一种用于模拟锅炉尾部烟气流动过程的数值计算方法技术

本发明专利技术涉及一种用于模拟锅炉尾部烟气流动过程的数值计算方法，包括如下步骤：步骤1，建立SCR装置模型，并抽取烟道的流体域；步骤2，划分不同区域的网格，使网格质量和数量贴合计算机的性能和计算精度要求；步骤3，采用基于压力的分离式SIMPLE求解器，展开迭代求解。本发明专利技术依据燃煤机组运行状态参数，借助计算机仿真工具，实现CFD数值求解计算，省略了实际测量工作所需的成本和时间，可在一定程度上再现实际烟气的流动情况，得出烟道内任意位置的流速、压强等物理参数，并且适用于多种工况下流动过程，可以为现场工作中的流场优化提供参考依据。据。据。

【技术实现步骤摘要】
一种用于模拟锅炉尾部烟气流动过程的数值计算方法


[0001]本专利技术涉及火力发电
，尤其涉及一种用于模拟锅炉尾部烟气流动过程的数值计算方法。

技术介绍

[0002]近年来，我国工业化水平提高，氮氧化物排放增加的问题也日益严峻。由于选择性催化还原技术(SCR)具有工艺成熟、脱硝率高、经济实用性好等特点，在火力发电行业得到了广泛应用。某电厂的SCR装置布置于高尘区，飞灰对管道的冲蚀效果严重，且过量喷氨生成的硫酸氢氨易堵塞空预器等设备，原系统内布置的导流装置需要改进优化。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种用于模拟锅炉尾部烟气流动过程的数值计算方法，分析SCR装置内部的流场问题，达到优化流场装置的目的。
[0004]本专利技术提供了一种用于模拟锅炉尾部烟气流动过程的数值计算方法，包括如下步骤：
[0005]步骤1，建立SCR装置模型，并抽取烟道的流体域；
[0006]步骤2，划分不同区域的网格，使网格质量和数量贴合计算机的性能和计算精度要求；
[0007]步骤3，采用基于压力的分离式SIMPLE求解器，展开迭代求解，包括：
[0008]导入求解器进行计算：
[0009]根据机组运行状态，设置材料的物性参数，其中烟气密度0.6kg/m3，黏度2.88
×
10
‑
5kg/(m
·
s)，定压比热1.127
×
103J/(kg
·
℃)，导热率0.0476W/(m
·
℃)，设定速度进口边界，流速6.6m/s，温度330℃，设定出口压力边界，压强
‑
760Pa，温度290℃；
[0010]采在CFD数值计算方法设定求解问题为不可压缩黏性湍流流动，采用标准k
‑
ε湍流模型，该模型采用以下两组方程展开计算：
[0011]湍流动能方程k：
[0012][0013]湍流耗散率方程ε：
[0014][0015]方程(1)、(2)中，G
k
是时均速度梯度产生的湍动能，G
b
是脉动速度梯度产生的湍动能，Y
M
在不可压缩流动中为0，C
1ε
，C
2ε
和C
3ε
是常数，σ
k
和σ
ε
分别是k和ε对应湍流普朗特数，S
k
和S
ε
分别是自定义的源项，设置为0；
[0016]使用SIMPLE算法进行求解，采用速度和压力的修正方程，达到质量守恒的条件从
而得到对应的压力场，正确的压力场p带入动量方程所得的速度场表达式如下：
[0017][0018][0019]引入压力修值与速度修正值，方程(3)、(4)改写成，
[0020]a
i,j
u
′
i,j
＝∑a
nb
u
′
nb
+(p
′
i
‑
1,j
‑
p
′
i,j
)A
i,j
ꢀꢀꢀ
(5)
[0021]a
i,j
v
′
i,j
＝∑a
nb
v
′
nb
+(p
′
i
‑
1,j
‑
p
′
i,j
)A
i,j
ꢀꢀꢀ
(6)
[0022]任意一点上的速度修正值是由两部分组成的，一部分是该速度在同一方向上的相邻两节点间压力修正值之差，另一部分是由邻点速度修正值引起的；
[0023]先采用一阶精度计算1000步后，改用二阶精度计算400～500步后达到收敛条件；
[0024]判断达到收敛条件：默认条件是各项监测量的残差值小于10
‑3，其中基于压力求解器的残差值计算公式如下，
[0025][0026]式中，a
P
φ
P
是中心系数与监测变量的乘积，a
nb
φ
nb
是临近区域系数与检测变量的乘积，b是常数项，该式通过将各区域的系数乘积差值叠加，来得到总体的残差；
