一種煙氣scr脫硝流場數值模擬優化方法和裝置的制造方法
【技術領域】
[0001 ]本發明設及煙氣SCR脫硝，尤其設及一種煙氣SCR脫硝流場數值模擬優化方法和裝 置。
【背景技術】
[0002] SCR(Selective &1:alytic Reduction,選擇性催化還原）脫硝技術具有占地面積 小、脫硝效率高、技術成熟等優點，是當前應用最廣泛的煙氣脫硝技術，占據了世界80% W 上煙氣脫硝市場。它的基本原理是稀釋后的還原劑氨氣噴入到溫度為290~430°C的煙氣 中，煙氣與氨氣進行均勻混合后，在催化劑的作用下氨氣和氮氧化物發生氧化還原反應使 氮氧化物被還原成無害的氮氣和水。
[0003] 脫硝效率、氨逃逸率、催化劑使用壽命是評價SCR脫硝性能優劣的主要依據。在工 程實踐中，除了催化劑自身條件外，流場是影響SCR脫硝性能的關鍵因素。理想的流場不但 可W提高SCR脫硝效率，降低氨逃逸率，而且可W減少催化劑因低速氣流積灰堵塞或高速氣 流沖刷磨損，從而延長催化劑的使用壽命，因此需要對SCR脫硝流場進行優化設計。
[0004] 目前對SCR脫硝流場設計主要先采用數值模擬方法在SCR脫硝裝置內部布置氣流 和氨濃度均布裝置，包括導流板、整流格柵、混合器等，之后再結合冷態物模試驗做輔助驗 證，并最終確定SCR脫硝裝置內部具體結構。數值模擬是SCR脫硝流場優化設計的核屯、，在數 值模擬階段主要是對氣流和氨濃度均布裝置位置、數量、尺寸進行調整使流場達到相關優 化指標。
[0005] SCR脫硝流場優化難點在于使首層催化劑前斷面煙氣速度和氨濃度分布均勻，且 使首層催化劑前端面煙氣速度和氨濃度分別小于15%和5%。
[0006] 現有技術采用數值模擬方法對煙氣SCR脫硝裝置內流場優化主要依據經驗在變徑 煙道、轉彎煙道設置導流板、在催化劑前設置整流格柵等，然后對Ξ維流場的氣流分布和噴 氨過程同時進行數值計算，并不斷對導流裝置結構、數量、位置、尺寸進行調整直至流場滿 足SCR脫硝優化設計要求。
[0007] 由于SCR脫硝流場數值模擬網格數量大（可能多達一千萬），現有技術對Ξ維流場 的氣流分布和噴氨過程同時進行數值計算，每個算例(每次調整對應于一個算例)計算需要 花很長時間；另外，現有技術對SCR脫硝流場調整缺乏有效的指導方法，具有一定盲目性，要 使流場達到優化設計要求需要經過很多次調整，因此整個優化工作耗時量相當大。對于一 個經驗相對豐富的流體仿真工程師，要將結構一般復雜程度的脫硝裝置流場調整到符合 SCR脫硝優化設計要求，往往需要20~30天時間，運樣的數值模擬優化工作效率低下，可能 耽誤整個SCR脫硝工程建設進度。
【發明內容】
[000引有鑒于此，本發明提供了一種煙氣SCR脫硝流場數值模擬優化方法和裝置，W減少 模擬優化過程的計算量W及提高模擬優化工作效率。
[0009] 為了解決上述技術問題，本發明采用了如下技術方案：
[0010] -種煙氣SCR脫硝流場數值模擬優化方法，包括：
[0011] 根據SCR脫硝反應器的結構主視圖進行二維建模，構建SCR脫硝反應器的二維模 型;其中，所述主視圖反映出煙氣沿主流動方向的流動特性;二維模型中不包括噴氨格柵；
[0012] 根據所述二維模型對SCR脫硝反應器的氣流分布進行二維流場數值模擬優化，W 獲得達到煙氣速度分布均勻度指標的煙氣SCR脫硝反應器主流動方向上的氣流均布裝置結 構；
[0013] 根據所述氣流均布裝置結構和SCR脫硝反應器Ξ視圖進行Ξ維建模，構建SCR脫硝 反應器的Ξ維模型；
[0014] 根據所述Ξ維模型對SCR脫硝反應器進行Ξ維流場數值模擬優化，W獲得流場達 至化CR脫硝流場優化指標的SCR脫硝反應器的整體優化結構。
[0015] -種煙氣SCR脫硝流場數值模擬優化裝置，包括：
[0016] 二維模型構建單元，用于根據SCR脫硝反應器的結構主視圖進行二維建模，構建 SCR脫硝反應器的二維模型；其中，所述主視圖反映出煙氣沿主流動方向的流動特性;二維 模型中不包括噴氨格柵；
[0017] 二維流場模擬優化單元，用于根據所述二維模型對SCR脫硝反應器的氣流分布進 行二維流場數值模擬優化，W獲得達到煙氣速度分布均勻度指標的煙氣SCR脫硝反應器主 流動方向上的氣流均布裝置結構；
