基于非均匀入口条件的SCR氨喷射方法

为了提高选择性催化还原(SCR)脱硝系统烟气流场和还原剂浓度在反应器内分布的均匀性,以300MW四角切圆燃煤锅炉SCR系统为原型,基于更符合SCR工程实际的非均匀入口边界条件,采用数值模拟计算方法,分析不同氨喷射方法时还原剂的分布特性和标准偏差.结果表明:SCR入口NO通量偏差大,最大值为46.7%;弯道C布置4块导流板时,E-E截面速度偏差系数从18.13%降低到13.61%;SCR入口采用涡流板均匀喷氨时,E-E截面氨氮比标准偏差系数Ch为17.52%,调整为非均匀喷氨时,Ch为15.56%,不均匀性效果改善不明显;SCR入口采用喷氨格栅多喷嘴设置,且实行分区非均匀喷氨控制方法时,E-E截面的Ch降低至4.72%,对流场速度均匀性分布几乎没有影响,说明该方法是SCR系统还原剂有效控制方法.     

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%。     

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.     

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。     

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.     

SCR烟气脱硝反应器整流装置和烟道导流板采用流场模拟优化设计

SCR烟气脱硝反应器的性能主要取决于进入脱硝反应器内的NOx与NH3的混合均匀度及混合气体在进入第一层催化剂前温度、速度分布的均匀性和烟气进入催化剂前流向角偏。该文以某燃煤锅炉烟气脱硝工程的SCR装置为研究对象,采用数值模拟方法研究反应器内烟气的流动分布,在此基础上,对导流板及整流格栅进行简化,在保证混合气体进入第一层催化剂前的流向角偏差小于10°,提高了脱硝反应器的性能,进一步优化了SCR反应器的运行。     

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%.     

基于CFD和RSM的船舶SCR脱硝装置结构优化

以某船舶选择性催化还原(SCR)系统为研究对象,将计算流体力学(CFD)与响应面法(RSM)相结合,获得了催化剂尺寸、混合室位置等结构参数对于流场、脱硝效率和氨逃逸率的影响规律.在此基础上以CFD数据为样本拟合响应函数,并通过求解响应函数极值的方法实现了SCR装置结构的小型化.数值模拟结果表明,混合室的设置提高了尿素与尾气混合均匀性.同时,随着SCR反应器尺寸缩小,脱硝效率和氨逃逸量分别下降和增加.通过RSM优化后的SCR反应器可缩小15.9%～45.2%,混合室的最佳位置为SCR前1.70～2.39 m处,优化后系统脱硝效率超过90%,氨逃逸量小于5×10~(-6).     

基于离散相的选择性催化还原脱硝装置流场优化模拟

国内某660 MW超临界机组SCR脱硝装置在实际运行中出现催化剂磨损,为解决该问题以保证脱硝效率不受影响,利用数值模拟软件FLUENT模拟研究了原始脱硝装置内的流场分布情况。通过分析结果得出影响催化剂磨损的因素,并且经过多次模拟试验提出了优化方案,并对优化方案实施后的现场进行了测试。结果表明：通过将反应器上方方形顶部改为楔形顶、适当增减导流板数量以及改变导流板间距可以大大优化烟气速度场以及飞灰颗粒浓度场,从而可以在很大程度上提高SCR脱硝系统的效率。     

汽轮机调节阀全工况三维流场特性的数值研究

依据厂方提供的汽轮机调节阎原始设计和冷态试验数据以及电厂的运行反馈信息，对2种不同进汽方式的调节阀在全工况运行参数下进行了三维流场特性的数值模拟．研究结果表明，环形通道是主控通流能力、流动特性和稳定性的关键部分，其流场变化最为剧烈，小升程工况时在不足40mm的极短区间内马赫数可从0．1升至1．9．阀座内的流场特性表现为：小升程工况时主流集中于通道的中心部位；中等升程工况时在阀碟下方出现较大的空穴区，并有显著的回流特征，这不仅影响通流能力，更为不利的是会引起不稳定性流动；高升程工况时流场分布趋于均匀。     

基于HUST-Ship的船舶自航仿真流场特性分析

模型试验中监测船舶周围流动特性需要花费较高的成本,基于数值试验水池的虚拟试验模拟方法能够较为方便地捕捉船舶航行过程中其周围的精细流场特征.本研究基于重叠网格方法实现数值试验水池网格与船模网格的嵌入,形成船舶自航数值试验模型.运用粘性流CFD方法开展船舶航行过程中的流场特性数值仿真工作并进行可靠性验证.不同国际标模在数值试验水池中的试验结果表明,数值预报结果与模型试验结果之间的差别小于3%,且数值试验能够捕捉得到自由液面升高与速度分布云图等流动细节的特征.研究表明,基于数值试验水池的虚拟试验方法无论对船舶宏观水动力性能还是精细流场流动特性都能够实现高精度数值预报.     

面向DCS优化控制的氨法脱硫过程模拟

为了实现氨法脱硫过程优化控制,建立了脱硫塔喷淋脱硫过程气液流动与化学反应耦合的三维数理模型,气相场采用k-ε湍流模型,喷淋液采用颗粒轨道模型,SO_2的吸收基于双膜理论.以2个单塔烟气处理量750 000 m~3/h的喷淋塔为对象,通过数值模拟考察了烟气流速、入口烟气SO_2浓度、液气比对脱硫效率的影响.研究结果显示:随着烟气流速及入口SO_2浓度增大、液气比的降低,脱硫效率降低.在此基础上,结合现场运行数据,构建了DCS优化控制函数,采用Visual C++与M ATLAB混合编程开发了流场可视化模块,并将其嵌入DCS系统中.在360M W热电厂烟气脱硫系统上,实现了氨法脱硫过程数据的实时显示分析和优化控制,确保了脱硫效率在95%~99%之间.     

