300MW煤粉锅炉SCR烟气脱硝装置数值模拟及结构优化

摘要

众所周知，氮氧化物（NOX）是大气污染物之一，不仅是酸雨和光化学烟雾的元凶之一，而且有学者指出目前氮氧化物也是雾霾天气形成的主要原因之一。而在新建SCR装置投产运行前，一般设计者都是通过CFD数值模拟和建立相似试验模型方法对SCR装置的初始结构进行优化，使其能够达到较高的脱硝效率。本研究采用CFD数值模拟，对300MW煤粉锅炉机组配置的SCR脱硝装置进行仿真模拟，针对其流场和氨浓度场的不均匀性建立了合理的优化方案。并通过建立冷态试验台来验证数值模拟的合理性，最终确立优化方案。主要的研究内容和得出的结论有：
　　首先对300MW煤粉锅炉SCR脱硝反应器进行数值模拟和冷态试验。并且考察了SCR装置特定截面上的速度和浓度的标准偏差值，这些截面主要包括喷氨上游、喷氨下游和首层催化剂入口截面。模拟和冷态试验结果显示，未加装导流板时反应器内的流场和氨浓度场分布很不均匀，造成速度和浓度偏差值较大的原因主要是SCR反应器入口的非对称渐扩结构、烟气在拐弯处受到的离心作用，以及反应器上部转弯处的截面突变。针对以上原因并采用CFD模拟手段对导流板的结构和布置进行优化，最终确定了四组导流板的最佳组合方式。
　　数值模拟和冷态试验结果表明加装导流板后，反应器内的流场均匀性得到了较大的改善，以首层催化剂入口截面为例，优化前速度标准偏差值模拟和冷态试验分别为25.69％，28.91%，优化后为2.4%，11.5%。但是，模拟和试验结果显示加装导流板并没有使反应器内氨浓度场的均匀性得到明显改善。其原因是原有的涡流混合板喷氨系统造成的，氨气由六根喷氨管喷入反应器后，长时间停留在混合板背侧的低压涡流区内，造成氨气在截面上的横向扩散能力较弱。本文尝试将涡流混合板喷氨装置更换为喷氨格栅系统。结果显示，采用喷氨格栅喷氨方式后，SCR脱硝装置首层催化剂入口氨气浓度场的标准偏差值降为14.5%。而且系统阻力损失由681Pa降到657Pa。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 选择性催化还原技术（SCR）

1.3 课题的提出及研究内容

1.4 本章小结

第2章 数值模拟理论基础及冷态试验方案

2.1模拟对象

2.2模型假设

2.3 计算模型的选择

2.4 冷态模型的建立及实验器材

2.5本章小结

第3章 SCR脱硝装置内烟气流动过程的数值模拟

3.1 研究对象

3.2 网格划分及边界条件

3.3数值模拟结果和讨论

3.4 数值模拟和冷态试验结果比较

3.5 本章小结

第4章 SCR脱硝装置流场优化

4.1导流板布置方案的确立

4.2数值模拟

4.3 数值模拟和冷态试验结果比较

4.4 SCR脱硝装置积灰特性

4.5 本章小结

第5章 SCR脱硝装置喷氨系统的优化

5.1格栅型（AIG）喷氨系统

5.2数值模拟结果和讨论

5.3 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