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分解炉内SNCR脱硝的仿真与优化

作　者: 邓波
导　师: 徐顺生
学　校: 湘潭大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 分解炉 SNCR 脱硝数值模拟优化分析
分类号: TQ172.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 34次
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内容摘要

水泥工业大量排放的NOX是主要空气污染物之一。开发新型水泥低NOX煅烧和脱氮技术对环保和环境的可持续发展具有重要意义。本文结合中材湘潭水泥有限公司5500t/dTTF分解炉内选择性非催化还原（SNCR）脱除氮氧化物开展数值模拟研究，主要工作如下：建立了分解炉的几何模型、煤粉燃烧模型以及脱硝模型。根据分解炉的实际运行情况，选取一典型工况对其进行数值模拟，得出了煤粉燃烧的数值解。在燃烧数值解的基础上，采用NO_x生成模型，模拟计算得出了分解炉内NO_x的分布情况。根据NO_x的生成机理和分布情况，采用非催化还原（SNCR）方法，对分解炉进行脱硝的模拟计算。文章主要针喷氨嘴安装高度、对喷氨速率以及喷射角度对脱硝的影响展开研究，从NO_x出口浓度，脱硝率以及氨残余进行分析，得出脱硝的最优值。通过模拟，得到的结论如下：（1）煤粉在分解炉内进行无焰燃烧。燃烧的最高温度出现在三次风入口附近和煤粉入口的上部空间，燃烧主要区域温度在1240~1520K，无局部高温出现。由于燃烧的作用，分解炉内生成的氮氧化物主要为燃料型NOX，集中在分解炉上部区域，并呈现中间浓度高，靠近壁面少的特点。（2）在对分解炉内燃烧和NO生成模拟的基础上开展了SNCR脱硝过程的数值模拟，并将脱硝率和出口NH3残余量作为SNCR的优化目标，通过改变喷氨速率、喷氨嘴安装高度以及还原剂喷射角度等方法对脱硝过程进行优化：SNCR技术能显著降低NO浓度，在基础工况下脱硝率可以达到87.9%；对于喷嘴安装高度的优化，在分解炉24m高度以上按步长4m选择喷氨点，通过结果比较，得出分解炉最佳喷氨位置为36m；对喷氨速率的优化，在最优的喷氨位置下，喷氨速率从10-90m/s范围内按步长10m/s选择9组数据进行模拟，通过结果比较，分解炉最佳喷氨速率为60m/s；对于喷射角度的优化，在喷氨最佳安装位置和喷射速率的基础上，还原剂喷入角度15°~165°按步长15°选择11组数据进行模拟，通过结果比较，还原剂最佳喷射角度为60°。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-18
  1.1 我国 NO_x排放现状  9
  1.2 水泥工业中 NO_x的生成原理与控制  9-12
    1.2.1 水泥工业中 NO_x的生成原理  9-11
    1.2.2 水泥工业 NO_x 排放的控制  11-12
  1.3 分解炉中应用 SNCR 的介绍及分析  12-13
    1.3.1 分解炉内 SNCR 工艺介绍及分析  12-13
    1.3.2 分解炉内 SNCR 技术的关键问题  13
  1.4 国内外研究现状  13-17
    1.4.1 SNCR 反应机理相关研究  14-15
    1.4.2 分解炉内 SNCR 模拟的相关研究  15-17
  1.5 本课题来源和研究内容  17-18
第2章分解炉数值模型的建立和数值方法  18-25
  2.1 分解炉数学模型  18-23
    2.1.1 基本假设  18
    2.1.2 湍流模型  18-20
    2.1.3 煤粉燃烧模型  20-21
    2.1.4 NO_x生成模型  21-22
    2.1.5 SNCR 脱硝模型  22-23
  2.2 数值解法  23-24
  2.3 本章小结  24-25
第3章分解炉内燃烧的数值模拟  25-34
  3.1 物理模型及边界条件  25-28
    3.1.1 分解炉结构特点及网格划分  25-26
    3.1.2 边界条件  26-28
  3.2 燃烧模拟结果及分析  28-30
    3.2.1 分解炉内流场分布  28-29
    3.2.2 分解炉内 O2分布  29
    3.2.3 分解炉内温度分布  29-30
  3.3 NO_x的生成与分布  30-32
    3.3.1 NO 的生成  30-31
    3.3.2 分解炉内 NO 分布规律  31-32
  3.4 本章小结  32-34
第4章 SNCR 脱硝的模拟及优化  34-54
  4.1 SNCR 系统的初步设计  34-36
  4.2 SNCR 脱除 NO_x模拟结果  36-39
    4.2.1 SNCR 脱除 NO_x后浓度分布  36-37
    4.2.2 出口处氨残余的检测  37-38
    4.2.3 误差分析  38-39
  4.3 喷嘴结构对脱硝过程的影响  39-41
  4.4 SNCR 脱硝系统的优化  41-52
    4.4.1 喷嘴安装高度的优化  41-44
    4.4.2 喷氨速率的优化  44-48
    4.4.3 氨水喷射角度的优化  48-52
  4.5 本章小结  52-54
第5章结论与展望  54-56
  5.1 结论  54-55
  5.2 展望  55-56
参考文献  56-61
致谢  61-62
附录  62

分解炉内SNCR脱硝的仿真与优化

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