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煙氣脫硝設計中的流體均布分析

日期:2021/7/19 Click:878
中心面流場分布、催化劑入口截面氨濃度改造前后的數值計算結果如圖1所示。結果表明,原始方案催化劑入口截面上速度均方根偏差比較大,不符合SCR流場對均勻程度的要求。在CFD計算結果中,改造前后的氨濃度場差別不大,但是,在多個運行負荷的情況下,改造后氨濃度CV值比較小,因此,整體均勻性要比改進前好。
流場分布是影響脫硝效率的主要因素之一。在大型電站鍋爐中,選擇性催化恢復煙氣脫硝過程非常復雜,因此采用CFD方法計算導流板改善前后流動場所,比較CV值說明改善前后差異。結果表明,通過導流板可以明顯提高導流板前后流場的均勻性。氨濃度分布受負荷限制,60%和84%負荷時,改善后氨濃度分布均勻,為脫硝改造提供理論依據。

氮氧化物在強烈的紫外線作用下生成光化學煙霧,選擇性催化還原法是常用的脫硝方案。該方法結構簡單,運行可靠,脫硝效率高,無副產品等,但煙流通徑變化時煙速突變,流場分布不均衡,產生渦流,脫硝性能下降。因此,一般來說,可以在變徑處加入導流板來解決這個問題。

1均勻性評價指標和結果分析

在本文的計算中引入了可以表現場均勻性的相對標準偏差(CV值),定量分析場均勻性。通過CV值的比較,可以判斷出流場的均勻性。

相對標準偏差CV值的定義式為:

式(1)(2)中:CV為相對標準偏差(也被稱為“變異系數”);S為標準偏差;為所有采樣點的平均速度值;Vi為第i個采樣點的速度值;n為采樣點個數。

CV值對比,可判斷截面上游場均勻性。CV值越小,均勻性越好;CV值越大,均勻性越差。當第一層催化劑層入口截面的速度CV值低于15%時,也就是認為流場的均勻性達到令人滿意的水平。中心面流場分布、催化劑入口截面氨濃度改造前后數值計算結果如圖1所示。

計算結果表明,改進前流體在煙氣出口彎道處流速比較大。原始設計設置了導流板,但速度在該位置較大,容易引起干擾。調整后的導流板附近的區域流速下降,上下過渡比較均勻。這表明改進后的流程更加均勻。

改進前后速度CV值與氨濃度CV值對比情況如圖2所示。

結果表明,原創方案催化劑入口截面上速度均方根偏差較大,不符合SCR流場對均勻度的要求。通過改進入口煙道、垂直煙道轉彎處的導流葉片,催化劑入口截面速度均方根偏差均小于原始,速度CV值偏差僅為2%,流場均勻度大大改善。

在CFD計算結果中,改造前后氨濃度場的差別并不大,但在多個運行負的情況下,改造后氨濃度CV值小,因此整體的均勻性優于改善前。

2結論

本文采用CFD方法模擬、分析導流板改進方案,通過84%、70%和60%運行負荷下的速度場CV值和氨濃度CV值的比較,分析了原始方案中存在的問題。由此說明2種工況下的速度場和氨濃度場的均勻性,并為降低設計成本、縮短時間提供了理論參考依據。

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