發(fā)布時間：2017-06-12 12:08

  本文關(guān)鍵詞：SCR脫硝反應器數(shù)值模擬及性能優(yōu)化研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：煙氣SCR脫硝技術(shù)是一種運行穩(wěn)定、高效的煙氣脫硝技術(shù),也是目前火電廠應用最為廣泛的煙氣脫硝技術(shù)。脫硝反應器是SCR脫硝工藝的核心和關(guān)鍵設備,研究高效可靠的的SCR脫硝反應器具有十分重要的意義。本文以火電廠600MW脫硝反應器的典型結(jié)構(gòu)為研究對象,利用COMSOL軟件對其進行數(shù)值模擬優(yōu)化研究,得出如下結(jié)論:(1)建立了SCR脫硝反應器湍流流動、傳熱以及傳質(zhì)反應的三維模型,對模型以及網(wǎng)格劃分進行了考核。通過考核,選取1m的模型和50萬網(wǎng)格能夠滿足計算精度要求。熱態(tài)模擬結(jié)果可以得出:反應器主體結(jié)構(gòu)中流速呈現(xiàn)左邊小右邊大的分布狀態(tài),且以一定的入射角度進入催化劑層,在催化劑表面兩側(cè)煙氣入射角度較大,約為90o即垂直進入,而在中間靠右部位煙氣入射角度較小,最低約為70o;反應器主體結(jié)構(gòu)左側(cè)溫度較高,而右側(cè)溫度較低,溫度相差約為3K左右;在催化劑層內(nèi)溫度分布也是呈現(xiàn)左側(cè)溫度較高,而右側(cè)溫度較低,且溫度變化比較均勻;催化劑層內(nèi)NH3和NO分布呈現(xiàn)左側(cè)較高右側(cè)較低的分布狀態(tài);反應器出口NO平均濃度為1.02×10-3mol/m3,NH3出口平均濃度為9.24×10-4mol/m3,計算出脫硝反應器的脫硝效率為66.06%,氨逃逸率為22.81%。(2)對脫硝反應器催化劑層脫硝性能的影響因素進行了數(shù)值分析研究,研究結(jié)果表明:隨著煙氣流速的升高,催化劑層的脫硝效率由77.88%下降到60.67%,氨的逃逸率由1.27%增加到21.99%,壓力損失由253Pa增加到591Pa;脫硝效率隨著溫度的升高先升高后降低,在溫度為550K時達到最高;而氨逃逸率隨著溫度的升高逐漸降低,當煙氣溫度超過500K時,氨逃逸率變化不明顯;氨氮比從0.9增加到1.2,催化劑層的脫硝效率由67.47%增加到74.66%,同時氨逃逸率由7.05%增加到22.37%;催化劑層高度由1.6m增加到2.4m,催化劑層脫硝效率由64.01%提高到73.89%;氨逃逸率由17.82%降低到5.91%;壓力損失由337Pa增加到506Pa;以催化劑層的操作參數(shù)(煙氣溫度T、氨氮比x0、煙氣速度v)和結(jié)構(gòu)參數(shù)(催化劑長度L)為研究變量,建立了多目標優(yōu)化模型,得到最優(yōu)結(jié)果對應的各參數(shù)值:T=550.3K、x0=0.93、L=2.3m、v=2.0m/s。優(yōu)化值相比于初始值脫硝效率提高了11%左右,氨逃逸率降低82%左右,壓力損失降低8.4%左右。(3)噴氨孔直徑由30mm逐漸增加到70mm,反應器的脫硝效率由66.06%逐漸增加到71.71%,氨逃逸率由25.85%降低到20.20%,當噴氨孔直徑增加到60mm時,脫硝效率和氨逃逸率變化已經(jīng)不明顯;隨導流板1安裝高度的增加,脫硝反應器的脫硝效率先升高后降低,氨的逃逸率先降低后升高,且當安裝高度增大到12.0m時,脫硝效率和氨逃逸率變化不明顯;隨導流板1豎直偏移距離的增大,脫硝反應器的脫硝效率先減小然后又增大,其中最小值與最大值的相對誤差分別為1.7%和9.2%;隨導流板2安裝高度的增加,脫硝反應器的脫硝效率逐漸降低,氨的逃逸率逐漸增加,且當安裝高度增大到12.55m時,脫硝效率和氨逃逸率變化已經(jīng)不明顯;隨導流板2豎直偏移距離的增大,脫硝反應器的脫硝效率先減小然后又增大,其中最小值與最大值的相對誤差分別為3.2%和8.2%;催化劑層安裝高度的增加,脫硝反應器的脫硝效率先逐漸增加然后又逐漸減小,其中最小值與最大值的相對誤差分別為1.5%和3.5%。(4)建立了脫硝反應器多目標優(yōu)化模型,優(yōu)化結(jié)果表明:結(jié)構(gòu)參數(shù)r=0.061m、H1=11.550m、H2=11.050m時達到最優(yōu),最優(yōu)值脫硝效率為78.02%、氨逃逸率為13.02%,壓力損失為421.95Pa,相比于初始值脫硝效率提高了15.7%左右,氨逃逸率降低43%左右,壓力損失幾乎沒有變化。
【關(guān)鍵詞】：SCR 反應器 數(shù)值模擬 多目標優(yōu)化
【學位授予單位】：鄭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X773
