SCR脫硝流場(chǎng)多維度數(shù)值模擬優(yōu)化方法研究及應(yīng)用
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- SCR脫硝流場(chǎng)多維度數(shù)值模擬優(yōu)化方法研究及應(yīng)用1 前言
SCR（Selective Catalytic Reduction，選擇性催化還原）脫硝技術(shù)具有占地面積小、脫硝效率高、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的煙氣脫硝技術(shù)。它的基本原理是將稀釋后的還原劑氨氣噴入到溫度為290-430℃的煙氣中，煙氣與氨氣進(jìn)行均勻混合后，在催化劑的作用下氨氣和氮氧化物發(fā)生氧化還原反應(yīng)使氮氧化物被還原成無害的氮?dú)夂退�。脫硝效率、氨逃逸率、催化劑使用壽命是評(píng)價(jià)SCR脫硝性能優(yōu)劣的主要依據(jù)，在工程實(shí)踐中，除了催化劑自身?xiàng)l件外，流場(chǎng)是影響SCR脫硝性能的關(guān)鍵因素。理想的流場(chǎng)不但可以提高SCR脫硝效率，降低氨逃逸率，而且可以減少催化劑因低速氣流積灰堵塞或 高速氣流沖刷磨損，從而延長(zhǎng)催化劑的使用壽命，因此SCR脫硝工程需要對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
目前在工程應(yīng)用中，普遍采用CFD（Computational Fluid Dynamic，計(jì)算流體力學(xué)）數(shù)值模擬方法對(duì)SCR脫硝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在SCR脫硝裝置內(nèi)部布置氣流和氨濃度均布裝置，包括導(dǎo)流板、整流格柵、混合器等，之后再結(jié)合冷態(tài)物模試驗(yàn)做輔助驗(yàn)證，并最終確定SCR脫硝裝置內(nèi)部具體結(jié)構(gòu)。在數(shù)值模擬階段主要是對(duì)氣流和氨濃度均布裝置位置、數(shù)量、尺寸進(jìn)行調(diào)整使流場(chǎng)達(dá)到以下優(yōu)化指標(biāo)：
①首層催化劑前斷面速度分布均勻，速度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于15%；
②首層催化劑前斷面氨濃度分布均勻，濃度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于5%；
相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值是定量評(píng)價(jià)測(cè)試斷面數(shù)據(jù)均勻性的依據(jù)，其值越小表明數(shù)據(jù)越均勻，采用Cv表示：
公式1 相對(duì)濃度Cv
式中，Cv-相對(duì)均方根差；xi-測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，如速度、濃度；x-測(cè)點(diǎn)平均值；n-截面測(cè)點(diǎn)數(shù)。
2 SCR脫硝流場(chǎng)多維度數(shù)值模擬優(yōu)化方法
SCR脫硝流場(chǎng)優(yōu)化難點(diǎn)在于使首層催化劑前斷面煙氣速度和氨濃度分布均勻，Cv分別小于15%和5%。目前，采用數(shù)值模擬方法對(duì)煙氣SCR脫硝裝置內(nèi)流場(chǎng)優(yōu)化主要依據(jù)經(jīng)驗(yàn)在變徑煙道、轉(zhuǎn)彎煙道設(shè)置導(dǎo)流板、在催化劑前設(shè)置整流格柵等（如圖1所示），然后對(duì)三維流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，并不斷對(duì)導(dǎo)流裝置結(jié)構(gòu)、數(shù)量、位置、尺寸進(jìn)行調(diào)整直至流場(chǎng)滿足SCR脫硝優(yōu)化設(shè)計(jì)要求。由于SCR脫硝流場(chǎng)數(shù)值模擬網(wǎng)格數(shù)量大（可能多達(dá)一千萬），每個(gè)算例（每次調(diào)整對(duì)應(yīng)于一個(gè)算例）計(jì)算需要花很長(zhǎng)時(shí)間；另外，對(duì)SCR脫硝流場(chǎng)調(diào)整缺乏有效的指導(dǎo)方法，具有一定盲目性，要使流場(chǎng)達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)要求需要經(jīng)過很多次調(diào)整，因此整個(gè)優(yōu)化工作耗時(shí)量大。...
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