余热锅炉烟气SCR系统CFD流场设计与均流部件优化研究

摘要

随着我国日益严格的氮氧化物排放标准，以燃煤电厂为主的许多发电企业都需加装选择性催化还原（SCR）烟气脱硝系统以降低氮氧化物的排放。在SCR系统中，烟气的速度分布以及氨氮混合的均匀性会影响脱硝效率和催化剂使用寿命。本文以SCR烟气脱硝法在燃气蒸汽联合循环发电厂余热锅炉中的应用为例，采用数值模拟和实验研究的方法，对余热锅炉的流场进行了研究，并提出有关均流部件设计和优化方案。
　　本文采用CFD流体软件对余热锅炉SCR系统的流场进行了模拟和设计，包括导流板形状、尺寸、位置的选取，喷氨格栅位置的确定以及催化剂层收口结构的选择，从而得到一种较好的设计方案。在此基础上，对余热锅炉的SCR系统中温度、压降以及化学反应进行模拟，得到了接近实际工况的结果。对比现场热态实验对催化剂层前截面的速度和浓度测量结果，验证了模拟结果的可靠性和真实性。
　　为了进一步优化余热锅炉内部的流场，本文首先对导流板以及自主设计的一种新型静态混合器对流场的影响进行了研究，并在原结构的基础上对混合器进行了改造与优化；其次，对喷氨格栅进行了分区喷氨的模拟实验，通过控制每个区域的喷射量使得氨的浓度分布更加均匀，并由此提出一种实时、分区的优化喷氨控制方案，该方案具有工程应用指导意义；最后，对整流格栅进行了优化研究，整流格栅能够规整烟气入射角，通过统计烟气在催化剂层前的入射角的角度偏差，研究整流格栅的厚度对烟气入射角的影响。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 氮氧化物控制技术

1.3选择性催化还原技术（SCR）原理

1.4国内外研究现状

1.5 本文主要研究内容

2 余热锅炉SCR烟气脱硝系统

2.1 SCR关键技术问题分析

2.2燃气蒸汽联合循环中余热锅炉SCR工艺流程

2.3影响SCR效率的主要因素

2.4余热锅炉与燃煤锅炉SCR对比分析

2.5 余热锅炉SCR反应器数值模拟方法与实验方法

2.6本章小结

3 余热锅炉SCR脱硝流场模拟与实验验证

3.1研究对象简介

3.2网格划分与边界条件

3.3标准偏差的定义及计算

3.4计算结果分析与实验验证

3.5本章小结

4 均流部件的优化及其效果分析

4.1导流板、静态混合器的影响

4.2静态混合器的优化设计

4.3 喷氨格栅的优化

4.4整流格栅的优化

4.5本章小结

5 全文总结及展望

5.1全文总结

5.2工作展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的论文