一种烟气SCR脱硝流场数值模拟优化方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种烟气SCR脱硝流场数值模拟优化方法和装置，该方法和装置分步骤先后采用二维、三维建模对SCR脱硝反应器二维、三维流场进行数值模拟优化。由于二维建模网格量少，且只涉及气流分布数值模拟，因此，每个算例计算耗时极少，可以在短时间内进行多个算例快速计算，以此对流场调整可以很快确定主流动方向上的导流装置结构。二维流场优化确定了主流动方向上的导流装置结构，可以大大减少三维流场的调整次数。因此，本发明专利技术提供的模拟优化方法减少了模拟优化过程中的计算量以及提高了模拟优化工作效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及烟气SCR脱硝，尤其涉及一种烟气SCR脱硝流场数值模拟优化方法和装置。
技术介绍
SCR(SelectiveCatalyticReduction，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，占据了世界80％以上烟气脱硝市场。它的基本原理是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，因此需要对SCR脱硝流场进行优化设计。目前对SCR脱硝流场设计主要先采用数值模拟方法在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。数值模拟是SCR脱硝流场优化设计的核心，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相关优化指标。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，且使首层催化剂前端面烟气速度和氨浓度分别小于15％和5％。现有技术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，然后对三维流场的气流分布和喷氨过程同时进行数值计算，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)，现有技术对三维流场的气流分布和喷氨过程同时进行数值计算，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，现有技术对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相当大。对于一个经验相对丰富的流体仿真工程师，要将结构一般复杂程度的脱硝装置流场调整到符合SCR脱硝优化设计要求，往往需要20～30天时间，这样的数值模拟优化工作效率低下，可能耽误整个SCR脱硝工程建设进度。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种烟气SCR脱硝流场数值模拟优化方法和装置，以减少模拟优化过程的计算量以及提高模拟优化工作效率。为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下技术方案：一种烟气SCR脱硝流场数值模拟优化方法，包括：根据SCR脱硝反应器的结构主视图进行二维建模，构建SCR脱硝反应器的二维模型；其中，所述主视图反映出烟气沿主流动方向的流动特性；二维模型中不包括喷氨格栅；根据所述二维模型对SCR脱硝反应器的气流分布进行二维流场数值模拟优化，以获得达到烟气速度分布均匀度指标的烟气SCR脱硝反应器主流动方向上的气流均布装置结构；根据所述气流均布装置结构和SCR脱硝反应器三视图进行三维建模，构建SCR脱硝反应器的三维模型；根据所述三维模型对SCR脱硝反应器进行三维流场数值模拟优化，以获得流场达到SCR脱硝流场优化指标的SCR脱硝反应器的整体优化结构。一种烟气SCR脱硝流场数值模拟优化装置，包括：二维模型构建单元，用于根据SCR脱硝反应器的结构主视图进行二维建模，构建SCR脱硝反应器的二维模型；其中，所述主视图反映出烟气沿主流动方向的流动特性；二维模型中不包括喷氨格栅；二维流场模拟优化单元，用于根据所述二维模型对SCR脱硝反应器的气流分布进行二维流场数值模拟优化，以获得达到烟气速度分布均匀度指标的烟气SCR脱硝反应器主流动方向上的气流均布装置结构；三维模型构建单元，用于根据所述气流均布装置结构和SCR脱硝反应器三视图进行三维建模，构建SCR脱硝反应器的三维模型；三维流场模拟优化单元，用于根据所述三维模型对SCR脱硝反应器进行三维流场数值模拟优化，以获得流场达到SCR脱硝流场优化指标的SCR脱硝反应器的整体优化结构。相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：通过以上技术方案可知，本专利技术提供的烟气SCR脱硝流场数值模拟优化方法，分步骤先后采用二维、三维建模对SCR脱硝反应器二维、三维流场进行数值模拟优化。由于二维建模网格量少，且只涉及气流分布数值模拟，因此，每个算例计算耗时极少，可以在短时间内进行多个算例快速计算，以此对流场调整可以很快确定主流动方向上的导流装置结构。二维流场优化确定了主流动方向上的导流装置结构，可以大大减少三维流场的调整次数。因此，本专利技术提供的模拟优化方法减少了模拟优化过程中的计算量以及提高了模拟优化工作效率。附图说明为了清楚地理解本专利技术的具体实施方式，下面将描述本专利技术的具体实施方式时用到的附图做一简要说明。