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 1 緒論12-23
• 1.1 研究背景及意義12
• 1.2 火電廠NO_x產(chǎn)生與控制技術(shù)12-14
• 1.2.1 氮氧化物的產(chǎn)生12-13
• 1.2.2 火電廠氮氧化物控制技術(shù)13-14
• 1.3 SCR煙氣脫硝還原技術(shù)概述14-18
• 1.3.1 SCR工藝系統(tǒng)14-15
• 1.3.2 SCR系統(tǒng)的布置15-17
• 1.3.3 SCR脫硝反應器17-18
• 1.4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-22
• 1.4.1 實驗研究現(xiàn)狀18-20
• 1.4.2 數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀20-22
• 1.5 本文主要研究內(nèi)容22-23
• 2 火電廠SCR脫硝反應器數(shù)值計算模型23-29
• 2.1 SCR脫硝反應過程23-24
• 2.2 數(shù)值計算模型24-28
• 2.2.1 守恒方程24
• 2.2.2 湍流流動模型24-25
• 2.2.3 化學組分輸運模型25
• 2.2.4 多孔介質(zhì)模型25-26
• 2.2.5 SCR脫硝化學反應模型26-28
• 2.3 本章小結(jié)28-29
• 3 SCR脫硝反應器的熱態(tài)模擬29-42
• 3.1 研究對象29-30
• 3.2 模型建立及網(wǎng)格劃分30-31
• 3.3 邊界條件及求解參數(shù)設置31-32
• 3.4 網(wǎng)格獨立性考核32-34
• 3.5 計算單元獨立性考核34
• 3.6 結(jié)果分析34-40
• 3.6.1 流場分析34-36
• 3.6.2 溫度場和壓力場分析36-38
• 3.6.3 催化劑層濃度場分析38-40
• 3.7 本章小結(jié)40-42
• 4 脫硝反應器催化劑層參數(shù)優(yōu)化分析42-53
• 4.1 前言42-43
• 4.1.1 研究對象42-43
• 4.1.2 控制方程43
• 4.2 操作參數(shù)對反應器脫硝性能的影響43-46
• 4.2.1 煙氣速度對催化劑層脫硝性能的影響44
• 4.2.2 煙氣溫度對催化劑層脫硝性能的影響44-45
• 4.2.3 氨氮比對催化劑層脫硝性能影響45-46
• 4.3 催化劑結(jié)構(gòu)參數(shù)對催化劑脫硝性能的影響46-47
• 4.4 催化劑層多目標優(yōu)化研究47-51
• 4.4.1 多目標優(yōu)化47-48
• 4.4.2 催化劑層操作參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化48-49
• 4.4.3 優(yōu)化參數(shù)設置49
• 4.4.4 優(yōu)化結(jié)果分析49-51
• 4.5 本章小結(jié)51-53
• 5 脫硝反應器結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)優(yōu)化研究53-82
• 5.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)對脫硝反應器脫硝性能的影響53-78
• 5.1.1 導流板1安裝高度對脫硝性能的影響53-57
• 5.1.2 導流板2安裝高度對脫硝性能的影響57-61
• 5.1.3 不同噴氨孔直徑對脫硝性能的影響61-65
• 5.1.4 導流板2豎直偏移距離對脫硝性能的影響65-69
• 5.1.5 導流板1豎直偏移距離對脫硝性能的影響69-74
• 5.1.6 催化劑層安裝位置對脫硝性能的影響74-78
• 5.2 脫硝反應器多目標優(yōu)化研究78-80
• 5.2.1 脫硝反應器結(jié)構(gòu)參數(shù)多目標優(yōu)化78-79
• 5.2.2 多目標優(yōu)化參數(shù)設置79
• 5.2.3 優(yōu)化結(jié)果分析79-80
• 5.3 本章小結(jié)80-82
• 6 總結(jié)與展望82-85
• 6.1 結(jié)論82-83
• 6.2 創(chuàng)新點83
• 6.3 展望83-85
• 參考文獻85-88
• 個人簡歷、在學期間發(fā)表的學術(shù)論文與研究成果88-89
• 致謝89

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