烟气脱硝反应器气体预分布器结构和混合性能研究

摘要

SCR是目前应用最广、效率最高的烟气后处理脱硝技术之一，影响SCR系统脱硝效率的因素较多，其中混合气体在反应器中的混合程度决定着氨的逃逸率、催化剂的寿命和脱硝性能等，优化设计SCR系统内部结构可以改善速度场和浓度场的分布。本文以某电厂燃煤锅炉附设的SCR反应器为研究对象，使用FLUENT软件进行数值模拟，考察SCR系统内烟气的流动特性，使用正交试验设计方法研究导流板、静态混合器和多孔板对SCR系统内气体分布的影响，并将根据FLUENT模拟计算得到的参数作为模型边界条件，建立SCR系统动态模型实验，来验证数值模型的正确性及可靠性，以期为SCR工艺设计提供参考。
　　 首先，通过对SCR系统的数值模拟，考察影响速度场和浓度场分布的因素敏感性顺序。结果表明：对于催化剂入口截面上y轴向速度分布来说，影响因素的敏感顺序：B4导流板＞静态混合器＞B2导流板＞B1导流板＞多孔板＞B3导流板；对于催化剂入口截面上浓度分布来说，影响因素的敏感顺序：B1导流板＞多孔板＞B3导流板＞B4导流板＞静态混合器＞B2导流板。
　　 其次，通过正交试验设计方法，得到了SCR系统的优化模型，考察未加入静态混合器、多孔板以及导流板的空白模型和优化模型的数值模拟结果，结果表明：加入静态混合器、多孔板以及导流板的优化模型中混合气体的速度变化幅度明显减小，在一定的区域内速度分布均匀；有效改善SCR系统中混合气体的流动方向，减小回流区域；改变了SCR系统中还原剂气体的流动，并不利于催化剂入口界面上浓度的均匀分布。
　　 最后，根据数值模拟的结果，建立SCR系统的冷态实验，考察冷态实验与数值实验的一致性。结果表明：对于浓度的均匀分布，影响因素的敏感顺序是：B1导流板＞多孔板＞B3导流板＞B4导流板＞静态混合器＞B2导流板，多孔板孔隙率的最优水平是22.4％，B1导流板板数的最优水平是2块；这与数值模拟的结果一致，其中B1导流板和多孔板均位于喷氨格栅的上游，而位于喷氨格栅下游的导流板对SCR系统催化剂入口截面上的浓度分布影响较小，同时浓度分布和喷氨格栅的结构有关，即催化剂入口截面与喷氨格栅所在的截面相对应，越靠近喷氨格栅入口的支管，喷出的气体越多，所对应的催化剂入口截面上浓度也越大，因此，对于浓度均匀分布的设计研究应该主要从改造喷氨格栅的结构入手，使氨尽量均匀地进入SCR系统。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要符号说明

声明

第一章文献综述

引言

1.1 NOx的生成途径及危害

1.2烟气脱硝技术

1.3 SCR脱硝技术的应用

1.4 SCR技术的原理

1.5 SCR脱硝工艺流程及反应器的布置

1.5.1 SCR工艺流程

1.5.2 SCR反应器的布置

1.6 SCR烟气脱硝工艺性能的影响因素

1.6.1催化剂

1.6.2反应温度

1.6.3停留时间和空速

1.6.4 NH3与烟气的混合程度

1.6.5氨氮摩尔比

1.6.6 NOx浓度

1.6.7 NH3逃逸量

1.7 SCR脱硝工艺设计

1.7.1 SCR系统的导流板

1.7.2喷氨格栅和静态混合器

1.8课题研究的内容与意义

第二章SCR气流分布系统的数值模型和模拟方法

2.1模拟对象和网格划分

2.1.1物理原型

2.1.2数值模拟的几何模型

2.1.3喷氨格栅结构

2.1.4静态混合器结构

2.1.5导流板结构

2.1.6网格划分

2.2 SCR系统过程模拟的数学模型和方法

2.2.1流动模型

2.2.2物质输运模型

2.2.3多孔介质模型

2.2.4初始、边界条件的设定

2.2.5模型求解方法

2.3模型验证

2.3.1网格无关性验证

2.3.2模拟方法验证

第三章 SCR气流分布系统优化--数值实验

3.1正交试验设计

3.1.1正交试验设计方法简介

3.1.2正交试验设计

3.2结果分析与讨论

3.2.1速度分布的影响因素

3.2.2浓度分布的影响因素

3.2.3优化模型的研究

3.3本章小结

第四章 SCR气流分布系统优化--冷态实验

4.1 SCR系统冷态实验

4.1.1冷态实验装置

4.1.2喷氨格栅的结构

4.1.3静态混合器的结构

4.1.4导流板的结构

4.1.5实验流程及工况

4.1.6浓度测量点的分布

4.1.7浓度测量方法

4.2结果分析与讨论

4.3本章小结

第五章结论与建议

5.1研究结论

5.2研究建议

参考文献

附录

致谢

研究成果及发表学术论文

作者及导师简介