàn)當(dāng)水力半徑增大時(shí)由于邊界層擴(kuò)散阻力的增加 n o 的轉(zhuǎn)化率下降 5 4 1 煙道優(yōu)化設(shè)計(jì) 與s c r 反應(yīng)器相連的煙道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣對(duì)于減小煙氣系統(tǒng)的阻力 降低 系統(tǒng)的磨損 積灰 阻塞等十分重要 根據(jù)國外的經(jīng)驗(yàn) 在進(jìn)行脫硝裝置設(shè)計(jì) 時(shí) 都有必要采用模擬的方法進(jìn)行煙道形狀及其內(nèi)部導(dǎo)流組件的合理設(shè)計(jì) 較 復(fù)雜的煙道結(jié)構(gòu)可以采用c f d 模擬和冷態(tài)模型實(shí)驗(yàn)結(jié)合的方式來進(jìn)行 w i l h i t e 采用c f d 方法模擬研究了s c r 脫硝反應(yīng)器內(nèi)流場分布 并對(duì)s c r 脫硝裝置煙道進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn) 提出煙道在拐角處應(yīng)盡量采用圓弧過渡 5 2 張 彥軍等利用f l u e n t 軟件對(duì)s c r 反應(yīng)器煙氣流場變化進(jìn)行了模擬計(jì)算 經(jīng)過對(duì) 反應(yīng)器模型的調(diào)整優(yōu)化 使煙氣在反應(yīng)器內(nèi)分布均勻 并提出了合理的煙道設(shè) 計(jì)方案 5 3 1 3 主要研究內(nèi)容 目前關(guān)于s c r 脫硝系統(tǒng)數(shù)值模擬方面的研究主要集中在s c r 反應(yīng)器內(nèi)部流 第1 章緒論 場均勻分布優(yōu)化 還原劑噴射系統(tǒng) s c r 反應(yīng)器內(nèi)煙氣與氨氣的混合狀況及s c r 反應(yīng)器內(nèi)催化劑層等幾個(gè)方面 本文應(yīng)用計(jì)算流體軟件f l u e n t 主要針對(duì)s c r 反應(yīng)器入口煙道系統(tǒng)的流場和入口煙道內(nèi)煙氣與還原劑氨氣的混合進(jìn)行數(shù)值模 擬研究 主要內(nèi)容如下 1 1 分析導(dǎo)流板的數(shù)量對(duì)s c r 反應(yīng)器入1 2 1 煙道流場的影響 包括煙道流場速 度的均勻性 給系統(tǒng)帶來的壓降分析等 為s c r 反應(yīng)器煙道流場優(yōu)化提供參考 2 分析s c r 反應(yīng)器入口煙道中噴射格柵對(duì)入口煙道流場的影響 包括對(duì)煙 道流場速度分布的影響 給系統(tǒng)帶來的壓降分析等 3 1 分析不同氨噴速度分布時(shí) 煙氣與還原劑的混合情況 同時(shí)比較單層和 雙層噴管排布的噴射格柵噴射效果及對(duì)煙氣與還原劑混合的影響 為噴射格柵 的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)應(yīng)用提供參考 9 第2 章s c r 脫硝反應(yīng)器流場的數(shù)值模擬方法 2 1 引言 近十幾年來 計(jì)算流體力學(xué)有了很大的發(fā)展 使得對(duì)于復(fù)雜的流動(dòng) 換熱 混合及化學(xué)反應(yīng)的數(shù)值預(yù)測成為可能 國內(nèi)外眾多科研院所和專家學(xué)者都開始 利用流體力學(xué)軟件這一方便的工具對(duì)流體力學(xué)問題進(jìn)行深入的研究 利用計(jì)算 流體力學(xué)軟件 我們可以模擬分析s c r 脫硝系統(tǒng)內(nèi)部煙氣流動(dòng)特性及煙氣與還 原劑的混合和化學(xué)反應(yīng)特性 一方面可以增強(qiáng)我們對(duì)其內(nèi)部反應(yīng)機(jī)理的深入了 解 另一方面可以對(duì)s c r 脫硝設(shè)備進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn) 使反應(yīng)器內(nèi)部流場更均 勻 使煙氣與還原劑的混合更均勻 以提高煙氣脫硝效率 本章主要闡述s c r 脫硝反應(yīng)器流場的數(shù)值分析原理 并結(jié)合計(jì)算軟件f l u e n t 及本文所研究s c r 脫硝機(jī)組 對(duì)s c r 脫硝反應(yīng)器的幾何模型 軟件的設(shè)置方法和步驟進(jìn)行了較詳 細(xì)的說明 2 2 流場的數(shù)值分析方法 流場計(jì)算的基本過程是在空間上用有限體積法或其他類似方法將計(jì)算域 離散成許多小的體積單元 在每個(gè)體積單元上對(duì)離散后的控制方程進(jìn)行求解 因此 流場計(jì)算方法的本質(zhì)就是對(duì)離散后的控制方程組進(jìn)行求解 s c r 脫硝反 應(yīng)器的流場計(jì)算 主要包括控制方程的建立 控制方程的離散以及控制方程的 求解三個(gè)部分 1 1 控制方程 流體流動(dòng)必須要遵守物理守恒定律 