论文总字数：20919字

摘 要

首先，运用Gambit建立了SCR脱硝系统的三维全尺寸几何模型，并进行网格划分，随后选用标准k-ε湍流模型、组分输运模型、多孔介质模型等研究烟气的流动、组分及催化剂层的压降损失，开展Fluent数值模拟研究。一方面结合工程设计要求有效诊断导流板优化前SCR系统关键烟道截面内的烟气流场、浓度场分布特性，另一方面开展导流板优化设计研究，获得了能够有效改善首层催化剂入口截面内的导流板优化布置方案。

最后，本文基于相似原则按照1:12的缩放比例搭建了冷态模化试验台，验证了基于数值模拟方法所获导流板优化布置方案的可靠性，两者表现出了良好的吻合性。

关键词：烟气脱硝；CFD数值模拟；选择性催化还原；导流板；态模化试验

FLOW FIELD DIAGNOSIS AND OPTIMIZATION FOR SCR SYSTEM OF 600MW COAL-FIRED PLANTS

03312504 Cai Wenwen

Supervised by Dekui Shen

Abstract： Recently, among various denitrification processes, Selective Catalytic Reduction (SCR) method is the most widely used in the world. This method has many advantages, such as mature technology, simple structure, reliable operation, easy maintenance, no by-products, no secondary pollution, etc. This topic take 660 MW coal-fired unit in a power station as an example. Basing on CFD numerical simulation, a diagnosis to the flow field is carried on in SCR system, the design of baffles is optimized, and the experimental study on the improved SCR system is designed.

First, a physical model of SCR system is structured by Gambit, and meshed with grids. Then, Fluent numerical simulation carried out by using standard k-epsilon model, material transport model and porous media model separately, and the flow of flue gas, the composition and the pressure drop of the catalyst layer are studied by those models. On one hand, the flue flow field and ammonia concentration distribution of are studied under the conditions of critical sections before the optimization of battles. On the other hand, the design optimization of battles is carried out and the optimal solution is got finally.

At last, according to the proportion of 1:12, a cold test model for a power plant’s #1 unit SCR denitrification system was built and a cold modeling experiment is conducted. A contrast analysis of the numerical simulation results is carried out to check the preciseness of the numerical simulation results.

Key words： flue gas denitration；CFD numerical simulation；SCR；turning vane；Cold model test

目 录

1 绪 论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外SCR脱硝技术研究现状 2

1.3 本文主要研究内容 3

2 基于数值模拟方法的SCR系统流场诊断 5

2.1 SCR系统三维全尺寸几何模型构建 5

2.1.1 模型研究对象 5

2.1.2 Gambit模型建立与网格划分 5

2.2 SCR系统的CFD数值模拟方法 6

2.2.1 模型假设与简化 6

2.2.2 湍流模型 6

2.2.3 多孔介质模型 7

2.2.4 组分输运模型 7

2.3 原导流布置方案下诊断SCR系统运行特性 8

2.3.1原方案导流板布置 8

2.3.2速度分布特性 8

2.3.3 NH₃浓度分布特性 9

2.4 本章小结 10

3 SCR脱硝系统流场优化研究 11

3.1 导流板优化方案一 11

3.1.1 方案一导流板设计 11

3.1.2 方案一速度分布特性 12

3.1.3 方案一浓度分布特性 12

3.2 导流板优化方案二 13

3.2.1 方案二导流板设计 13

3.2.2 方案二速度分布特性 14

3.2.3 方案二浓度分布特性 14

3.3 优化前后数值模拟结果对比分析 15

3.4 本章小结 15

4 冷态模化实验研究 17

4.1 冷模实验目的及原理 17

4.2 冷模试验装置的搭建 17

4.3 试验方案设计 18

4.4 实验结果及分析 19

4.4.1 速度分布特性 19

4.4.2 浓度分布特性 19

4.5本章小结 20

5 全文总结 21

致 谢 23

参考文献 24

60万千瓦燃煤机组SCR系统流场诊断与优化

1、 绪 论

1.1 研究背景及意义

作为能源大国，我国的煤炭消耗所占能源结构比重达百分之六十多，并且随着经济的发展，能源需求量日益增高，所以以煤炭为主的能源结构在很长时间之内都不会发生变化。然而，燃煤电站所排放烟气中含有大量的SO₂、NO_x、粉尘这类大气污染物，持续的煤炭消耗将使我国环境治理问题变得更加严峻。

NO_x是氮氧化物的总称。NO_x对环境、气候、人类的健康有着相当大的危害。氮氧化物中，NO与血红蛋白的结合能力极强，强于CO，会造成人类缺氧现象，麻痹中枢神经，NO的氧化物NO₂，其毒性是NO的5倍，都会对人体产生侵害，严重影响人们的身体健康，而当NO₂参与光化学反应，形成了光化学烟雾，会降低空气能见度，毒性更强，氮氧化物还会导致酸雨，使生态环境更加恶劣。

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