SCR脱硝流场多维度数值模拟优化方法研究及应用
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- SCR脱硝流场多维度数值模拟优化方法研究及应用1 前言
SCR（Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原）脱硝技术具有占地面积小、脱硝效率高、技术成熟等优点，是当前应用最广泛的烟气脱硝技术。它的基本原理是将稀释后的还原剂氨气喷入到温度为290-430℃的烟气中，烟气与氨气进行均匀混合后，在催化剂的作用下氨气和氮氧化物发生氧化还原反应使氮氧化物被还原成无害的氮气和水。脱硝效率、氨逃逸率、催化剂使用寿命是评价SCR脱硝性能优劣的主要依据，在工程实践中，除了催化剂自身条件外，流场是影响SCR脱硝性能的关键因素。理想的流场不但可以提高SCR脱硝效率，降低氨逃逸率，而且可以减少催化剂因低速气流积灰堵塞或 高速气流冲刷磨损，从而延长催化剂的使用寿命，因此SCR脱硝工程需要对流场进行优化设计。
目前在工程应用中，普遍采用CFD（Computational Fluid Dynamic，计算流体力学）数值模拟方法对SCR脱硝进行优化设计，在SCR脱硝装置内部布置气流和氨浓度均布装置，包括导流板、整流格栅、混合器等，之后再结合冷态物模试验做辅助验证，并最终确定SCR脱硝装置内部具体结构。在数值模拟阶段主要是对气流和氨浓度均布装置位置、数量、尺寸进行调整使流场达到以下优化指标：
①首层催化剂前断面速度分布均匀，速度相对标准偏差小于15%；
②首层催化剂前断面氨浓度分布均匀，浓度相对标准偏差小于5%；
相对标准偏差值是定量评价测试断面数据均匀性的依据，其值越小表明数据越均匀，采用Cv表示：
公式1 相对浓度Cv
式中，Cv-相对均方根差；xi-测点数据，如速度、浓度；x-测点平均值；n-截面测点数。
2 SCR脱硝流场多维度数值模拟优化方法
SCR脱硝流场优化难点在于使首层催化剂前断面烟气速度和氨浓度分布均匀，Cv分别小于15%和5%。目前，采用数值模拟方法对烟气SCR脱硝装置内流场优化主要依据经验在变径烟道、转弯烟道设置导流板、在催化剂前设置整流格栅等（如图1所示），然后对三维流场进行数值计算，并不断对导流装置结构、数量、位置、尺寸进行调整直至流场满足SCR脱硝优化设计要求。由于SCR脱硝流场数值模拟网格数量大（可能多达一千万），每个算例（每次调整对应于一个算例）计算需要花很长时间；另外，对SCR脱硝流场调整缺乏有效的指导方法，具有一定盲目性，要使流场达到优化设计要求需要经过很多次调整，因此整个优化工作耗时量大。...
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