烟气SCR脱硝反应装置仿真模拟及PIV试验研究

摘要

随着我国经济的快速发展和人们对环境保护的日益重视，火电机组排放烟气中的氮氧化物的排放标准已经纳入相关法律。更加高效、可靠、经济烟气脱硝技术的研发与应用已经迫在眉睫。选择性催化还原法（SCR）的烟气脱硝技术因其脱硝效率高、市场前景好，已经成为国际上高效控制氮氧化物排放的首选。本文根据某电厂600MW机组SCR脱硝装置，按1:1比例建立三维模型，划分网格后进行CFD仿真模拟，根据多种方案模拟结果对比分析速度相对标准偏差、最大烟气入射角度、温度最大绝对偏差、氨氮摩尔比率、系统压力损失，确定脱硝工程中导流板、喷氨格栅、静态混合器和整流器的设计规律及其特点，以快速找到最优方案和最优方案在不同工况下的运行特点。并且介绍了PIV技术在工程试验中的应用以及CFD仿真动画的制作效果。得到结论如下：在整个烟道系统中，烟道入口处宜设置等间距导流板，以使气流均匀进入后部流域；在整个烟道系统中，任何有变径或变向的烟道均宜设置导流板，以防止气流偏向一方；距离反应器最近处的烟道外形、导流板尺寸对烟气均匀性影响最大；在反应器顶部加设干扰气流的小圆管，能够明显改善局部气流的均匀性。模拟对比三种喷氨速度下流场内氨氮混合情况，推荐喷氨速度为　　22.08m/s。通过对模型在最优方案下100％、70%、40%ECR三种负荷工况点模拟，当脱硝系统入口的烟气量低于40%~50%ECR负荷工况时，最上层催化剂前的烟气入射催化剂角度将发生较大偏离，建议脱硝系统入口的通风量不能低于满负荷工况运行时通风量的50%。通过PIV水流流场实验说明PIV技术能很明了的提供流体中某一截面的整场信息而CFD的仿真动画则可以非常直观的给出整个系统的气流组织信息。通过烟气SCR脱硝反应装置仿真模拟及PIV试验研究，为大型燃煤锅炉烟气SCR脱硝反应装置的结构优化设计提供科学依据，以形成带有中国标签的新型脱硝技术。

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第一章 绪论

1.1课题研究的背景及意义

1.2国内外脱硝技术应用现状

1.3 SCR烟气微观脱硝机理

1.4 工艺流程

1.5 研究主要内容

第二章 燃煤烟气脱硝反应器内流场数值模拟的数学模型

2.1 SCR过程数值模拟的优点

2.2 SCR过程数学模型的选择

第三章 构件设置及无导流装置的烟气脱硝反应器系统的数值模拟

3.1物理原型与数值模拟优化要求

3.2 数值模拟计算方法与步骤

3.3 氨喷射系统及整流器设置方案

3.4 烟气脱硝反应器原始设计方案的CFD模拟

第四章 烟气脱硝系统导流装置设计及其寻优

4.1不同导流板设计及结构优化方案的筛选

4.2 本章小结

第五章 氨喷射系统流场模拟

5.1 氨喷射系统

5.2 喷氨气流速度对混合性能影响

5.3 本章小结

第六章 最优方案在不同工况下的运行分析

6.1 最优方案70%ECR负荷工况

6.2 最优方案40%ECR负荷工况

6.3本章小结

第七章 PIV技术在模型试验中的应用

7.1粒子图像测速技术简介

7.2 PIV系统的组成

7.3 应用PIV的水流流场测试实验

第八章 结 论

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