脱硝入口烟道预除尘结构的数值模拟研究

摘要

固体颗粒物和氮氧化物都是造成大气污染的重要原因。而燃煤电厂每年都要向空气排放大量的固体颗粒和氮氧化物。所于对燃煤电厂的烟气进行净化具有重要的意义。由于目前电厂的脱硝装置，基本布置在省煤器后面，属于高灰段。由于灰尘颗粒会造成SCR催化剂的中毒，反应面积减小。所于本文对省煤器尾部和脱硝入口烟道处，进行了预除尘的结构研究，设计出一个有较好的除尘效果，较低的除尘阻力，结构简单并且能保持流场的均匀性良好。
　　本文通过数值模拟的方法，研究了三种预除尘结构，分别是百叶窗，旋风分离器，圆弧离心力式除尘器。分别从除尘效率，除尘阻力，流场均匀性，占用空间大小四个方面对这三种除尘结构进行了研究分析。最终得出了本文提出的圆弧离心力式除尘器，具有50％左右的除尘效率，压降保持在164Pa，流产的均匀性也是良好的。
　　对于百叶窗除尘器，本文研究了不同工况下、不同灰尘颗粒直径下的除尘特性。模拟结果发现随着颗粒直径的增大，其除尘效率也随之增大。而随着入口速度的增大，其除尘效率是减小的。在标准工况下，其压降为362Pa，除尘效率为13％左右。烟道的流场的均匀性是好于最出事的烟道。
　　对于旋风分离器，本文同样研究了不同工况下、不同灰尘颗粒直径下的除尘特性。模拟结果发现，随着灰尘颗粒直径的增大，其除尘效率整体是增大的。当灰尘颗粒直径在40μm～80μm时，其除尘效率基本保持在50％左右。随着入口速度的增加，其除尘效率是缓慢提高的。在标准工况在，其压降为3600Pa，除尘效率70％左右。烟道的流场均匀性受到了严重的破坏。
　　对于圆弧离心力式除尘器。本文研究了不同工况下、不同圆弧半径、不同灰尘颗粒直径的除尘特性。模拟结果发现，随着灰尘颗粒直径增大，其除尘效率也随之增大。随着入口速度的增加，其除尘效率是先减小后增大的。在标准工况下，其压降为164Pa，除尘效率为50％左右。烟道的流场均匀性良好。
　　最后还提出了单位压降下的效率，圆弧离心力除尘器几乎是其他结构的10倍左右。本文首次结合除尘特性和流场的均匀性对脱硝入口烟道进行了研究，为脱硝入口烟道的研究提供了理论依据。本文提出的圆弧离心力除尘器，在工程上和除尘器的设计上都有一定的参考价值。

目录

声明

摘要

符号说明

1．1 课题研究背景和意义

1．1．1 NOx的危害

1．1．2 颗粒物的危害

1．1．3 影响脱硝效率的因素

1．2 常见除尘技术

1．3 国内外电厂除尘的研究现状

1．4 课题研究的内容与方法

1．4．1 课题的提出

1．4．2 课题研究的内容

2 数值研究理论及方法

2．1 烟道模型和网格划分

2．2 烟道百叶窗除尘器模型和网格划分

2．3 烟道卧式旋风除尘的几何模型和网格划分

2．4 圆弧离心力式除尘器的几何模型与网格划分

2．5 数学模型

2．5．1 数学控制方程

2．5．2 单颗粒运动控制方程

2．5．3 颗粒随机轨道模型

2．5．4 DPM模型

2．6 边界条件设定

2．7 本章小结

3 初始烟道数值模拟结果验证

3．1 均匀性评价标准

3．2 烟道模型的验证

3．3 网格独立性验证

3．4 本章小结

4 百叶窗除尘器数值模拟结果分析

4．1 网格独立性验证

4．2 惯性除尘器原理

4．3 烟道惯性除尘流场分析

4．4 烟道除尘性能分析

4．4．1 除尘效率分析

4．4．2 不同颗粒直径对百叶窗除尘性能的影响

4．4．3 不同工况下百叶窗的除尘效率

4．4．4 除尘阻力分析

4．5 百叶窗对均匀性的影响

4．6 本章小结

5 旋风筒式数值模拟结果分析

5．1 烟道卧式旋风除尘网格独立性验证

5．2 旋风分离器原理

5．3 烟道旋风筒流场分析

5．3．1 旋风除尘速度场分布

5．3．2 压力云图分布

5．4 烟道旋风筒除尘性能分析

5．4．1 除尘效率分析

5．4．2 除尘阻力分析

5．5 旋风除尘对流场均匀性的影响

5．6 本章小结

6 圆弧离心力预除尘器数值模拟结果分析

6．1 圆弧离心力预除尘器的网格独立性验证

6．2 除尘机理

6．3 颗粒轨迹和流场分析

6．3．1 速度场分析

6．3．2 压力云图分析

6．3．3 颗粒轨迹分析

6．4 不同圆弧半径下的除尘性能比较

6．5 不同工况下的除尘性能比较

6．6 圆弧离心力除尘对流场均匀性的影响

6．7 三种不同除尘器的综合比较

6．7．1 除尘性能的比较

6．7．2 流场均匀化的比较

6．8 本章小结

7．1 本文结论

7．2 本文创新

7．3 不足与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的主要成果