数值模拟用于SCR系统优化研究

发布时间：2020-04-01 07:03

【摘要】：本课题以某水泥厂生产线的SCR建设项目作为研究对象,主要针对SCR设备内部速度场分布不均匀的问题进行了流场模拟研究,并确定设计方案。以数值模拟结果中催化剂入口平面气速分布均匀性指数值γ_1高于0.9000,物理模型实验催化剂入口面气速分布相对标准偏差值CV小于15%、气流偏转角低于10°为设计目标。首先对SCR设备结构进行了优化,将原来的π型SCR顶部构件改造成楔形,并比较了在不安装内部流场优化构件的情况下,两种类型的SCR设备内部流场分布情况的优劣。结果表明,楔形顶部构件对SCR设备内部流场分布均匀性的影响优于π型,将倒角纵向高度?H调整为650 mm时,楔形SCR反应器催化剂入口截面气速分布均匀性最好,γ_1值由原本π型SCR装置中的0.6882提升至0.7389,优化效果明显。对?H=650 mm的楔形SCR装置第一弯道处的流场采用加装导流板的方式进行优化设计。用几何相似的思路对导流板的形态进行设计;通过等间距布置导流板来确定有利导流板的片数及布置形式;进而通过对风道截面风量的研究,调整导流板布置间距,达到更好的流场优化效果。经模拟发现,以气流量均匀切分的方式“平直式”布置3片直弧直形导流板的设计方案P对于γ_1值的提升最大,催化剂床层上游截面均匀性指数值达到了0.7862。由于SCR顶部楔形构件具有导流作用,因此在SCR顶部构件内加装导流板的必要性降低,故在方案P的基础上,优先对整流器布置进行了研究。经研究表明,整流器是对催化剂入口截面的气流具有最直接有效的优化方式,当整流器为“斜顶型”布置形式,整流栅顶部连线与楔形构件外部倒角终点间数值距离?l=0 mm时,整流器可消除涡流现象。?l=0 mm,有效整流长度为300 mm,整流栅的栅板间距为100 mm的斜顶型整流栅和与之同型的格栅孔为100 mm×100 mm的斜顶型整流格栅γ_1值分别达到了0.9226和0.9310,达到了数模设计要求。经物理模型验证,确定整流器为整流格栅的设计方案可以达到催化剂入口截面气速分布CV值低于15%,运用飘带实验对整流格栅下方的气流方向进行分析,其最大气流偏向较低于10°,达到了总体设计目标。而同样达到数模设计目标的整流栅设计方案在物理模型验证中未达到工程设计标准,这一结论表现出了物模验证实验的必要性。
【图文】：

示意图,水泥窑炉,产物,位置

图 1-1 为新型干法水泥窑炉生产系统及 NOx生成示意图，由图中观察可知水泥窑中 NOx的主要产生于回转窑和分解炉两处。分解炉和窑尾上升管道区域，燃料燃烧后的温度一般为 950℃~1200℃，，此温度范围不会产生热力型 NOx，但由于分解炉内的温度主要在 800℃～900℃，有利于生成燃料型 NOx；回转窑内的温度相对较高，最高气体温度可达到 2200℃，因此除产生燃料型 NOx外，还会大量生成热力型 NOx[18]。

反应原理,低尘

图 1-2 SCR 反应原理Fig.1-2 The reaction theory of SCR（2）SCR 工艺的布置形式根据烟气的特点，SCR 脱硝工艺可以有不同的布置方式，主要分为以下三种：高尘布置(HD)、低尘布置(LD)以及尾部布置(TE)[27-28]。(a) 高尘布置(HD)如图 1-3 所示，高尘布置是将 SCR 反应器直接安装在锅炉之后，空气预热器前。此布置方法目的是想充分利用较高的烟气温度，使脱硝催化剂可以达到最佳的活性。但是由于含有较高的灰尘及其他有毒成分，会导致催化剂的中毒及磨损。(b) 低尘布置(LD)如图 1-4 所示，低尘布置是将 SCR 反应装置安装在除尘器之后，脱硫塔前。经过除尘器后烟气中的灰尘减少，且烟气温度有所降低，导致催化剂容易受到 SO2影响。
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X781.5

【参考文献】