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一种烟气SCR脱硝流场数值模拟优化方法和装置.pdf

摘要
申请专利号:

CN201511016473.1

申请日:

2015.12.29

公开号:

CN105631214A

公开日:

2016.06.01

当前法律状态:

授权

?#34892;?#24615;:

有权

法?#19978;?#24773;: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G06F 19/00申请日:20151229|||公开
IPC分类号: G06F19/00(2011.01)I; G06F17/50 主分类号: G06F19/00
申请人: 福建龙净环保股份有限公司
发明人: 叶兴联; 苏寅彪; 杨丁; 温卿云; 张楚城
地址: 364000 福建省龙岩?#34892;?#32599;区陵园路81号
优先权:
专利代理机构: ?#26412;?#38598;佳知识产权代理有限公司 11227 代理人: 赵秀芹;王宝筠
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法律状态
申请(专利)号:

CN201511016473.1

授权公告号:

||||||

法律状态公告日:

2018.03.23|||2016.06.29|||2016.06.01

法律状态类型:

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明提供了一种烟气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?#30465;?/p>

权利要求书

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
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?#21495;?#26029;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?#21495;?#26029;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/或尺寸,返回执行所
述步骤B3;
当分段结构为首层催化剂到烟气出口段时,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C1:根据SCR脱硝反应器三维结构建立首层催化剂到烟气出口段的
三维几何模型;
步骤C2:按照所述二维模拟优化得到的气流均布装置结构在所述首层催
化剂到烟气出口段的三维几何模型的催化?#26009;?#28216;变径烟道设置主流动垂直方
向的导流板;
步骤C3:对首层催化剂到烟气出口段进行数值模拟,得到烟气出口断面
速度分布均匀度;
步骤C4?#21495;?#26029;所述烟气出口断面速度分布均匀度是否达到烟气出口断面
速度分布均匀度优化指标,如果是,首层催化剂到烟气出口段的模拟优化结束,
如果否,调整所述设置于催化?#26009;?#28216;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C3。
6.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述在所述流场气流分布
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,具体包
括:
对加入组分输运模型的SCR脱硝反应器的三维结构的气流分布和喷氨混
合过程进行耦合数值模拟,得到首层催化剂前断面氨浓度分布均匀度;
判断所述首层催化剂前断面氨浓度分布均匀度是否达到首层催化剂前断
面氨浓度分布均匀度优化指标,如果是,气流分布和喷氨混合过程的耦合数值
模拟结束,如果否,调整喷氨格栅中的喷管氨流量和/或在喷氨格栅后增设静
态混合器以强化氨气与烟气的混合,返回执行所述对气流分布和喷氨混合过程
进行耦合数值模拟,得到首层催化剂前断面氨浓度分布均匀度的步骤。
7.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述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,具体包括:
在所述二维模型中加装主流动方向的导流装置;
对二维流场气流分布进行数值模拟;
分别统计喷氨格栅和首层催化剂前的烟气速度相对标?#35745;?#24046;;
分别判断所述喷氨格栅和首层催化剂前的烟气速度相对标?#35745;?#24046;是否达
到各自对应的优化指标,当至少一个判断结果为否时,调整加装在主流动方向
上的导流装置,返回执行所述对二维流场气流分布进行数值模拟的步骤,直至
所述喷氨格栅和首层催化剂前的烟气速度相对标?#35745;?#24046;分别达到各自对应的
优化指标,进而得到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。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述在所述二维模型中加
装主流动方向的导流装置,具体包括:
在转弯烟道设置导流板、在斜坡烟道设置小挡板和在催化剂前设置整流格
栅。
9.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述对二维流场气流分布
进行数值模拟,具体包括?#28023;?br />
对二维模型进行网格划分,设置烟气速度入口、压力出口边界条件,选择
k-e湍流模型进行气流分布数值模拟。
10.一种烟气SCR脱硝流场数值模拟优化装置,其特征在于,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。

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