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变截面烟道SCR烟气脱硝反应器整流装置的优化研究

作　者: 蒋新伟
导　师: 高翔；方梦祥
学　校: 浙江大学
专　业: 工程热物理
关键词: 选择性催化还原变截面烟道流场数值模拟优化设计
分类号: X701.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction, SCR)烟气脱硝技术作为目前最为成熟的脱硝技术之一,是燃煤电站锅炉控制NOX排放的主要选择。SCR烟气脱硝系统的速度分布、烟气和氨的均匀混合对脱硝效率有很大的影响。在我国,由于很多SCR装置为电厂后期改造项目,存在一定的空间限制,喷氨格栅(AIG)上游会出现不规则的变截面烟道,因此对带有变截面烟道的SCR反应器进行优化研究具有一定的工程指导意义。本文以某电厂660MW燃煤机组SCR脱硝系统为研究对象,针对AIG上游存在的不规则变截面烟道对系统流场影响较大的情况,对AIG上游的整流装置进行了优化研究,并提出了新的设计方法。本文首先采用数值模拟方法研究了AIG上游的多孔板对SCR系统流场的影响,结果表明加装多孔板后对AIG上游速度分布的均匀性有极大的提高,速度分布均匀性Cvv值可以从37.4%降低到15.4%。在加装多孔板后,继续考察了变截面倾斜烟道处导流板的等角度布置,布置角度从560-76°变化对SCR反应器内流场的影响,结果表明AIG上游的速度分布均匀性Cvv值会随着角度的增大呈现先减小后增大的趋势,这主要是由于变截面处导流板的引流作用使得AIG上游两壁面处的速度分布呈现相反趋势,这两种趋势的综合作用使Cvv值在64°时达到最低值。然而,等角度布置对系统流场的优化作用有限,反应器内的速度场和浓度场分布仍不均匀,因此,本文在此基础上通过分析E系数的变化趋势进一步提出了导流板变角度的优化设计方案。结果表明与导流板均为64°的布置方案相比,变角度布置可减小AIG上游两壁面处速度与平均速度的偏差,并使AIG入口速度Cvv值从15.4%进一步降低至12.4%,催化剂入口速度分布、烟气和氨的混合也都更加均匀,以保证较高的脱硝效率和较低的氨逃逸率。另外研究发现变角度布置还可以优化催化剂入口的气流入射角度,使烟气垂直进入催化剂层,有利于减小烟气对催化剂的冲蚀磨损。最后进行了冷态模型试验并验证了数值模拟方法的合理性及其结果的准确性。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-9
第一章绪论  9-17
  1.1. NO_x的来源与危害  9-10
    1.1.1. NO_x的来源  9
    1.1.2. NO_x的危害  9-10
  1.2. 我国的NO_x排放及控制情况  10-13
  1.3. SCR烟气脱硝技术  13-15
    1.3.1. SCR系统布置方式及典型工艺流程  13-14
    1.3.2. SCR脱除NO_x的化学原理  14-15
  1.4. 本文主要研究内容  15-17
第二章 SCR反应器整流装置  17-25
  2.1. 前言  17-18
  2.2. SCR反应器整流装置  18-24
    2.2.1. AIG  19-20
    2.2.2. 导流板与整流格栅  20-24
  2.3. 本章小结  24-25
第三章 AIG上游整流装置的优化研究  25-51
  3.1. 前言  25
  3.2. SCR反应器模型计算  25-31
    3.2.1. 几何模型及网格划分  25-28
    3.2.2. 数学模型  28-31
      3.2.2.1. 流动模型  28-29
      3.2.2.2. 催化剂层模拟模型  29-31
      3.2.2.3. 物质输送模型  31
  3.3. 均匀性评价方法  31-32
  3.4. 多孔板对SCR反应器流场影响研究  32-36
    3.4.1. 多孔板布置位置  32
    3.4.2. 多孔板数学模型  32-33
    3.4.3. 多孔板对流场影响结果分析  33-36
      3.4.3.1. 速度场分析  33-35
      3.4.3.2. 浓度场分析  35-36
  3.5. 导流板布置对流场影响研究  36-45
    3.5.1. 等角度布置工况  36-37
    3.5.2. 等角度布置对流场影响结果分析  37-41
      3.5.2.1. 速度场分析  37-39
      3.5.2.2. 浓度场分析  39-41
    3.5.3. 变角度布置工况  41-42
    3.5.4. 变角度布置对流场影响结果分析  42-45
      3.5.4.1. 速度场分析  42-44
      3.5.4.2. 浓度场分析  44-45
  3.6. SCR反应器整体流场特性  45-49
  3.7. 本章小结  49-51
第四章 SCR反应器优化的试验验证  51-60
  4.1. 物理模型及试验工况  51-53
  4.2. 试验系统介绍  53
  4.3. 测试方法  53-54
  4.4. 冷模试验结果分析  54-59
    4.4.1. 速度场分析  54-57
    4.4.2. 浓度场分析  57-58
    4.4.3. 流动阻力分析  58-59
    4.4.4. 数值模拟和冷模试验流场分布结果对比  59
  4.5. 本章小结  59-60
第五章总结及展望  60-62
  5.1. 全文总结  60-61
  5.2. 工作展望  61-62
参考文献  62-66
致谢  66

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