摘 要

自21世纪以来，我国经济、政治、文化、军事等方面的国际影响力日益增大。但是在发展迅速的同时，也伴随着不可忽视的问题。随着工业化进程的加快和贸易往来的飞快增长，能源消耗剧增，随之而来的能源危机和环境问题也逐渐浮出水面，甚至已经在一定程度上制约了我国多方面的发展，同时也带来了很大的社会问题和自然环境的失衡。而NO_X的排放问题已然成了目前亟待解决的重要问题，目前，脱硝效果好（90%以上的脱硝率）而又发展较为成熟的脱硝方式SCR脱硝已然成为一段时间内脱硝系统的主流。

本文以给定的华电青岛某机组为对象，利用CFD软件FLUENT对SCR脱硝系统的流场进行了数值模拟。模拟结果显示，未安装导流板的系统内部速度分布十分不理想。在系统中选用合理的烟道风速、设计烟道尺寸，并通过在烟道内部布置合理的导流叶片，可以有效控制、调整烟道与反应器内的速度分布。

模拟脱硝系统在首层催化剂处的氨氮比发现NH₃/NO_X分布的均匀度直接影响整个系统的脱硝效率。而设计合理的氨混系统能在很大程度上提高氨混程度，从而保证脱硝效率。

关键词:选择性催化还原（SCR） 数值模拟 FLUENT 喷氨格栅 导流板催化剂

Abstract

From the beginning of the 21st century, China's development has entered an unprecedented period of rapid development, and its international influence in economic, political, cultural, and military fields is increasing. However, while developing rapidly, it is accompanied by problems that cannot be neglected. The energy crisis and environmental problems that have followed have gradually surfaced, and even have restricted the development of many aspects of China to a certain extent. It brings great social problems and imbalances in the natural environment. The problem of NOX emission has become an important problem that needs to be solved urgently. At present, the denitration effect (90% of the denitration rate) and the more mature denitration method SCR denitrification will become the mainstream of the denitration system for a period of time.

In this paper, the CFD software FLUENT is used to numerically simulate the flow field of the SCR denitration system for a given unit of Huadian Qingdao. The simulation results show that the internal velocity distribution of the system without the baffle is very unsatisfactory. Reasonable flue wind speed, design flue size are selected in the system, and the velocity distribution in the flue and reactor can be effectively controlled and adjusted by arranging reasonable guide vanes inside the flue.

The ammonia-nitrogen ratio of the simulated denitration system at the first catalyst shows that the uniformity of the NH₃/NO_X distribution directly affects the denitration efficiency of the entire system. A good ammonia mixing system can greatly improve the ammonia mixing degree and finally improve the denitration efficiency.

Key words:Selective catalytic reduction (SCR); numerical simulation; FLUENT; ammonia injection grid;baffle;catalyst

目录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 6

1.1 引言 6

1.2 NO_X的危害 7

1.3国内外SCR脱硝技术研究现状 7

1.4选择性催化还原（SCR）技术 8

第二章 烟气SCR脱硝系统的数值模拟方法 11

2.1烟气脱硝系统的数值模拟介绍 11

2.2数值模型的确定 12

2.2.1控制方程 12

2.2.2湍流模型 13

2.2.3物质输运模型 14

2.2.4多孔介质模型 15

2.2.5收敛判据 15

第三章 SCR脱硝系统的数值模拟 17

3.1 数值模拟的方案步骤 17

3.2 SCR 反应器的物理模型和网格模型 18

3.2.1 物理原型描述 18

3.2.2 SCR流场模拟假设 21

3.2.3 设计参数 21

3.3 网格模型 23

3.4 空烟道流场模拟结果 24

3.5 增设导流板后的模拟结果 47

3.6 喷氨效果模拟结果 54

3.7 本章小结 59

第四章 全文总结及展望 60

4.1 全文总结 60

4.2 不足与展望 61

参考文献 62

致谢 65

第一章 绪论

1.1 引言

自21世纪以来，中国进入了史无前例的高速发展期，经济、政治、文化、军事等方面的国际影响力日益增大。但是在发展迅速的同时，也伴随着不可忽视的问题。随着工业化的加速和商业的迅速发展，能源消耗剧增，随之而来的能源危机和环境问题也逐渐浮出水面，它甚至在一定程度上制约了我国的发展。同时也带来了很大的社会问题和自然环境的失衡。当然，我们的发展不会停滞，短时间内的发展速度不会轻易下降太多。所以在不影响整体发展的情况下，采取“边发展，边治理”的方针成为了面对环境问题的重要内容。

目前，世界面临的主要的环境问题，均与工业生产和利用过程有着不可分割的联系。作为大气污染的主要来源，硫氧化物、氮氧化物、烟尘颗粒等有害物质主要由燃煤产生。而中国作为一个能源不甚丰富的国家，煤炭自工业化以来都是国家的主要能源，这也造成了我国的污染问题不断升级。氮氧化物是我国的主要污染物之一，其危害性也逐渐体现在了方方面面。它不仅给环境带来了巨大压力，还给人们的身体健康带来了威胁。现在，全球对于硫氧化物的治理已经颇有成效，而由氮氧化物造成的污染问题也被逐渐重视起来。

我国能源的消耗主要来源于煤炭。煤炭燃烧后排放大量的污染物，其中最主要的污染物就是NO、NO₂，即NOx（氮氧化物）。在我国，现有的燃煤发电机组约占全国发电机组总量的七成，这些燃煤发电机厂消耗了全国用煤量的五成，大量的燃烧型NOx在随着煤炭燃烧的同时被排放后进入大气。NOx排放进入大气后，经过一系列的物理反应和化学作用，将会产生很多的环境问题。主要有：NOx在空气中和氧气和水接触反应生成对人体皮肤和建筑具有腐蚀性的酸；NOx具有毒性，NO和人体内的血红蛋白有亲和性，吸入NO的量过多会让人因供氧不足而造成休克，严重时会导致死亡；NOx对大气环境的污染除了引起酸雨、酸雾，对环境态系统造成严重危害外，还会带来光化学污染。由于有造成一定环境危害的同时对人间健康状况又有影响，各个燃煤电厂都把NOx的排放治理作为重点。

1.2 NO_X的危害

当氮氧化物和碳氢化合物在空气中共存时，直射光照射后会发生特殊的化学反应。所生成的产物带有很高的毒性，是危害性极高的污染物。NO2的毒性是NO的4倍。对于呼吸系统有极大的危害，对于人体的肺部和呼吸道损伤很大，严重时会引起肺病变。慢性中毒可致气管、肺病变。生物在NO₂浓度较高的环境中生存一定时间会致死。

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