[0027]计算后，连续方程、x，y，z方向速度、k、ε残差值达到10
‑4以下，能量方程残差值达到10
‑7以下。
[0028]进一步地，所述步骤1包括：
[0029]根据SCR装置的实际尺寸，建立1：1仿真模型；其中，组成烟道的各个部分，包括入口变径烟道、下部90
°
弯头、氨氮混合区直管烟道、上部90
°
弯头，反应器，反应器出口烟道，通过拉伸、扫描、放样曲面特征，建立完整的SCR装置模型，而后抽取由外壳组成的流体域；对导流板、整流格栅、喷氨格栅进行曲面建模，对反应器内的催化剂层划分单独的流域。
[0030]进一步地，所述步骤2包括：
[0031]对SCR装置的上下弯头流道，喷氨格栅层和整流格栅层划分四面体网格，其余位置划分六面体核心网格，使六面体核心网格在管道边界上生成四面体网格，在流动的中心区域生成规则的结构化六面体网格；对于复杂的外形和曲面模型，统一采用四面体建模。
[0032]借由上述方案，用于模拟锅炉尾部烟气流动过程的数值计算方法，具有如下技术效果：
[0033]1、本专利技术通过建立原始烟道模型，可以准确地再现烟道内各级导流装置的布置情况，为CFD计算提供可靠的模型依据，同时为流场优化提供参考标准。
[0034]2、本专利技术在不同区域划分不同层次的网格，一方面保证网格质量达到求解器要求标准，另一方面网格数量能贴合计算机性能要求，计算过程可以在一天内完成。
[0035]3、本专利技术通过k
‑
ε双方程湍流模型和SIMPLE算法，对划分好网格的区域进行迭代求解，可以再现烟道内任意位置的流速和压强，而且极大地节省了现场试验测量所需的成本和时间，适用于不同工况下机组运行参数。
[0036]4、本专利技术提供的数值计算结果具备一定的准确性，能够反应出烟道内流场现存的
问题，为流场优化方案提供方向和理论依据。
[0037]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
[0038]图1是本专利技术中仿真SCR装置流场情况的整体流程图。
[0039]图2是本专利技术中建立SCR装置模型图。
[0040]图3是本专利技术采用SIMPLE算法流程图。
[0041]图4是本专利技术计算后SCR装置截面流场图。
具体实施方式
[0042]下面结合附图和实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于模拟锅炉尾部烟气流动过程的数值计算方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，建立SCR装置模型，并抽取烟道的流体域；步骤2，划分不同区域的网格，使网格质量和数量贴合计算机的性能和计算精度要求；步骤3，采用基于压力的分离式SIMPLE求解器，展开迭代求解，包括：导入求解器进行计算：根据机组运行状态，设置材料的物性参数，其中烟气密度0.6kg/m3，黏度2.88
×
10
‑
5kg/(m
·
s)，定压比热1.127
×
103J/(kg
·
℃)，导热率0.0476W/(m
·
℃)，设定速度进口边界，流速6.6m/s，温度330℃，设定出口压力边界，压强
‑
760Pa，温度290℃；采在CFD数值计算方法设定求解问题为不可压缩黏性湍流流动，采用标准k
‑
ε湍流模型，该模型采用以下两组方程展开计算：湍流动能方程k：湍流耗散率方程ε：方程(1)、(2)中，G
k
是时均速度梯度产生的湍动能，G
b
是脉动速度梯度产生的湍动能，Y
M
在不可压缩流动中为0，C
1ε
，C
2ε
和C
3ε
是常数，σ
k
和σ
ε
分别是k和ε对应湍流普朗特数，S
k
和S
ε
分别是自定义的源项，设置为0；使用SIMPLE算法进行求解，采用速度和压力的修正方程，达到质量守恒的条件从而得到对应的压力场，正确的压力场p带入动量方程所得的速度场表达式如下：到对应的压力场，正确的压力场p带入动量方程所得的速度场表达式...

【专利技术属性】
技术研发人员：程建明，赵锐，唐勇，肖寒，张艳宾，段海超，李志强，高春雨，殷东，章雅楠，王哲焜，朱邦那，
申请(专利权)人：中国大唐集团科学技术研究总院有限公司中国大唐集团科学技术研究总院有限公司华北电力试验研究院，
类型：发明
国别省市：