基于流场诊断的燃煤电站SCR系统喷氨优化及试验验证

为实现SCR系统的安全高效运行,采用CFD数值模拟技术开展660 MW燃煤电站SCR系统流场优化.根据喷氨格栅前烟气流动特性解析喷氨支管阀门权重,基于权重阀开展喷氨优化研究.分析了优化前后首层催化剂入口截面烟气速度/浓度分布特性,搭建冷态模化试验装置对数值模拟研究结果进行验证.研究结果表明:导流板合理优化布置可有效改善流场分布的均匀性,速度标准偏差可相对减少约71.30%;基于权重阀优化喷氨使喷氨特性与烟气流动特性匹配良好,改善了浓度分布的均匀性,浓度标准偏差相对减少约24.95%;冷态模化试验值与数值模拟值吻合良好,两者偏差仅为3.08%;流场/权重阀喷氨优化协同作用能够最大限度提升燃煤电站SCR系统的工作性能.     

变截面烟道内导流板与布风板对再热器入口流场影响

为了分析导流板和布风板对变截面烟道内再热器入口速度分布均匀性的影响,基于N-S方程,首先对无导流板和布风板的原始烟道进行了三维流热耦合数值模拟研究;然后与仅安装导流板和同时安装导流板与布风板的烟道模型计算结果进行了对比。得到了三种不同结构条件下扩张段内流场,以及再热器入口截面速度场标准偏差系数的对比结果与变化规律。结果表明:(1)在无导流板和布风板的原始烟道中,烟气在扩张段内的速度分布极其紊乱,进而造成再热器入口速度分布极不均匀;(2)导流板的安装有利于提高再热器入口速度分布的均匀性,相对于无导流板和布风板的再热器入口截面的标准偏差系数C_v降低了15%;(3)布风板的安装不仅能够提高再热器入口速度分布的均匀性,而且能够改善布风板上游扩张段内部速度的分布情况,标准偏差系数C_v与无导流板和布风板的烟道流场结果相比降低了30.3%。     

大型燃煤锅炉SNCR/SCR混合脱硝数值模拟及工程验证

为了提高选择性非催化还原/选择性催化还原(SNCR/SCR)混合脱硝中的还原剂在锅炉尾部烟道内的分布均匀性,基于FLUENT平台,对300 MW燃煤机组SNCR/SCR混合脱硝系统进行了数值模拟,重点分析转向室补氨喷射位置、混合器结构对烟气中氨氮组分混合的影响,计算结果与试验测量数据吻合很好.结果表明:SNCR反应后,转向室出口还原剂分布极不均匀;转向室侧墙补氨喷枪越靠近转向角位置,越有利于提升烟道内还原剂的平均分布;SCR反应器入口烟道设置新型复合X型混合器,进一步强化NH3与烟气的均匀混合,反应器首层催化剂入口截面还原剂浓度分布偏差从22%降低至7.4%;将优化的补氨喷射位置与混合器结构应用于现场锅炉,SNCR和SCR脱硝效率分别达到了35%和78.4%,SNCR/SCR联合脱硝效率达85.96%,脱硝效果良好.     

非均匀入口条件下SCR脱硝系统精准喷氨策略

采用数值计算的方法,根据全尺度数值模拟计算结果和实际测量数据获得符合工程实际情况的SCR非均匀入口边界条件,模拟了整个SCR系统的烟气流动过程.根据喷氨格栅处速度场和浓度场获取NO通量,以此为基准精确分配各喷管喷氨量.研究了不同喷口布置的氨气与NO的对流扩散混合特性,分析了喷氨格栅中喷口密度N、开孔率φ、喷口角度α三个结构参数对SCR反应器内氨氮混合质量、氨氮比分布均匀性的影响.结果表明:增大喷口密度N可以有效地优化氨氮混合效果.当N15.34个/m~2时,增加N对氨氮混合效果的影响不再显著;混合指数β随着喷口开孔率φ的增大会出现先减小后增大的趋势;改变喷口角度α可以改善氨氮混合效果,喷口垂直布置时氨氮混合效果最佳.     

选择性催化还原烟气脱硝系统冷模实验研究

以某电厂2×300MW燃煤机组选择性催化还原（SCR）烟气脱硝系统为研究对象建立了冷态实验模型,考察了导流板、喷氨格栅（AIG）及静态混合器对系统内速度场和浓度场的影响。实验结果表明：烟道内导流板的加入对系统内速度、浓度均匀性具有明显的改善作用,保证了反应器内速度分布变异系数（CV）低于15%、浓度分布CV低于10%;静态混合器的加入能进一步改善系统内的速度、浓度均匀性;新开发的三角形排布AIG比矩形排布AIG性能略优,而新开发的三角翼式静态混合器的混合效果明显优于传统圆管式静态混合器。     