基本守恒定律包括質(zhì)量守恒定律 動(dòng) 量守恒定律 能量守恒定律 如果流動(dòng)處于湍流狀態(tài) 還需遵守附加的湍流輸 運(yùn)方程 如果流動(dòng)包含有不同成分的混合或相互作用 還要遵守組分守恒定律 5 4 1 以上這些守恒定律及方程的數(shù)學(xué)描述便是控制方程 在s c r 脫硝反應(yīng)器的 流場計(jì)算中 根據(jù)雷諾數(shù)尺 計(jì)算得流動(dòng)處于湍流狀態(tài) 因此采用標(biāo)準(zhǔn)k 一占模型 模擬反應(yīng)器內(nèi)的流動(dòng)問題 標(biāo)準(zhǔn)k 一占模型控制方程的通用表達(dá)形式為 山東人學(xué)碩十學(xué)位論文 掣 咖婦矽 講時(shí) 刖卻 s 2 1 式中 p 為流體密度 t 為時(shí)間 矽為通用變量 為速度矢量 f 為廣義擴(kuò)散 系數(shù) s 為廣義源項(xiàng) 在直角坐標(biāo)系下 七一占模型的控制方程所對(duì)應(yīng)的矽 r 和 s 各自的表達(dá)式見表2 1 5 5 1 1 2 表2 1 直角坐標(biāo)系下k s 模型的控制方科 第2 章s c r 脫硝反廊器流場的數(shù)值模擬方法 控制方程經(jīng)過適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)處理 化為通用微分方程 通過求解通用微分方 程的數(shù)值解 并寫出求解方程的源程序 這樣就可以求解不同類型的流體流動(dòng) 及傳熱問題 2 控制方程的離散 網(wǎng)格是離散的基礎(chǔ) 網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)是離散化的物理量的存儲(chǔ)位置 網(wǎng)格在離散 過程中起著關(guān)鍵作用 網(wǎng)格的形式和密度等 對(duì)數(shù)值計(jì)算結(jié)果有著重要的影響 本文研究的s c r 脫硝反應(yīng)器模型為三維模型 在三維問題中 網(wǎng)格單元有四面 體 六面體 棱錐體和楔形體等 在對(duì)控制方程進(jìn)行離散時(shí) 常用的方法有有限差分法 有限元法和有限體 積法等 其中有限體積法是目前c f d 領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的一種離散化方法 也是本 文在對(duì)控制方程離散時(shí)采用的方法 其基本思想是 將計(jì)算區(qū)域劃分為網(wǎng)格 并使每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)周圍有一個(gè)互不重復(fù)的控制體積 將要求解的控制方程對(duì)每一 個(gè)控制體積積分 從而得出一組離散方程 有限體積法的特點(diǎn)是計(jì)算效率高 使用有限體積法建立離散方程時(shí) 很重要的一步是將控制體積界面上的物 理量及其導(dǎo)數(shù)通過節(jié)點(diǎn)物理量插值求出 不同的插值方式對(duì)應(yīng)于不同的離散結(jié) 果 這種插值方式稱為離散格式 有限體積法常用的離散格式有中心差分格式 一階迎j x l 格式 混合格式 指數(shù)格式 乘方格式 二階迎風(fēng)格式及q u i c k 格式 等 這幾種常見離散格式的性能對(duì)比見表2 2 5 5 1 本文對(duì)控制方程的離散格式采 用一階迎風(fēng)格式 3 控制方程的求解 流場計(jì)算方法的本質(zhì)就是對(duì)離散后的控制方程組進(jìn)行求解 可分為耦合式 解法和分離式解法兩大類 目前工程上應(yīng)用最為廣泛的一種流場計(jì)算方法是壓 力耦合方程組的半隱式方法 s i m p l e 算法 其核心是 采用 猜測 修正 的 方法 在交錯(cuò)網(wǎng)格的基礎(chǔ)上來計(jì)算壓力場 求解離散形式的動(dòng)量方程 若不收 斂 用修正后的壓力值作為給定的壓力場 進(jìn)行下次的計(jì)算 直到得到收斂解 5 5 1 本文對(duì)s c r 脫硝反應(yīng)器流場的模擬計(jì)算中 采用s i m p l e 算法對(duì)控制方程進(jìn)行 求解 山東人學(xué)碩十學(xué)位論文 表2 2 常見離散格式的性能對(duì)比 2 3s c r 脫硝反應(yīng)器模型 本文以某電廠裝機(jī)容量為6 0 0m w 機(jī)組所配備的s c r 脫硝反應(yīng)器為研究對(duì) 象 由于該機(jī)組裝機(jī)容量較大 鍋爐排放的煙氣流量較大 需要配置較大尺寸 的s c r 脫硝反應(yīng)器 但受電廠預(yù)留空間的限制 無法滿足脫硝反應(yīng)器的空間要 求 所以采用兩臺(tái)并聯(lián)的稍小尺寸的s c r 脫硝反應(yīng)器來進(jìn)行煙氣脫硝作業(yè) 這 兩臺(tái)并列安裝的脫硝反應(yīng)器尺寸及性能完全一樣 所以本文選擇其中一臺(tái)s c r 脫硝反應(yīng)器進(jìn)行流場的數(shù)值模擬分析 該機(jī)組的s c r 