图1A至图1C分别为某电厂350MW机组的烟气SCR脱硝反应器的结构主视图、左视图和俯视图；图2是某电厂350MW机组的烟气SCR脱硝反应器的立体结构示意图；图3本专利技术实施例提供的烟气SCR脱硝流场数值模拟优化方法流程示意图；图4是本专利技术实施例提供的步骤S32的具体实现方式流程示意图；图5是本专利技术实施例提供的步骤S33的具体实现方式流程示意图；图6是本专利技术实施例提供的步骤S333的具体实现方式流程示意图；图7是本专利技术实施例经过模拟优化后确定的SCR脱硝反应器的整体优化结构示意图；图8是本专利技术实施提供的采用分段方法对SCR脱硝反应器进行三维数值模拟优化方法流程示意图；图9是本专利技术实施例提供的在烟气入口到喷氨格栅段步骤S103的具体实现方式流程示意图；图10是本专利技术实施例提供的在喷氨格栅到首层催化剂段步骤S103的具体实现方式流程示意图；图11是本专利技术实施例提供的首层催化剂到烟气出口段步骤S103的具体实现方式流程示意图；图12是本专利技术实施例提供的按照分段气流分布优化确定的导流装置建立SCR脱硝反应器的完整三维结构结构示意图；图13是本专利技术实施例提供的烟气SCR脱硝流场数值模拟优化装置结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的专利技术目的、技术手段和技术效果更加清楚、完整，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细描述。在介绍本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种烟气SCR脱硝流场数值模拟优化方法，其特征在于，包括：根据SCR脱硝反应器的结构主视图进行二维建模，构建SCR脱硝反应器的二维模型；其中，所述主视图反映出烟气沿主流动方向的流动特性；二维模型中不包括喷氨格栅；根据所述二维模型对SCR脱硝反应器的气流分布进行二维流场数值模拟优化，以获得达到烟气速度分布均匀度指标的烟气SCR脱硝反应器主流动方向上的气流均布装置结构；根据所述气流均布装置结构和SCR脱硝反应器三视图进行三维建模，构建SCR脱硝反应器的三维模型；根据所述三维模型对SCR脱硝反应器进行三维流场数值模拟优化，以获得流场达到SCR脱硝流场优化指标的SCR脱硝反应器的整体优化结构。

【技术特征摘要】
1.一种烟气SCR脱硝流场数值模拟优化方法，其特征在于，包括：
根据SCR脱硝反应器的结构主视图进行二维建模，构建SCR脱硝反应器
的二维模型；其中，所述主视图反映出烟气沿主流动方向的流动特性；二维模
型中不包括喷氨格栅；
根据所述二维模型对SCR脱硝反应器的气流分布进行二维流场数值模拟
优化，以获得达到烟气速度分布均匀度指标的烟气SCR脱硝反应器主流动方
向上的气流均布装置结构；
根据所述气流均布装置结构和SCR脱硝反应器三视图进行三维建模，构
建SCR脱硝反应器的三维模型；
根据所述三维模型对SCR脱硝反应器进行三维流场数值模拟优化，以获
得流场达到SCR脱硝流场优化指标的SCR脱硝反应器的整体优化结构。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述气流均布装
置结构和SCR脱硝反应器三视图进行三维建模，构建SCR脱硝反应器的三维
模型，具体包括：
按照烟气主流动方向将SCR脱硝反应器三视图从烟气入口到烟气出口分
为多段结构；
分别建立每一分段结构的三维几何模型，并将二维模拟优化后的气流均布
装置结构加装在相应的分段结构中。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述三维模型对
SCR脱硝反应器进行三维流场数值模拟优化，以得到流场达到SCR脱硝流场
优化指标的SCR脱硝反应器的整体优化结构，具体包括：
分别对每一分段结构的气流分布进行三维流场数值模拟优化，以分别得到
达到各自烟气速度分布均匀度指标的分段结构；
建立SCR脱硝反应器的完整三维结构并按达到各自烟气速度分布均匀度
指标的每段分段结构进行数值模拟优化，以获取流场气流分布达到烟气速度分
布均匀度指标的SCR脱硝反应器的三维结构；
在所述SCR脱硝反应器的三维结构中，加入组分输运模型，对气流分布
和喷氨混合过程进行耦合数值模拟，以得到氨浓度分布均匀度达到氨浓度分布
均匀度指标的SCR脱硝反应器的整体优化结构；其中，所述组分输运模型包

\t括喷氨格栅。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述按照烟气主流动方向
将所述三维模型从烟气入口到烟气出口分为多段结构，具体包括：
按照烟气主流动方向将所述三维模型从烟气入口到烟气出口分为三段结
构，所述三段结构分别为：烟气入口到喷氨格栅段、喷氨格栅到首层催化剂段、
首层催化剂到烟气出口段。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当分段结构为烟气入口到
喷氨格栅段时，所述分别建立每一分段结构的三维几何模型，并将二维模拟优
化后的气流均布装置结构加装在相应的分段结构中，具体包括：
步骤A1：根据SCR脱硝反应器三维结构建立烟气入口到喷氨格栅段的三
维几何模型；
步骤A2：按照所述二维模拟优化得到的气流均布装置结构在所述烟气入
口到喷氨格栅段的三维几何模型的变径烟道加装主流动垂直方向的导流板；
步骤A3：对烟气入口到喷氨格栅段进行数值模拟，得到喷氨格栅前断面
速度分布均匀度；
步骤A4：判断所述喷氨格栅前断面速度分布均匀度是否达到喷氨格栅前
断面速度分布均匀度优化指标，如果是，烟气入口到喷氨格栅段的模拟优化结
束，如果否，调整设置于所述变径烟道主流动垂直方向的导流板的位置、数量
和/或尺寸，返回执行所述步骤A3；
当分段结构为喷氨格栅到首层催化剂段时，所述分别建立每一分段结构的
三维几何模型，并将二维模拟优化后的气流均布装置结构加装在相应的分段结
构中，具体包括：
步骤B1：根据SCR脱硝反应器三维结构建立喷氨格栅到首层催化剂段的
三维几何模型；
步骤B2：按照所述二维模拟优化得到的气流均布装置结构在所述喷氨格
栅到首层催化剂段的三维几何模型的催化剂上游设置主流动垂直方向的整流
格栅；
步骤B3：对喷氨格栅到首层催化剂段进行数值模拟，得到首层催化剂前
断面速度分布均匀度；
步骤B4：判断所述首层催化剂前断面速度分布均匀度是否达到首层催化
剂前断面速度分布均匀度优化指标，如果是，喷氨格栅到首层催化剂段的模拟
优化结束，如果否，调整所述整流格栅的位置、数量和...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶兴联，苏寅彪，杨丁，温卿云，张楚城，
申请(专利权)人：福建龙净环保股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35