双进双出型SCR脱硝反应器内导流板设计和数值模拟优化

为了优化某燃煤电厂215 MW锅炉的双进双出型选择性催化还原(SCR)烟气脱硝系统内流场与浓度场,提高脱硝系统的脱硝效率,应用计算流体力学方法对脱硝系统内流场与浓度场进行数值模拟。分别采用k-ε双方程模型和物质组分输运方程模型计算了烟气的湍流流动与氨浓度场分布,研究了原设计方案下脱硝系统内流场和浓度场分布规律,通过优化导流板结构与布置对脱硝系统进行了结构优化。研究结果表明,原设计方案中无导流板情况下,反应器内流场和氨浓度场分布严重不均;优化后,脱硝系统内第一层催化剂入口处烟气速度偏差与氨浓度偏差分别为6.86%和4.62%。     

非均匀入流对CAP1400核主泵内流及性能的影响研究

针对CAP1400反应堆冷却剂系统中,由于蒸发器下腔室和核主泵直接相连导致核主泵入口产生非均匀入流,从而影响核主泵内部流场的问题,通过基于剪切应力运输模型的全三维CFD模拟方法,对蒸发器下腔室和核主泵联合模型进行数值模拟,分析了蒸发器下腔室致非均匀流动的形成机理,研究了非均匀入流对核主泵内部流动和水力性能的影响。结果表明：下腔室非对称结构和突缩截面的流动分离是非均匀流动的主要成因。在额定工况下,非均匀入流导致左侧和右侧核主泵扬程分别下降6.0%、5.1%,效率分别下降7.2%、6.6%;在0.5～1.2倍额定流量工况范围内,性能下降幅度与流量呈正相关。非均匀入流呈现轴向速度分布不均匀并伴随二次流动的稳定结构,并且左右两侧叶轮内非均匀入流的旋流畸变特性和轴向速度分布不同。叶轮入口旋流畸变引起入口冲角发生变化,与均匀入流相比,左右两侧叶轮叶高中部的冲角变化相反,而叶顶部分冲角均增加、叶根部分冲角均减小;叶轮入口轴向速度不均匀引起左右两侧叶轮各流道的流量波动分别增大3倍和2倍,降低了核主泵的运行稳定性。     

燃煤电站SCR系统气固流动与催化剂磨损的混合数值模拟与优化

以某660 MW燃煤锅炉SCR脱硝系统为对象,建立了电站实际烟气环境下的催化剂磨损评估模型.首先,利用计算流体力学软件(CFD)搭建SCR反应器模型,计算反应器内气流分布及飞灰颗粒轨迹.在此基础上,采用MATLAB软件构建催化剂床层内部详细结构,并以CFD模型计算的流场及灰场为边界条件,计算空间不同区域催化剂的磨损速率.模拟结果与冷态试验及磨损抽检试验结果吻合良好.结果表明,催化剂的磨损与入口流场均呈现双峰分布,割除整流器上方三角筋能使催化剂入口速度标准偏差从23. 2%下降至10. 2%,使磨损双峰大幅降低;改造转角烟道导流板能降低贴墙气流的速度,提高颗粒分散度,使催化剂入口飞灰浓度的标准偏差从63. 4%降至55. 6%,消除了前墙附近催化剂磨损过重的现象.     

S-CO2煤粉锅炉NOx超低排放设计与优化

为了实现超临界二氧化碳（S-CO₂）布雷顿循环燃煤发电的NO_x超低排放,首先对一台1 000 MW级S-CO₂煤粉锅炉进行了热力系统分析与燃烧数值试验,以获得尾部烟道温度分布以及炉膛出口烟气特性;在此基础上,构建了NO_x超低排放设计方案,采用数值模拟与正交试验相结合的方法研究了结构参数对脱硝性能的影响规律,并对SCR脱硝系统的内部结构进行优化.结果表明,S-CO₂煤粉锅炉炉膛出口温度比传统水蒸气锅炉高,需将该锅炉的空气预热器分为2级,将SCR脱硝反应器置于2级空气预热器之间,SCR脱硝反应器前端的空气预热器吸热量为215.83 MW.催化剂上游结构对催化层入口速度偏差影响最大.优化后的脱硝系统第1层催化剂入口相对标准偏差系数为10.19%.     

陶瓷过滤器脉冲反吹系统内流场的数值模拟

将陶瓷过滤器滤管内流场简化为二维轴对称、可压缩、非稳态湍流流场 ,采用贴体网格和计算流体力学方法对脉冲反吹系统内流场进行了数值模拟。模拟结果表明 ,在脉冲反吹过程中 ,引射空间和滤管内、外流场均为非稳态流场。在气体引射过程中 ,喷吹气流与被引射气流的相互作用不断变化。在初始阶段 ,由于喷吹气体速度较小 ,引射器入口区域存在二次引射现象。随着喷吹气体速度的增大 ,引射气量也逐渐增加 ;当脉冲反吹过程临近结束时 ,管内气体首先在引射器入口外侧的集气室内流动 ,随后逐渐扩展到引射器内部区域。