SNCR气力式雾化喷嘴雾化特性的实验研究

摘要

在火电机组排放的大气污染物中，NOx氮氧化物是最近三十多年中受到极大关注的一种污染物。选择性非催化还原SNCR技术是国外已经投入商业运行的比较成熟的烟气脱硝技术。SNCR系统中一个非常重要的部分就是喷射还原剂溶液的喷嘴，直接影响SNCR脱硝的效果。 首先，本文介绍了低NOx技术发展的概况和现状，重点介绍了SNCR技术。接着介绍了液体雾化喷嘴的一些常用性能指标，比如流量特性，雾化角，雾化粒径及其分布，雾滴速度，气耗率等。最后列举了国内外一些液体雾化喷嘴的结构特点和雾化性能。 其次，详细介绍了实验系统的组成和实验操作的步骤，及其相关的测量仪器，包括LS-2000激光粒度分析仪，HAAKE旋转粘度计等等。喷嘴实验测量了喷嘴在不同气液压力下喷嘴的流量、压力、雾化角和索特尔平均粒径以及粒径在空间上的横向和纵向分布等性能指标。实验首先设计了机械式和气力式雾化喷嘴，实验研究发现气力雾化喷嘴性能更好。于是又在Y型喷嘴的基础上设计了新型的扇形气力雾化喷嘴，包括方形槽、橄榄型、混合孔等几类类型。实验研究发现橄榄型和混合孔型喷嘴的性能比较突出，于是对这两种喷嘴做了进一步详细的实验研究。 实验发现扇形气力雾化喷嘴即使在压力比较高时，气耗率还是比较小，使得雾化粒径偏大。因此考虑在扇形气力雾化喷嘴的基础上加上外混通道，设计了部分内混式喷嘴。由于增加的外混通道使得气耗率变大，外混的气流也会将液流进一步雾化，因此雾化粒径更小。通过前面喷嘴的研究和比较，设计出一种综合了以上喷嘴优点的结构也比较简单的喷嘴，并应用在实际的工程项目里。 由于实验台设备条件的原因，无法测量喷嘴的喷射速度，对整个喷雾的流场缺乏认识。因此尝试用Fluent软件尝试对喷嘴雾化过程进行数值模拟。首先建立和实验喷嘴尺寸和结构都相近的网格模型，设定好边界条件与初始条件，采用VOF多相流模型进行数值模拟。这对之前的喷嘴实验研究是一个很好的补充。

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第一章绪论

§1.1低NOx技术的发展及现状

§1.1.1 NOx的生成机理和危害

§1.1.2 NOx主要的控制技术

§1.2喷嘴常用的性能指标

§1.3国内外液体雾化喷嘴

§1.3.1国外液体雾化喷嘴

§1.3.2国内液体雾化喷嘴

§1.4本文研究的主要内容及意义

§1.5本章小结

第二章实验仪器和实验系统

§2.1冷态雾化实验系统

§2.2实验仪器

§2.2.1流量计和压力表

§2.2.2 LS-2000分体式激光雾化液滴粒度分析仪

§2.2.3 HAAKE旋转粘度计

§2.3尿素溶液粘度实验

§2.4本章小结

第三章扇形雾化喷嘴开发及实验研究

§3.1压力式和气力雾化喷嘴比较实验研究

§3.2扇形气力雾化喷嘴出口槽比较实验研究

§3.3扇形气力雾化喷嘴优化选型实验研究

§3.4优选的扇形气力雾化喷嘴实验研究

§3.5本章小结

第四章部分内混式喷嘴开发及实验研究

§4.1部分内混式喷嘴的设计

§4.2部分内混式喷嘴实验研究

§4.2.1部分内混式喷嘴的雾化特性研究

§4.2.2部分内混式喷嘴和扇形喷嘴雾化特性的比较

§4.3喷嘴定型及实验总结

§4.4本章小结

第五章喷嘴流场数值模拟计算

§5.1 FLUENT软件简介

§5.2模型选择及条件设定

§5.3计算结果分析

§5.4本章小结

第六章全文总结和展望

§6.1全文总结

§6.2未来工作展望

参考文献

致谢