燃煤电厂SCR反应装置数值模拟及优化研究

论文摘要

以燃煤电厂600MW机组为对象,采用CFD软件FLUENT,开展烟气脱硝工程核心设备选择性催化还原（SCR）反应装置的数值优化研究。在锅炉最大蒸发量（BMCR）工况下,应用标准K-ε湍流模型,对反应器及其连接烟道内的流场进行数值模拟。模拟结果表明反应器斜顶结构优于平顶,烟道采用弧形拐角以削弱局部高低速区,渐变出口形式更加有利于反应器内部流场的均匀。对上述布置方案,设置并逐步改进导流叶片位置、数量与形状,从而有效控制烟气速度的均匀分布。反应装置满足设计要求：第一层催化剂表面的速度不均匀值为3.0%,压力损失为830Pa。SCR反应器内NH3/NOx良好的混合,有赖于设计出合理的喷氨格栅并采用合适的喷氨方式。喷氨格栅简化为若干个在烟道截面内按规律分布的喷嘴。根据NOx的分布,将喷嘴进行分组,增大靠近烟道壁面的喷氨量,从而得到合适的NH3/NOx摩尔比。催化剂层简化为多孔介质模型,并采用层流有限速率模型模拟其中的催化反应。经催化反应后,氨逃逸量约为2.26x10-6,脱硝率约为80.7%,满足设计要求。应用分散相模型（DPM）,对烟气中飞灰颗粒运动轨迹及反应器内部各位置的颗粒浓度分布进行模拟。模拟结果表明催化剂层左侧的颗粒浓度较高,在此处发生飞灰的堵塞甚至堆积。因此,在每层催化剂上方安装吹灰器并将其布置于反应器左侧,进行定期吹扫,可避免或减轻大粒径飞灰颗粒对催化剂的磨损和堵塞。通过变工况下的速度场及压力损失的考察,证实了SCR反应系统的可靠性。为增强反应系统的调温能力,设计出一种插入-间歇式省煤器旁路烟道,可以将第一层催化剂表面的温度提高到最低运行温度以上并且温差控制在10K以内。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• x控制技术'>1.2 NO_x控制技术
• 1.3 SCR技术
• 1.3.1 SCR技术原理
• 1.3.2 SCR布置方式
• 1.3.3 SCR技术的应用现状
• 1.3.4 SCR关键设备的设计
• 1.4 课题研究目的和内容
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究内容
• 2 SCR脱硝应用实例
• 2.1 概况
• 2.2 SCR工艺流程
• 2.3 SCR脱硝系统运行分析
• 2.3.1 SCR反应脱硝率
• 2.3.2 催化剂层压降变化及积灰情况
• 2.4 本章小结
• 3 SCR反应器及其连接烟道流场的模拟
• 3.1 模拟理论
• 3.1.1 基本控制方程
• 3.1.2 湍流模型
• 3.1.3 多孔介质模型
• 3.1.4 物质运输模型
• 3.2 SCR反应器及其连接烟道的优化设计
• 3.2.1 概述
• 3.2.2 反应器顶部及导流板优化分析
• 3.2.3 进口烟道及导流板优化分析
• 3.2.4 出口形式影响分析
• 3.2.5 反应器及其连接烟道整体设计
• 3.3 本章小结
• 3/NO_x混合、反应及飞灰颗粒运动特性的模拟'>4 反应器内NH₃/NO_x混合、反应及飞灰颗粒运动特性的模拟
• 4.1 喷氨格栅的模拟
• 4.2 化学反应的模拟
• 4.2.1 模拟理论
• 4.2.2 催化剂层内反应的模拟
• 4.3 飞灰颗粒特性模拟
• 4.3.1 模型建立
• 4.3.2 模拟理论
• 4.3.3 结果分析
• 4.4 本章小结
• 5 变工况流场分布及省煤器旁路的初步设计
• 5.1 变工况流场分布
• 5.2 省煤器旁路的优化设计
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献