CN114239171A - 燃机过渡烟道尿素直喷热解技术的喷嘴布置方式设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃机过渡烟道尿素直喷热解技术的喷嘴布置方式设计方法，包括以下步骤：1)建立烟道的等尺寸实体几何模型；2)确定喷嘴数量，并在该喷嘴数量下确定喷嘴的各布置方式；3)在总尿素流量、烟气参数以及烟气流量相同的前提下，模拟喷嘴的各种布置方式下，SCR系统入口截面的氨分布，同时调整各喷嘴的流量，得SCR系统入口截面的氨分布随喷嘴布置方式及各喷嘴流量的变化规律；4)根据SCR系统入口截面的氨分布随喷嘴布置方式及各喷嘴流量的变化规律，确定当前喷嘴数量下最佳的喷嘴布置方式及对应的喷嘴流量大小，使SCR系统入口截面的氨分布均匀，该方法能够对喷嘴的布置方式、喷嘴的数量及各喷嘴的流量进行设计及确定。
Description
技术领域
本发明涉及一种喷嘴布置方式设计方法，具体涉及一种燃机过渡烟道尿素直喷热解技术的喷嘴布置方式设计方法。
背景技术
随着人们环保意识的增强，大气污染的治理变得尤为重要。其中，氮氧化物作为大气污染的主要成分，燃煤锅炉烟气脱硝处理受到广泛关注。近些年来，燃煤锅炉的脱硝技术改造基本完成，而燃机烟气脱硝技术改造也迫在眉睫。目前，烟气脱硝技术中，选择性催化还原法(SCR)脱硝工艺已经被广泛的应用，这种工艺中，尿素作为还原剂被热解或水解制成氨气喷入烟道中，氨气在烟气中于氮氧化物混合均匀后，流经SCR催化剂系统，在催化剂的催化作用下，氮氧化物被脱除。
燃机出口的过渡烟道中，烟温在500℃左右，达到了尿素热解所需的温度。将尿素喷入到该段烟道，利用烟气的热量使尿素热解，并随着烟气的流动与烟气中的氮氧化物充分混合均匀，从而降低烟气中的氮氧化物含量及氨逃逸量。
过渡烟道多为圆形烟道，喷嘴布置方式的合理性直接影响烟道内的氨气的均匀性。而喷嘴的数量及各喷嘴的流量对烟道内的氨分布影响也很大，因此有必要对喷嘴的布置方式、喷嘴的数量及各喷嘴的流量进行设计。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种燃机过渡烟道尿素直喷热解技术的喷嘴布置方式设计方法，该方法能够对喷嘴的布置方式、喷嘴的数量及各喷嘴的流量进行设计及确定。
为达到上述目的，本发明所述的燃机过渡烟道尿素直喷热解技术的喷嘴布置设计方法包括以下步骤：
1)建立烟道的等尺寸实体几何模型；
2)在烟道的等尺寸实体几何模型中，确定喷嘴数量，并在该喷嘴数量下确定喷嘴的各布置方式；
3)在总尿素流量、烟气参数以及烟气流量相同的前提下，模拟喷嘴的各种布置方式下，SCR系统入口截面的氨分布，同时调整各喷嘴的流量，得SCR系统入口截面的氨分布随喷嘴布置方式及各喷嘴流量的变化规律；
4)根据SCR系统入口截面的氨分布随喷嘴布置方式及各喷嘴流量的变化规律，确定当前喷嘴数量下最佳的喷嘴布置方式及对应的喷嘴流量大小，使SCR系统入口截面的氨分布均匀；
5)改变喷嘴的数目，再重复步骤2)至步骤4)，得不同喷嘴数量下喷嘴的最佳布置方式及对应的喷嘴流量。
步骤1)的具体操作为：
确定烟道及SCR系统的的尺寸，使用建模软件Gambit，建立烟道的等尺寸实体几何模型，并对所述等尺寸实体几何模型进行网格划分。
步骤2)的具体操作为：
在烟道的等尺寸实体几何模型中，利用计算流体力学软件FLUENT进行模拟，确定喷嘴数量，并在该喷嘴数量下确定喷嘴的各种布置方式。
当烟道为圆形烟道时，则采用正n边形方法，将喷嘴均匀的布置在正n边形的顶点上，正n边形的中心根据圆形烟道的尺寸确定喷嘴的数量。
当烟道为矩形烟道，则将矩形烟道分为n个截面面积相等的小矩形截面，并在每个小矩形截面的中心安装喷嘴。
在FLUENT软件中，喷嘴的数量由所添加injections的数量确定。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的燃机过渡烟道尿素直喷热解技术的喷嘴布置方式设计方法在具体操作时，采用软件模拟的方式，确定不同喷嘴数量下喷嘴的最佳布置方式及对应的喷嘴流量，使得SCR系统入口截面的氨分布均匀，保证氨气与氮氧化物的充分混合均匀，以提高系统的脱硝效率，降低氨逃逸。
附图说明
图1为圆形过渡烟道截面上8个喷嘴的一种布置方式示意图；
图2为圆形过渡烟道截面上8个喷嘴的另一种布置方式示意图；
图3为矩形过渡烟道截面上15个喷嘴的布置方式示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
