论文总字数：14857字

摘 要

以660MW机组为例，对大型SCR脱硝工程核心的反应器和连接管道进行设计研究。基于设计任务书，确定模型关键参数。运用GAMBIT软件建立SCR脱硝装置的数学模型，进行整体系统结构的优化设计。

用CFD软件FLUENT模拟SCR脱硝系统反应器及其连接烟道内烟气的流动过程，得到装置内部的烟气速度分布。以流体力学为理论依据，重点研究了反应器和连接管道的结构要点。反应器顶部采用斜顶结构。在管道和反应器中加装导流板并改进导流板的位置和数量形状，有效的在整体大空间范围上使烟气速度分布均匀，并使烟气速度降至合理大小，使烟气流场分布满足工程实际要求。

关键词：脱硝系统 速度分布 结构优化

Numerical Simulation of Flow Field in Denitration System of 660MW Coal-fired Boiler

Abstract

Taking the 660 MW unit as an example, the design of reactors and connecting pipes in the core of large-scale SCR denitrification projects was studied. Based on the design task book, determine the key parameters of the model. The GAMBIT software was used to establish the mathematical model of the SCR denitrification device and the overall system structure was optimized.

     The CFD software FLUENT was used to simulate the flow of flue gas in the SCR denitrification reactor and its connection to the flue. The internal flue gas velocity distribution was obtained. Based on the theoretical basis of fluid mechanics, the key points of the structure of reactors and connecting pipes were studied. The top of the reactor has an inclined roof structure. The guide plates are installed in the pipelines and reactors, and the position and quantity shape of the guide plates are improved. The distribution of the velocity of the flue gas is evenly distributed over the entire large space, and the flue gas velocity is reduced to a reasonable size, so that the flue gas The flow field distribution meets the actual engineering requirements.

Key Words：Denitrification system ;Speed distribution; Structural optimization

目录

摘要…………………………………………………………………Ⅰ

Abstract……………………………………………………………Ⅱ

第一章 论绪……………………………………………………………1

1.1研究背景和意义……………………………………………………………1

1.1.1氮氧化物的危害……………………………………………………1

1.1.2研究意义……………………………………………………………2

1.2国内外SCR脱硝技术发展、研究概况………………………………………2

1.2. 1国外SCR脱硝技术发展概况…………………………………………2

1.2.2国内SCR脱硝技术发展概况…………………………………………3

1.2.3国内外SCR法数值模拟技术发展概况………………………………3

1.3数值仿真……………………………………………………………………3

1.3.1模型试验方法………………………………………………………5

1.3.2数值模拟方法………………………………………………………5

1.3.3数值模拟方法的优点………………………………………………6

1.4总结…………………………………………………………………………7

第二章 模拟理论及方法………………………………………………8

2.1数值模拟方法简介…………………………………………………………8

2.2网格划分原则………………………………………………………………8

第三章 结构设计……………………………………………………9

3.1SCR系统模型建立…………………………………………………………9

3.2系统网格的划分…………………………………………………………10

第四章 反应器及连接烟道优化布置………………………………11

4.1系统的流场分布…………………………………………………………11

4.1.1脱硝系统内烟气的速度分布分析…………………………………11

4.1.2布置优化方案………………………………………………………12

4.1.3第二次优化…………………………………………………………13

4.1.4第三次优化…………………………………………………………14

4.2三维结构模拟……………………………………………………………15

4.3小结………………………………………………………………………16

第五章 结论……………………………………………………18

参考文献……………………………………………………………19

致谢………………………………………………………………21

第一章 绪论

1.1研究背景和意义

电厂烟气中的氮氧化物污染引起的环境问题日益严重，各个国家对氮氧化物的治理的重视都在。氮氧化物污染物主要来源于煤炭、石油这些化石燃料的燃烧。中国主要的环境污染物来自于煤炭燃烧产物，因为大气污染所带来的各种环境问题，中国的可持续发展战略一直不能很好的实施。中国污染环境的烟气主要是来自于火力燃煤发电厂煤炭燃烧后排放的含硫含氮烟气，因此，要想治理大气污染，就一定要重点治理这些工厂。现如今，中国的经济发展迈上了一个新的台阶，并且预计2020年的经济总量将会是2000年的两倍之多，随着经济的快速发展，对于电力需求也将会呈现巨大的增加，这样的经济发展速度下，全国总装机容量必须要达到9亿-10亿千瓦才能满足经济发展的要求。因而，必须要有效的对火力发电厂的烟气污染物进行控制，否则中国就要面临非常严重的大气环境问题，同时电力行业的可持续发展也将无从谈起。中国的电力供应主要是以燃煤发电为主，燃煤发电过程主要产生的氮氧化物有NO、NO₂以及N₂O。随着中国监管部门对工厂监管力度的加大，燃煤电厂加装脱硝装置已是必不可少^[1]。

电厂锅炉燃煤烟气脱硝的方法中，选择性催化还原法(SCR)是目前最好的方法^[2]。21世纪以后，中国在大力发展经济的同时也开始推进科学及时的进步，越来越开始重视环境科学，不断加强环保产业的发展。由于国家对环境污染物排放的要求越来越严格，国家环境监管机构对燃煤电厂锅炉烟气尾气的排放也作出了明文规定。目前，中国对于发电厂烟气中的含硫污染物的处理技术已经足够完善，锅炉基本都加装了有效的烟气脱硫装置。因此，目前来说接下来要重点进行的工作就是控制氮氧化物的排放。上个世纪70年代的时候，大部分的发达国家就已经开始重视对电厂烟气中氮氧化物的处理，都制定了比较严格的排放限制。中国目前发电方式主要还是依靠传统的燃煤火力发电，随着经济发展速度的加快，大量使用燃煤引起的环境污染日益严重，燃煤烟气中的NO_X对环境破环尤其严重。随着电力系统的发展，中国燃煤电厂锅炉氮氧化物年排放量在2000年的时候已经达到300万吨。而且曾经有机构对中国多个地区的污染物排放情况做过调查，根据调查结果估测，如果对氮氧化物的排放控制继续保持目前的状况，到2020年中国的含氮烟气污染物排放量将会达到2000年的十倍。结合上述情况，我国现有的锅炉烟气脱氮技术明显已经不能满足现在的环境污染状况，必须要着重去处理氮氧化物的污染问题了^[2]。

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