200MW燃煤电厂SCR流场数值模拟优化与实验研究

摘要

目前我国对燃煤电站氮氧化物的排放控制要求日益严格，选择性催化还原（Selective Catalytic Reduction，SCR）烟气脱硝法是一种高效、成熟的技术，在国内外电厂污染物控制领域得到广泛应用。在SCR反应系统中，流场的速度分布和还原剂与烟气的混合均匀性直接决定着氮氧化物的脱除效率。本文采用CFD数值模拟及物理模型实验的方法，对某电厂200MW机组SCR脱硝工程反应系统的流场进行研究，并提出了优化方案。
　　本文首先针对不同特点、不同结构的SCR反应器的导流装置的设计要点进行了总结。之后，对某电厂SCR反应系统的初始流场进行了模拟，分析了初始流场存在的缺陷。在此基础上，在烟道和反应器主体加设导流板组及整流格栅等装置优化速度场。根据反应器烟道结构设计喷氨格栅（AIG），以到达氨气与烟气充分混合的目的。在充分考虑系统压损及烟道安装空间后，加设静态混合器可进一步提高氨氮摩尔比的均匀程度。本文设计了一种新型静态混合器，并分别从尺寸大小、倾斜角度、安装位置三个方面进行研究，得出一种压损最小，扰流效果最强的设计方案。
　　为确保数值模拟的正确性，根据相似原理，搭建冷态物理模型进行验证，并重点关注了飞灰的沉积情况。本文采用二氧化碳作为示踪气体，模拟氨气与烟气混合效果；采用打孔钢板模拟催化剂层产生系统压损；采用面粉代替锅炉飞灰。对物理模型的速度场和浓度场以及烟气入射角、系统压损等进行实际测量，从而完善了数值模拟的结果，提出可运用于工程实践的设计方案。

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1 绪 论

1.1 研究背景

1.2燃煤电站NOx生成机理与控制技术

1.3选择性催化还原（SCR）反应机理

1.4影响SCR反应效率主要因素

1.5研究内容及目标

2 SCR反应器优化设计与方法

2.1 SCR烟气脱硝系统

2.2 SCR烟气脱硝系统关键技术分析

2.3 SCR反应器优化设计数值模拟方法

2.4 SCR反应器优化设计冷态实验方法

2.5 本章小结

3 200MW机组SCR流场数值模拟与优化

3.1 设计参数

3.2 网格划分及边界条件

3.3 导流板的优化设计

3.4 喷氨格栅（AIG）优化设计

3.5 静态混合器优化设计

3.6计算结果

3.7 本章小结

4 200MW机组SCR流场冷态物理模型试验研究

4.1 实验参数

4.2 物理模型流程

4.3实验测试方法

4.4实验结果及分析

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