SCR法烟气脱硝系统数值模拟研究

论文摘要

随着新的污染物排放标准的颁布,烟气脱硝技术面临着前所未有的压力和挑战。如何经济、有效地提高脱硝效率,降低NOx的排放量,成为大气环境污染控制工作者研究的热点问题。随着数值计算技术的发展,利用高效、便捷的计算流体力学软件对SCR法脱硝系统进行仿真为混合器和气流分布板的设计、改造提供了重要参数。其缩短了工程周期,减少了试验的盲目性,对提高SCR法脱硝系统的环境效益、社会效益和经济效益均具有重要的意义。根据本试验室现有设备条件和发展方向,本课题采用数值模拟的方法进行SCR法烟气脱硝系统内NH3的掺混和气流流场情况试验研究。最终以计算流体动力学理论为指导探索出了适合于SCR法脱硝系统数值模拟的方法和规律。本文得出的主要结论如下:（1）使用计算流体动力学软件—FLUENT软件,采用标准κ-ε模型、物质输运模型和多孔介质模型对SCR法烟气脱硝系统中的流场、物质掺混和压力场进行数值模拟计算,计算方法可靠,计算结果合理。（2）原模型设计混合器时共设计了八片连续混合器全长一米,其压力损失过大增加了引风机负荷并且制造费用较高。现数值模拟结果表明采用两组四片间隔250mm布置方案的混合器布置方式完全可以达到掺混要求并减少了压力损失降低了制造成本。（3）在经过几十组的模型调整后最终确定了多向组合导流片的布置方式。对其模拟结果分析表明流场均布情况满足工况要求,其断面流速均方根值达到美国RMS标准合格要求并且接近良好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 氮氧化物的危害
• 1.1.3 研究意义
• 1.2 国内外SCR脱硝技术发展、研究概况
• 1.2.1 国外SCR脱硝技术发展概况
• 1.2.2 国内SCR脱硝技术发展概况
• 1.2.3 国内外SCR法数值模拟技术发展概况
• 1.3 研究方法及研究内容
• 1.3.1 模型试验方法
• 1.3.2 数值模拟方法
• 1.3.3 数值模拟方法的优点
• 1.3.4 本课题研究方法
• 1.3.5 本课题研究内容
• 2.烟气脱硝技术及SCR法工作原理
• 2.1 烟气脱硝技术
• 2.1.1 气相反应法
• 2.1.2 等离子体活化法
• 2.1.3 吸附法
• 2.1.4 液体吸收法
• 2.2 SCR法烟气脱硝系统原理
• 2.3 工业SCR法脱硝系统介绍
• 2.3.1 工业SCR工艺系统
• 2.3.2 工业SCR脱硝系统的布置
• 2.4 SCR催化剂介绍
• 2.4.1 催化剂的组成
• 2.4.2 催化剂的分类
• 2.4.3 商用催化剂
• x脱除效率影响因素'>2.5 SCR工艺NO_x脱除效率影响因素
• 2.5.1 空速及流态对脱硝效率的影响
• 2.5.2 氨氮摩尔比对脱硝效率的影响
• 2.5.3 喷氨喷头的选型、布置方式、安装位置对脱硝效率的影响
• 2.5.4 反应温度对脱硝效率的影响
• 2.5.5 催化剂对脱硝效率的影响
• 2、水、飞灰、砷等副产物对脱硝效率的影响'>2.5.6 SO₂、水、飞灰、砷等副产物对脱硝效率的影响
• 3.本课题SCR法脱硝系统介绍
• 3.1 本课题SCR法脱硝试验装置
• 3.1.1 燃气系统
• 3.1.2 NO发生系统
• 3.1.3 试验喷氨系统
• 3.1.4 混合系统
• 3.1.5 气流均布系统
• 3.1.6 反应器
• 3.2 SCR法脱硝系统空气动力场描述
• 3.3 改善气流均匀性的措施
• 3.3.1 导流板
• 3.3.2 气流均布板
• 3.4 气流均布性的判定
• 3掺混描述'>3.5 SCR法脱硝系统NH₃掺混描述
• 4 FLUENT数值计算方法
• 4.1 FLUENT软件介绍
• 4.1.1 FLUENT软件概述
• 4.1.2 FLUENT软件优点
• 4.2 FLUENT数值模拟方法
• 4.2.1 直接模拟
• 4.2.2 非直接模拟
• 4.3 湍流模型
• 4.3.1 Reynolds应力模型
• 4.3.2 粘涡模型
• 4.3.3 标准κ-ε模型控制方程
• 4.4 物质输运模型
• 4.5 多孔介质模型
• 4.5.1 多孔介质模型的限制
• 4.5.2 多孔介质模型控制方程
• 4.6 微分方程的离散求解
• 4.6.1 微分方程的离散方法
• 4.6.2 微分方程的离散格式
• 4.6.3 欠松弛因子
• 4.7 收敛判据
• 5 SCR脱硝系统数值模拟
• 5.1 数值模拟的进行步骤
• 5.2 SCR脱硝系统的GAMBIT模型
• 5.3 SCR脱硝系统的工况条件
• 5.4 网格划分
• 5.4.1 网格划分原则
• 5.4.2 网格划分方法
• 5.5 边界条件确定及计算模型输入
• 5.5.1 湍流模型的边界条件确定及计算模型输入
• 5.5.2 多孔介质模型的边界条件确定及计算模型输入
• 6 数值模拟结果分析
• 6.1 数值模拟结果分析方法
• 6.2 混合器布置方式的确定及数值模拟结果分析
• 6.2.1 无混合器数值模拟结果
• 6.2.2 设置两片混合器数值模拟结果
• 6.2.3 设置四片混合器并且间隔250mm数值模拟结果
• 6.3 导流系统布置方式的确定及数值模拟结果分析
• 6.3.1 无导流装置数值模拟结果
• 6.3.2 设置导流片数值模拟分析
• 6.3.3 设置多向组合导流片数值模拟结果
• 6.4 SCR脱硝系统压力场数值模拟结果分析
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 问题与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录