脫硝反應(yīng)器被布置在省煤器之后 空氣預(yù)熱器之前 其中氨 噴射系統(tǒng)設(shè)置在s c r 脫硝反應(yīng)器的入口煙道內(nèi) 反應(yīng)器的幾何模型見圖2 1 s c r 脫硝反應(yīng)器的入口處的尺寸為 y 3 8 0m z i1 6 5m 噴氨段煙道的尺寸 為 x 3 7 0m z 1 1 6 5m 其中噴射格柵布置于距離入口處上壁面5m 處 催 化劑部分尺寸為 x 1 1 6 0m z 1 1 6 5m 噴氨段煙道與催化劑部分問距為1 5 0 1 4 圖2 ls c r 脫硝反廊器兒何結(jié)構(gòu) 網(wǎng)格是c f d 模型的幾何表達(dá)形式 也是模擬與分析的載體 網(wǎng)格質(zhì)量對(duì) c f d 的計(jì)算精度和計(jì)算效率有著重要影響 網(wǎng)格分為結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)化網(wǎng) 格兩種 結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分具有規(guī)則的連續(xù)性 即網(wǎng)格中節(jié)點(diǎn)排列有序 鄰點(diǎn)間 的關(guān)系明確 每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有相同數(shù)量的鄰點(diǎn) 非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分具有不規(guī)則的 連接性 每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以有不同數(shù)量的鄰點(diǎn) 結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的計(jì)算結(jié)果比非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格 更容易收斂 也更加準(zhǔn)確 本文網(wǎng)格的生成采用f l u e n t 軟件的i j i 處理軟件g a m b i t 其中三維單元 網(wǎng)格形式包括六面體 四面體 金字塔以及楔形單元等 網(wǎng)格的選擇依賴于具 體的問題 在選擇網(wǎng)格的時(shí)候 應(yīng)該考慮下列問題 初始化的時(shí)間 計(jì)算花費(fèi) 和數(shù)值耗散 劃分網(wǎng)格時(shí) 應(yīng)在保證網(wǎng)格質(zhì)量過關(guān)的前提下 根據(jù)計(jì)算機(jī)的運(yùn) 算能力及計(jì)算精度來確定網(wǎng)格的數(shù)量 根據(jù)s c r 脫硝反應(yīng)器模型的構(gòu)造 對(duì)反 應(yīng)器進(jìn)行了分區(qū)劃分 結(jié)構(gòu)規(guī)則直線段煙道區(qū)域采用結(jié)構(gòu)化六面體網(wǎng)格劃分 在結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜 流場變化大的區(qū)域 比如煙道拐角處 噴氨段煙道與催化劑部 分的連接煙道處等 則采用非結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)格或混合網(wǎng)格劃分 入口煙道的網(wǎng)格劃 分如圖2 2 所示 考慮到計(jì)算精度及計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力 在設(shè)置導(dǎo)流板的煙道 1 5 山東人學(xué)碩十學(xué)位論文 拐角處和噴射格柵所在的噴氨煙道部分 進(jìn)行網(wǎng)格加密 其余部分的網(wǎng)格密度 要小些 由于不同方案時(shí) s c r 脫硝反應(yīng)器的模型有所不同 主要是導(dǎo)流板數(shù) 量不同及噴射格柵管路排布的不同 所以劃分網(wǎng)格的數(shù)量也不盡相同 網(wǎng)格數(shù) 約為1 0 0 力 節(jié)點(diǎn)數(shù)約為4 0 萬 圖2 2s c r 脫硝反應(yīng)器網(wǎng)格劃分 網(wǎng)格劃分完成后 設(shè)定邊界區(qū)域及邊界類型 煙氣入口為速度入口邊界 煙氣出口為壓力出口邊界 其余為煙道壁面 為無滑移 無熱傳導(dǎo)的壁面條件 最后輸出m e s h 文件 并導(dǎo)入到f l u e n t 求解器中 1 6 s c r 脫硝過程十分復(fù)雜 它涉及到反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 煙氣與還原劑在煙 道和反應(yīng)器旱面的湍流流動(dòng) 傳熱傳質(zhì) 多組分運(yùn)輸以及化學(xué)反應(yīng)等 在實(shí)際 電廠的s c r 脫硝系統(tǒng)內(nèi) 煙氣成分及流動(dòng)情況非常復(fù)雜 要將這種流動(dòng)過程完 全模擬出來是非常困難的 本文對(duì)s c r