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SCR脫硝流場多維度數值模擬優化方法研究及應用

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更新時間：2020-01-19
發布人：haojgj1

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SCR脫硝流場多維度數值模擬優化方法研究及應用1 前言
    SCR（Selective Catalytic Reduction，選擇性催化還原）脫硝技術具有占地面積小、脫硝效率高、技術成熟等優點，是當前應用最廣泛的煙氣脫硝技術。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，煙氣與氨氣進行均勻混合后，在催化劑的作用下氨氣和氮氧化物發生氧化還原反應使氮氧化物被還原成無害的氮氣和水。脫硝效率、氨逃逸率、催化劑使用壽命是評價SCR脫硝性能優劣的主要依據，在工程實踐中，除了催化劑自身條件外，流場是影響SCR脫硝性能的關鍵因素。理想的流場不但可以提高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，從而延長催化劑的使用壽命，因此SCR脫硝工程需要對流場進行優化設計。
    目前在工程應用中，普遍采用CFD（Computational Fluid Dynamic，計算流體力學）數值模擬方法對SCR脫硝進行優化設計，在SCR脫硝裝置內部布置氣流和氨濃度均布裝置，包括導流板、整流格柵、混合器等，之后再結合冷態物模試驗做輔助驗證，并最終確定SCR脫硝裝置內部具體結構。在數值模擬階段主要是對氣流和氨濃度均布裝置位置、數量、尺寸進行調整使流場達到以下優化指標：
    ①首層催化劑前斷面速度分布均勻，速度相對標準偏差小于15%；
    ②首層催化劑前斷面氨濃度分布均勻，濃度相對標準偏差小于5%；
    相對標準偏差值是定量評價測試斷面數據均勻性的依據，其值越小表明數據越均勻，采用Cv表示：

公式1 相對濃度Cv
    式中，Cv-相對均方根差；xi-測點數據，如速度、濃度；x-測點平均值；n-截面測點數。
2 SCR脫硝流場多維度數值模擬優化方法
    SCR脫硝流場優化難點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，采用數值模擬方法對煙氣SCR脫硝裝置內流場優化主要依據經驗在變徑煙道、轉彎煙道設置導流板、在催化劑前設置整流格柵等（如圖1所示），然后對三維流場進行數值計算，并不斷對導流裝置結構、數量、位置、尺寸進行調整直至流場滿足SCR脫硝優化設計要求。由于SCR脫硝流場數值模擬網格數量大（可能多達一千萬），每個算例（每次調整對應于一個算例）計算需要花很長時間；另外，對SCR脫硝流場調整缺乏有效的指導方法，具有一定盲目性，要使流場達到優化設計要求需要經過很多次調整，因此整個優化工作耗時量大。...

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