参考图1、图2及图3，本发明所述燃机过渡烟道尿素直喷热解技术的喷嘴布置设计方法，包括以下步骤：建立燃机过渡烟道及预热锅炉烟道的几何模型，基于FLUENT软件进行数值模拟计算，将燃机过渡烟道分为n个假想截面区域，其中，n为大于等于7。通过设置不同的喷嘴数量，及喷嘴的尿素溶液流量，在同一边界条件下，得SCR系统入口截面的氨分布及速度分布大小，并根据氨分布的不均匀程度调整对应烟气的喷嘴流量，使得SCR系统入口截面的氨分布趋于均匀，保证氨气与氮氧化物的充分混合均匀，以提高系统的脱硝效率，降低氨逃逸。
具体包括以下步骤：
1)建立烟道模型
确定烟道及SCR系统的的尺寸大小，使用建模软件Gambit，建立烟道的等尺寸实体几何模型，并对所述等尺寸实体几何模型进行网格划分；
2)在烟道的等尺寸实体几何模型中，利用计算流体力学软件FLUENT进行模拟，确定喷嘴数量，并在该喷嘴数量下确定喷嘴的各种布置方式，其中，当烟道为圆形烟道时，可以采用正n边形方法，将喷嘴均匀的布置在正n边形的顶点上，正n边形的中心根据圆形烟道的尺寸增加喷嘴的数量，对不同的喷嘴布置方式的等尺寸实体几何模型进行分析；当烟道为矩形烟道，则将矩形烟道分为n个截面面积相等的小矩形截面，并在每个小矩形截面的中心安装喷嘴；
需要说明的是，在FLUENT软件中，喷嘴的数量由所添加injections的数量确定。
3)在总尿素流量和烟气参数和烟气流量相同的前提下，模拟喷嘴的各种布置方式下，SCR系统入口截面的氨分布，同时调整各喷嘴的流量，得SCR系统入口截面的氨分布随喷嘴布置方式及各喷嘴流量的变化规律；
4)根据SCR系统入口截面的氨分布随喷嘴布置方式及各喷嘴流量的变化规律，确定当前喷嘴数量下喷嘴的最佳布置方式及对应的喷嘴流量大小，使得氨气与氮氧化物混合均匀；
5)改变喷嘴的数目，再重复步骤2)至步骤4)，确定该喷嘴数量下喷嘴最佳的布置方式及对应的喷嘴流量大小，得不同喷嘴数量下最佳的喷嘴布置方式及对应的喷嘴流量大小。
步骤2)的具体操作为：
将步骤1)得到的烟道等尺寸实体模型输出的网格文件导入到FLUENT软件中，选择标准k-ε模型作为湍流模型，设置边界条件为：将烟气入口设为速度入口边界条件，出口设为压力出口边界条件，壁面设置为绝热无滑移壁面，其中，标准k-ε模型：
其中，ρ为密度，t为时间，k为湍动能，ε为耗散率，Gk为由于平均速度梯度引起的湍动能k的产生项，Gb为由于浮力引起的湍动能k的产生项，μt为湍流动力粘度，μ为层流动力粘度，YM为可压湍流中脉动扩张的贡献，C1ε、C2ε、C3ε为经验常数，σk及σε分别为湍动能k与耗散率ε对应的普朗特数。
需要说明的是，本发明采用FLUENT软件，确定燃机过渡烟道尿素溶液喷嘴布置方式、喷嘴数量及各喷嘴的流量大小，使SCR系统入口截面的氨气均匀分布，其相对标准偏差值在3％以内，节省尿素消耗量，降低氨逃逸。
Claims (6)
1.一种燃机过渡烟道尿素直喷热解技术的喷嘴布置设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)建立烟道的等尺寸实体几何模型；
2)在烟道的等尺寸实体几何模型中，确定喷嘴数量，并在该喷嘴数量下确定喷嘴的各布置方式；
3)在总尿素流量、烟气参数以及烟气流量相同的前提下，模拟喷嘴的各种布置方式下，SCR系统入口截面的氨分布，同时调整各喷嘴的流量，得SCR系统入口截面的氨分布随喷嘴布置方式及各喷嘴流量的变化规律；
4)根据SCR系统入口截面的氨分布随喷嘴布置方式及各喷嘴流量的变化规律，确定当前喷嘴数量下最佳的喷嘴布置方式及对应的喷嘴流量大小，使SCR系统入口截面的氨分布均匀；
5)改变喷嘴的数目，再重复步骤2)至步骤4)，得不同喷嘴数量下喷嘴的最佳布置方式及对应的喷嘴流量。
2.根据权利要求1所述的燃机过渡烟道尿素直喷热解技术的喷嘴布置设计方法，其特征在于，步骤1)的具体操作为：
确定烟道及SCR系统的的尺寸，使用建模软件Gambit，建立烟道的等尺寸实体几何模型，并对所述等尺寸实体几何模型进行网格划分。
3.根据权利要求1所述的燃机过渡烟道尿素直喷热解技术的喷嘴布置设计方法，其特征在于，步骤2)的具体操作为：
在烟道的等尺寸实体几何模型中，利用计算流体力学软件FLUENT进行模拟，确定喷嘴数量，并在该喷嘴数量下确定喷嘴的各种布置方式。
4.根据权利要求1所述的燃机过渡烟道尿素直喷热解技术的喷嘴布置设计方法，其特征在于，当烟道为圆形烟道时，则采用正n边形方法，将喷嘴均匀的布置在正n边形的顶点上，正n边形的中心根据圆形烟道的尺寸确定喷嘴的数量。
5.根据权利要求1所述的燃机过渡烟道尿素直喷热解技术的喷嘴布置设计方法，其特征在于，当烟道为矩形烟道，则将矩形烟道分为n个截面面积相等的小矩形截面，并在每个小矩形截面的中心安装喷嘴。
6.根据权利要求3所述的燃机过渡烟道尿素直喷热解技术的喷嘴布置设计方法，其特征在于，在FLUENT软件中，喷嘴的数量由所添加injections的数量确定。
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