一种燃煤电厂SCR脱硝系统流场优化设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种燃煤电厂SCR脱硝系统流场优化设计方法，包括如下步骤：步骤一、模型构建；步骤二、模型网格划分；步骤三、设置边界条件；步骤四、数值模拟计算，开展SCR反应器内导流板布置形式以及改变导流板形状结构对烟气流动的均匀性模拟，共开展10个工况的模拟；步骤五、加装整流格栅及直板型导流板的数值模拟；步骤六、根据数值模拟确定导流板优化设计。本发明专利技术基于数值模拟优化技术的导流板优化设计方法，通过数值模拟确定了导流板的优化设计，从根本上解决流场分布不均匀的问题，并通过多工况下的数值模拟，提出了楔形区域的导流板布置方法，实现了流场均匀性。实现了流场均匀性。实现了流场均匀性。

【技术实现步骤摘要】
一种燃煤电厂SCR脱硝系统流场优化设计方法


[0001]本专利技术涉及SCR脱硝系统流场优化
，具体涉及一种燃煤电厂SCR脱硝系统流场优化设计方法。

技术介绍

[0002]燃煤电厂SCR脱硝系统流场受到锅炉负荷、烟道流场结构设计等多种因素，直接影响脱硝系统入口流场分布均匀性，由于SCR脱硝系统出口氨逃逸量高，导致空气预热器堵塞等问题，机组被迫停机，严重影响电厂安全、稳定运行。
[0003]现有方法无法解决流场均匀性的技术问题，试验方法工作量大，而且对于工程大尺度流场设计，缺乏相关的手段，影响了流场均匀性。现有技术缺乏一种流场优化设计方法，本专利技术专利提出了一种基于数值模拟优化技术的导流板优化设计方法，从根本上解决流场分布不均匀的问题，并通过多工况下的数值模拟，提出了楔形区域的导流板布置方法，实现了流场均匀性。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种燃煤电厂SCR脱硝系统流场优化设计方法，针对燃煤机组设计的SCR系统进行烟道内导流板布置形式以及导流板结构变化对反应器内烟气流动均匀性研究的数值模拟实验，解决了上述
技术介绍
中提到的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种燃煤电厂SCR脱硝系统流场优化设计方法，包括如下步骤：
[0006]步骤一、模型构建；
[0007]步骤二、模型网格划分；
[0008]步骤三、设置边界条件；
[0009]步骤四、数值模拟计算，开展SCR反应器内导流板布置形式以及改变导流板形状结构对烟气流动的均匀性模拟，共开展10个工况的模拟；
[0010]步骤五、加装整流格栅及直板型导流板的数值模拟；
[0011]步骤六、根据数值模拟确定导流板优化设计。
[0012]优选的，步骤一中，设烟气为单相气体，不考虑粉尘对流场的影响，将烟气视为不可压缩流体，且为定常流动，设省煤器出口处烟气速度分布均匀，流体孔隙度设置为0.9，采用修正k
‑
ε模型模拟气体湍流流动，采用物质输运模型模拟多种物质的混合，采用多孔介质模型模拟催化剂结构。
[0013]优选的，步骤二中，设SCR反应器模型共计300万总网格数目，采用分区画网格法进行网格划分，将计算区域分解为入口烟气区域、喷氨格栅区域、烟道区域、导流板区域、整流板区域和催化剂层区域。
[0014]优选的，所述喷氨格栅区域为不规则体，采用四面体网格生成，共200万网格；其他区域为规则结构，均采用结构化六面体网格生成，共100万网格。
[0015]优选的，步骤三中，烟道入口采用速度进口边界条件，设置省煤器出口湿烟气量，烟气温度，根据烟气流量、成分和入口尺寸得到烟气速度；烟道出口为Outflow边界条件；固体壁面、导流板和整流板均设为壁面Wall，采用标准壁面方程，无滑移边界条件；喷氨入口为速度入口，喷射角度与烟气流动方向相同，成0
°
角。
[0016]优选的，步骤四中，所述导流板形状结构共有四种：a
‑
直弧直型，b
‑
直弧型，c
‑
弧型，d
‑
弧直型；
[0017]其中，在同一模拟工况下，反应器入口导流板、左导流板和右导流板均为相同形状；
[0018]在反应器入口导流板和左导流板处按烟气流动方向，在流动截面上均匀布置a
‑
直弧直型的导流板；
[0019]在反应器右导流板处均匀布置相同形状结构的导流板。
[0020]优选的，在步骤四的10个工况中，其中工况1～4为SCR入口导流板布置数量分别为11、7、13和16的工况；工况5～7为SCR入口导流板布置数量为13块的工况，以及导流板形状结构分别为b、c、d三种的工况。
[0021]优选的，步骤五中，在催化剂烟道首层加装与催化剂烟道尺寸相同的整流格栅，基于加装整流格栅的模型开展不同长度、不同倾角及不同间距的多工况对比。
[0022]优选的，所述对比的指标条件是：能大幅度提升楔形烟道及催化剂烟道中烟气分布的均匀性，同时避免高速烟气流经倾斜布置的直板型导流板时形成两个大回流区。
