SCR脱硝装置结构优化及喷氨雾化仿真

发布时间：2017-09-10 02:02

  本文关键词：SCR脱硝装置结构优化及喷氨雾化仿真

  更多相关文章： SCR脱硝系统 组分输运 数值模拟 喷氨雾化 结构优化 不均匀性系数

【摘要】：燃煤电厂的NOx排放是我国烟气污染物治理的重点。选择性催化还原(SCR)以其脱硝效率高、运行稳定、系统装置简单等优点被广泛采用。烟气脱硝装置在工程实际中需要解决的首要问题是如何使系统内还原剂氨与烟气中污染物NOx充分接触反应,从而提高SCR系统的脱硝效率。本文采用模拟仿真与理论分析相结合的方法,主要工作内容如下:首先阐述了SCR脱硝技术反应机理,然后利用CFD软件建立脱硝系统模型结构并对其进行仿真计算,在BMCR(锅炉最大蒸发量)工况下,模拟分析了添加导流结构(导流板和整流格栅)对脱硝系统流场和浓度场的影响。之后论证了最优模拟方案在变工况下运行的可行性。最后根据尿素喷氨系统中液滴雾化中破碎复杂过程,模拟分析了在不同喷嘴出口压力工况下,喷嘴及出口区域流场和氨浓度场的分布。研究结果表明:脱硝系统内烟气流速和氨浓度的分布规律随着整流格栅角度的变化不同,流速不均匀性随角度的增大呈先降后升的趋势,而氨浓度不均匀性随角度的增大而减小。为兼顾流场和浓度场,同一工况下存在最佳的角度。在变负荷运行工况时,随着负荷的降低,角度为30°的整流格栅开始对反应器内流场起抑制作用,流速不均匀系数逐渐增大;而氨浓度不均匀系数随着负荷的降低而不断减小,利于催化还原反应的进行。在脱硝系统三个直角拐角处采用渐缩圆弧过度转角,等间距布置3片渐缩型圆弧导流板;在反应器入口水平烟道拐角处采取梯形式等间距布置3片1/4圆弧导流板;在SCR反应器入口处,整流格栅与水平方向成30°,在BMCR工况下为最优设计方案。这时第一层催化剂来流速度不均匀系数为8.27%;第一层催化剂来流氨浓度不均匀系数为9.53%。此外,该方案在不同运行工况下均满足技术要求,因而该方案适用于机组的变负荷运行。在不同的喷嘴压力条件下,增加喷嘴压力,入口速度显著提高,喷嘴的射程变大,但同时气体旋流特性强度会减弱,喷雾锥形变小;喷雾液滴基本沿着喷嘴轴线方向呈锥形对称分布,随着与喷嘴距离的增大,液滴粒子逐渐减小直至破碎,且液滴的分布更加分散;当喷嘴压力在0.3~0.4 MPa时,雾化均匀性最好。
【关键词】：SCR脱硝系统 组分输运 数值模拟 喷氨雾化 结构优化 不均匀性系数
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X773
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第1章 绪论14-20
• 1.1 课题研究的背景及其意义14
• 1.2 选择性催化还原（SCR）技术介绍14-16
• 1.2.1 SCR技术原理14-15
• 1.2.2 SCR技术的评价与发展历史15-16
• 1.3 选择性催化还原技术国内外研究现状16-18
• 1.3.1 国外研究现状16-17
• 1.3.2 国内研究现状17-18
• 1.4 论文研究的目的和主要内容18-20
• 1.4.1 研究目的18-19
• 1.4.2 主要研究内容19-20
• 第2章 SCR反应机理及脱硝效率影响因素20-29
• 2.1 引言20
• 2.2 SCR脱硝化学原理20-22
• 2.3 SCR脱硝微观反应机理22-24
• 2.3.1 SCR脱硝反应过程22-23
• 2.3.2 SCR脱硝反应的动力学分析23-24
• 2.4 SCR脱硝效率的影响因素及性能评价24-27
• 2.4.1 微观中影响脱硝反应速率的因素24-25
• 2.4.2 宏观中影响SCR脱硝的因素25-27
• 2.4.3 脱硝系统的关键技术指标27
• 2.5 本章小结27-29
• 第3章 SCR脱硝装置的数值模拟及结构优化29-49
• 3.1 引言29
• 3.2 数值模拟方法29-32
• 3.2.1 模型的假设30
• 3.2.2 控制基本方程的建立30-31
• 3.2.3 湍流运动方程31
• 3.2.4 物质输运模型31
• 3.2.5 多孔介质模型31-32
• 3.3 控制方程的离散求解32-33
• 3.3.1 离散方法及离散格式32
• 3.3.2 离散方程的求解方法32
• 3.3.3 方程求解的收敛判断准则32-33
• 3.4 SCR脱硝系统模型的建立33-36
• 3.4.1 SCR模型结构33-34
• 3.4.2 脱硝模型网格划分34-35
• 3.4.3 FLUENT模拟设定与参数设置35-36
• 3.5 SCR脱硝系统的性能评价指标36-37
• 3.6 SCR脱硝系统的模拟分析及结构优化37-48
• 3.6.1 不加导流板脱硝系统的模拟分析38-40
• 3.6.2 加导流装置后的脱硝系统的模拟分析40-48
• 3.7 本章小结48-49
• 第4章 SCR系统变工况模拟分析49-54
• 4.1 引言49
• 4.2 变工况参数49-50
• 4.3 模拟结果分析50-52
• 4.3.1 流场模拟结果50-51
• 4.3.2 氨浓度场模拟51
• 4.3.3 结果分析51-52
• 4.4 本章小结52-54
• 第5章 脱硝系统氨喷射雾化模拟54-69
• 5.1 引言54
• 5.2 SCR系统使用的还原剂54-57
• 5.2.1 尿素系统介绍54-55
• 5.2.2 喷雾模型55-57
• 5.3 雾化破碎模型57-60
• 5.3.1 泰勒类比破碎模型57-59
• 5.3.2 波动破碎模型59-60
• 5.4 喷射模拟计算60-68
• 5.4.1 喷射模拟计算60-61
• 5.4.2 进口压力对喷嘴喷嘴出口流场的影响61-65
• 5.4.3 进口压力对喷嘴喷嘴出口浓度的影响65-66
• 5.4.4 进口压力对喷嘴喷雾的影响66-68
• 5.5 本章小结68-69
• 第6章 结论与展望69-71
• 6.1 主要结论69
• 6.2 本文主要创新点69-70
• 6.3 本文的不足和工作展望70-71
• 参考文献71-75
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文75-76
• 致谢76

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