超低排放燃煤电站SO3生成及全流程分布特性

对多个电厂省煤器出口和SCR出口烟气中SO3浓度进行了测试,并对两个典型超低排放1000MW机组50%、75%和100%负荷烟气中SO3浓度进行了全流程现场实验,主要研究典型燃煤电站中三氧化硫的生成和全流程分布特性。结果表明,三氧化硫炉内生成率一般在0.145%-0.785%之间,SCR装置内SO3生成率为0.165-0.86%。空预器后SO3浓度降低,降低幅度为18.3-28.1%;传统静电除尘器和低低温静电除尘器对三氧化硫的脱除率分别9999为7.5-10%和20.2-31.4%。传统湿法脱硫装置和高效脱硫除尘一体化装置对SO3的脱除率分别为22.2-29.5%和26.2-36.7%。采用湿法脱硫+湿式静电除尘器的组合方式实现超低排放的燃煤电站对SO3的总脱除效率为61.2-76.4%,最终排放浓度为2.48-3.36mg/Nm3。采用高效脱硫除尘一体化装置的燃煤电站三氧化硫总脱除效率为59.3-62%,最终排放浓度为6.8-8.6mg/Nm3。     

液压锥阀阀口流场数值模拟与仿真分析

利用计算流体动力学(CFD)技术对液压锥阀流场内部流动情况进行了数值模拟.针对阀口附近压力梯度大、速度突变的特点,通过对该区的流线、流型及压力分布情况进行分析,发现由于高速流动和流体脱离而产生的低压区以及旋涡流动是阀内气穴产生的根本原因.该研究对于建立基于流场仿真预测阀口气穴的方法,以及对液压元件的气蚀、噪声控制都具有重要的参考价值.     

煤粉浓缩器对旋流煤粉燃烧NO排放影响的研究

为研制低污染旋流煤粉燃烧器,研究了煤粉浓缩器中旋流煤粉燃烧时NO的排放情况.用相位多普勒测速仪对在浓缩器中加入或不加入物料时的冷态两相流动速度,湍动能以及颗粒浓度进行了实验研究.用生成NO的统一二阶矩代数模型、HCN释放的简化Solomon模型和煤粉燃烧的全双流体模型,就浓缩器对旋流煤粉燃烧器NO生成的影响进行了数值模拟,给出了湍流动能、煤粉浓度、温度和NO浓度分布.冷态实验结果和数值模拟结果符合较好,两者都表明,煤粉浓缩器增大了回流区内煤粉浓度.热态模拟结果表明,煤粉浓缩器降低了NO生成.     

基于STAR-CCM+的整车空调系统计算流体动力学模拟分析

为研究整车空调系统在不同工作模式下的流场分布情况,基于计算流体动力学方法,采用流体分析软件STAR-CCM+对空调系统除霜除雾及吹面模式下内部流场进行数值模拟,分析各风道出风量风量分配的合理性及前挡风玻璃速度分布的均匀性。结果表明：空调系统内部气流流动较顺畅,在除霜除雾模式工作时前挡玻璃A区、左右两侧窗驾驶员视野区的速度分布不理想;吹面模式下中间风道两出风口的速度及风量分配不均匀,影响了气流均匀性。针对速度分布不均、风量分配不均匀的问题提出了相应的优化方案,优化后前档风玻璃表面速度明显改善,侧窗玻璃表面速度略有提升,除霜性能满足国标要求;优化后各吹面风道风量分配更加均匀,有利于乘员舱的舒适性。研究结果可为整车空调系统风道的设计及优化提供仿真数据支撑及理论参考。     

铜PS转炉内的流域分布和混合时间研究

铜锍吹炼是铜精矿火法冶炼工艺的关键工序之一，目前全世界85%的冰铜均是采用PS转炉进行吹炼的。铜锍PS转炉吹炼是一个涉及化学反应、传热、传质的复杂的多相流体流动过程，吹炼过程中的流场分布特征、气锍渣分布规律以及物料混合特性对转炉生产率和铜回收率等指标起着重要影响。本文旨在通过可视化的冷态水模型试验模拟研究转炉吹炼高温冶炼过程流域分布和混合特性，进而对吹炼工艺进行优化。基于相似性原理建立了1:5等比例PS转炉冷态试验模型，采用高速摄像技术对吹炼过程的流场进行了动态记录，并基于图像处理技术对气液喷吹过程的流域进行了划分，包括喷吹区、喷溅区、强混合区、弱混合区、死区，并且对不同流域进行了定量化分析。此外，本文提出了一种新的判据，即“浓度稳定混合区波动极值”判据，用于判定不同示踪剂加入方式炉内的混合时间，进而确定了最佳的投料位置为喷吹波回落区，可明显提升转炉吹炼的混合效率。     

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%。     

水泥分解炉SNCR脱硝的数值模拟研究

选取吉林某3 200 t/d新型干法水泥生产线为研究对象,使用Ansys-Fluent软件进行仿真数值模拟,在得到分解炉内部热态规律的基础上,探究影响喷氨脱硝效果的因素。实验分别研究了喷氨高度、喷氨速度、喷氨角度、氨氮比、氨水雾化粒径、喷氨深度、喷口数量各因素对脱硝效果的影响。结果表明:优化后的喷氨高度为42 m,喷氨速度为80 m/s,喷氨角度为0°,氨氮比为1.8,氨水雾化粒径为100μm,喷氨深度为750 mm,喷口数量为4个,沿圆周呈90°均匀分布。在此优化工况条件下,可以达到76.89%的脱硝效率。