[0023]优选的，所述的导流板优化设计具体是指：
[0024]1)在楔形烟道入口布置4片倾斜设置的直板型导流板；
[0025]2)第3～4片导流板由下至上采用渐扩的倾角布置方式；
[0026]3)位于中部及上部的倾斜导流板采用较大的倾斜角度；
[0027]4)催化剂烟道中靠近前墙、后墙及中央部分烟气流场由直板型导流板倾斜布置。
[0028]本专利技术的有益效果是：本专利技术基于数值模拟优化技术的导流板优化设计方法，通过数值模拟确定了导流板的优化设计，从根本上解决流场分布不均匀的问题，并通过多工况下的数值模拟，提出了楔形区域的导流板布置方法，实现了流场均匀性。
附图说明
[0029]图1为本专利技术方法步骤流程示意图；
[0030]图2为SCR系统总体尺寸图；
[0031]图3为SCR系统结构示意图；
[0032]图4为喷氨格栅结构示意图；
[0033]图5为四种不同形状的导流板结构图；
[0034]图6为反应器中心截面(y＝5m)网格划分示意图；
[0035]图7为喷氨格栅、入口导流板和左导流板(y＝5m)网格示意图，(a)为喷氨格栅，(b)为入口导流板，(c)为左导流板；
[0036]图8为整流格栅三维模型图；
[0037]图9为3片同角度、变长度直板型导流板布置流场的速度云图及烟气流线图，(a)为速度云图，(b)为烟气流线图；
[0038]图10为4片同角度、变长度直板型导流板布置流场的速度云图及烟气流线图，(a)为速度云图，(b)为烟气流线图；
[0039]图11为5片同角度、变长度直板型导流板布置流场的速度云图及烟气流线图，(a)为速度云图，(b)为烟气流线图；
[0040]图12为4片变角度、变长度直板型导流板布置(第3、4片导流板倾角、长度一致)流场的速度云图及烟气流线图，(a)为速度云图，(b)为烟气流线图；
[0041]图13为4片变角度、变长度直板型导流板布置(楔形烟道入口中部区域附近的导流板采用角度为10度的倾角)流场的速度云图及烟气流线图，(a)为速度云图，(b)为烟气流线图；
[0042]图14为4片变角度、变长度直板型导流板布置(楔形烟道入口中部区域附近的导流板采用角度为15度的倾角)流场的速度云图及烟气流线图，(a)为速度云图，(b)为烟气流线图；
[0043]图15为4片变角度、变长度直板型导流板布置(不同y方向长度尺寸递增)流场的速度云图及烟气流线图，(a)为速度云图，(b)为烟气流线图；
[0044]图16为导流板DLB
‑
4尺寸示意图；
[0045]图17为导流板DLB
‑
4安装尺寸示意图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃煤电厂SCR脱硝系统流场优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、模型构建；步骤二、模型网格划分；步骤三、设置边界条件；步骤四、数值模拟计算，开展SCR反应器内导流板布置形式以及改变导流板形状结构对烟气流动的均匀性模拟，共开展10个工况的模拟；步骤五、加装整流格栅及直板型导流板的数值模拟；步骤六、根据数值模拟确定导流板优化设计。2.根据权利要求1所述的燃煤电厂SCR脱硝系统流场优化设计方法，其特征在于：步骤一中，设烟气为单相气体，不考虑粉尘对流场的影响，将烟气视为不可压缩流体，且为定常流动，设省煤器出口处烟气速度分布均匀，流体孔隙度设置为0.9，采用修正k
‑
ε模型模拟气体湍流流动，采用物质输运模型模拟多种物质的混合，采用多孔介质模型模拟催化剂结构。3.根据权利要求1所述的燃煤电厂SCR脱硝系统流场优化设计方法，其特征在于：步骤二中，设SCR反应器模型共计300万总网格数目，采用分区画网格法进行网格划分，将计算区域分解为入口烟气区域、喷氨格栅区域、烟道区域、导流板区域、整流板区域和催化剂层区域。4.根据权利要求3所述的燃煤电厂SCR脱硝系统流场优化设计方法，其特征在于：所述喷氨格栅区域为不规则体，采用四面体网格生成，共200万网格；其他区域为规则结构，均采用结构化六面体网格生成，共100万网格。5.根据权利要求1所述的燃煤电厂SCR脱硝系统流场优化设计方法，其特征在于：步骤三中，烟道入口采用速度进口边界条件，设置省煤器出口湿烟气量，烟气温度，根据烟气流量、成分和入口尺寸得到烟气速度；烟道出口为Outflow边界条件；固体壁面、导流板和整流板均设为壁面Wall，采用标准壁面方程，无滑移边界条件；喷氨入口为速度入口，喷射角度与烟气流动方向相同，成0o角。6.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：程辉国，
申请(专利权)人：国能清远发电有限责任公司，
类型：发明
国别省市：