[0018] Ξ維模型構建單元，用于根據所述氣流均布裝置結構和SCR脫硝反應器Ξ視圖進 行Ξ維建模，構建SCR脫硝反應器的Ξ維模型；
[0019] Ξ維流場模擬優化單元，用于根據所述Ξ維模型對SCR脫硝反應器進行Ξ維流場 數值模擬優化，W獲得流場達到SCR脫硝流場優化指標的SCR脫硝反應器的整體優化結構。
[0020] 相較于現有技術，本發明具有W下有益效果：
[0021] 通過W上技術方案可知，本發明提供的煙氣SCR脫硝流場數值模擬優化方法，分步 驟先后采用二維、Ξ維建模對SCR脫硝反應器二維、Ξ維流場進行數值模擬優化。
[0022] 由于二維建模網格量少，且只設及氣流分布數值模擬，因此，每個算例計算耗時極 少，可W在短時間內進行多個算例快速計算，W此對流場調整可W很快確定主流動方向上 的導流裝置結構。二維流場優化確定了主流動方向上的導流裝置結構，可W大大減少Ξ維 流場的調整次數。因此，本發明提供的模擬優化方法減少了模擬優化過程中的計算量W及 提高了模擬優化工作效率。
【附圖說明】
[0023] 為了清楚地理解本發明的【具體實施方式】，下面將描述本發明的【具體實施方式】時用 到的附圖做一簡要說明。
[0024] 圖1A至圖1C分別為某電廠350MW機組的煙氣SCR脫硝反應器的結構主視圖、左視圖 和俯視圖；
[0025] 圖2是某電廠350MW機組的煙氣SCR脫硝反應器的立體結構示意圖；
[0026] 圖3本發明實施例提供的煙氣SCR脫硝流場數值模擬優化方法流程示意圖；
[0027] 圖4是本發明實施例提供的步驟S32的具體實現方式流程示意圖；
[0028] 圖5是本發明實施例提供的步驟S33的具體實現方式流程示意圖；
[0029] 圖6是本發明實施例提供的步驟S333的具體實現方式流程示意圖；
[0030] 圖7是本發明實施例經過模擬優化后確定的SCR脫硝反應器的整體優化結構示意 圖；
[0031] 圖8是本發明實施提供的采用分段方法對SCR脫硝反應器進行Ξ維數值模擬優化 方法流程示意圖；
[0032] 圖9是本發明實施例提供的在煙氣入口到噴氨格柵段步驟S103的具體實現方式流 程示意圖；
[0033] 圖10是本發明實施例提供的在噴氨格柵到首層催化劑段步驟S103的具體實現方 式流程示意圖；
[0034] 圖11是本發明實施例提供的首層催化劑到煙氣出口段步驟S103的具體實現方式 流程示意圖；
[0035] 圖12是本發明實施例提供的按照分段氣流分布優化確定的導流裝置建立SCR脫硝 反應器的完整Ξ維結構結構示意圖；
[0036] 圖13是本發明實施例提供的煙氣SCR脫硝流場數值模擬優化裝置結構示意圖。
【具體實施方式】
[0037] 為使本發明的發明目的、技術手段和技術效果更加清楚、完整，下面結合附圖對本 發明的【具體實施方式】進行詳細描述。
[0038] 在介紹本發明實施例之前，首先介紹SCR脫硝流場優化指標。在煙氣SCR脫硝技術 領域，SCR脫硝流場優化指標主要有兩個：
[0039] 1)首層催化劑前斷面速度分布均勻，速度相對標準偏差小于15% ;
[0040] 2)首層催化劑前斷面氨濃度分布均勻，濃度相對標準偏差小于5% ;
[0041] 其中，相對標準偏差是定量評價測試斷面數據均勻性的依據，其值越小表明數據 越均勻，采用Cv表示；
[00創其中：
[0043] 式中，Cv為相對均方根差；
[0044] X功測點數據，如速度、濃度；
[0045] ;為測點數據平均值；
[0046] η為截面測點數。
[0047] 下面結合附圖對本發明提供的煙氣SCR脫硝流場數值模擬優化方法的具體實施方 式進行詳細描述。
[004引作為示例，本發明實施例W某電廠350MW機組的煙氣SCR脫硝反應器的流場數值模 擬優化過程為例進行說明。
[0049]圖1Α至圖1C分別示出了該某電廠350MW機組的煙氣SCR脫硝反應器的結構主視圖、 左視圖和俯視圖。
[0050]圖2示出了該某電廠350MW機組的煙氣SCR脫硝反應器的立體結構示意圖。如圖2所 示，煙氣從省煤器出口 21進入SCR脫硝反應器入口煙道，經過變徑煙道22、轉彎煙道23到達 噴氨區域與從噴氨格柵AIG24噴出的氨氣混合，再通過轉彎煙道25和斜坡煙道26到達催化 劑層27,并最終從反應器出口 28流出。圖2中箭頭的方向表示煙氣在煙道內的主流動方向。 [0051 ]圖3