基于AIG不同区域对NH3浓度分布影响的SCR喷氨格栅分区方法与流程

文档序号:12350402阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于AIG不同区域对NH3浓度分布影响的SCR喷氨格栅分区方法,其特征在于,包括如下步骤:

(1)现场实验和CFD数值模拟,得到锅炉典型工况下首层催化剂前NH3浓度分布以及烟气速度分布;利用CFD后处理功能计算首层催化剂前截面烟气速度及NH3浓度相对标准偏差值;所述典型工况包括最大连续蒸发量工况BMCR、汽轮机额定出力工况THA和75%THA;

(2)物模实验验证CFD数值模拟结果,利用物模实验数据计算首层催化剂前截面烟气速度及NH3浓度相对标准偏差值;

分别比较物模实验与CFD数值模拟所得首层催化剂层前截面烟气速度场和NH3浓度场的相对标准偏差值,用数值模拟与物模实验相对标准偏差值之差的绝对值,除以物模实验所得的相对标准偏差值,定义为相对标准偏差值的误差,当速度场或浓度场任一相对标准偏差值的误差大于5%,则修改CFD模型及参数后,转步骤(1);否则转步骤(3);

(3)计算典型工况下AIG不同区域对催化剂层前NH3浓度分布的影响;

将首层催化剂各区域前截面NH3浓度变化量的绝对值除以变化前的前截面均值,如果超过5%则将该区域视为被影响区域,取各个区域喷氨量在典型工况下影响的首层催化剂区域的交集,作为最终对应的影响区域;

(4)根据步骤(3)得到的影响区域,确定AIG喷氨格栅的分区,将各分区内的喷氨支管划分为一个区域;对分区边界上的喷氨支管,根据其并入前后对首层催化剂前NH3浓度分布影响区域的变化,将该支管并入相邻区域中影响较小区域。

2.根据权利要求1所述的分区方法,其特征在于,步骤(1)中的现场实验和CFD数值模拟包括收集典型工况下SCR整体系统压降、各层催化剂压降、烟气流量、喷氨母管的喷氨量、喷氨压力、烟气温度和喷氨温度数据。

3.根据权利要求1所述的分区方法,其特征在于,步骤(2)中的物模实验验证CFD数值模拟结果,包括如下子步骤:

(3-1)按照适当的比例采用透明材料制作物理实验模型,喷氨过程采用CO2作为示踪气体进行模拟,烟气采用空气模拟,采用网格法测量首层催化剂前截面速度值及NH3浓度值。

(3-2)采用无量纲化处理步骤(3-1)得到的首层催化剂前截面速度值及NH3浓度值,计算首层催化剂前截面速度及NH3浓度相对标准偏差值,与步骤(1)中CFD模拟计算出来的相对标准偏差值进行对比分析;CFD模拟计算采用的模型在标准的k-ε,可实现的k-ε,以及RNGk-ε三种湍流模型中选择用以计算速度值;在通用有限速率模型、EDC、EDM和组分概率密度运输模型中选择用以计算浓度值;

若物模实验与CFD数值模拟计算出来的相对标准偏差值之间的误差小于5%,则认为数值模拟结果准确,模型及参数选择合理;若两个相对标准偏差值误差大于5%,则在标准的k-ε,可实现的k-ε,以及RNGk-ε三种湍流模型中重新选择适合的湍流模型;然后在通用有限速率模型、EDC、EDM和组分概率密度运输模型中重新选择适合的物质运输模型;

模型选择具体操作如下:

首先选用湍流模型计算速度场,当湍流强度过大时,采用标准的k-ε模型重新计算;否则认定为旋流扰流过大,选择可实现的k-ε模型或者RNGk-ε模型重新计算;

其次计算物质浓度场,分别选用通用有限速率模型、EDC、EDM和组分概率密度运输模型计算物质浓度场,判别各种模型计算出氨浓度场模拟值与物模实验测量值的误差,选择误差最小的模型用作浓度场计算;

根据数值模拟与物模实验结果从物模实验数据测量、数据处理,数值模拟速度场、物质浓度场云图,截面数据等多方面综合分析出现误差的原因,相应重新选取CFD模型及参数,重复步骤(1),直到满足实验与数模结果误差在5%以内,从而确定CFD数值模拟的模型和参数的选择。

4.根据权利要求1所述的分区方法,其特征在于,步骤(3)中利用CFD模型确定了三种典型工况下AIG不同区域对催化剂层前NH3浓度分布的影响,包括如下子步骤:

(4-1)根据BMCR工况下首层催化剂前NH3浓度分布云图,将首层催化剂前截面分区,并且将喷氨格栅分区与首层催化剂前分区一一对应,划分原则为:若某区域内的NH3浓度相对标准偏差不超过1%则可将其划分为同一个区域,相对标准偏差Cv,定义如下:

Cv=σv/Xo×100(%)

<mrow> <mi>&sigma;</mi> <mi>v</mi> <mo>=</mo> <msqrt> <mrow> <mo>&Sigma;</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>X</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>X</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>/</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msqrt> </mrow>

Xo:平均数值(m/s),Xi:实验采样点数值(m/s),n:测量点数量(个),σv:计算区域的标准偏差(m/s);

(4-2)在BMCR工况下,逐一调整AIG分区中各区域的喷氨量,其余区域喷氨量不变,烟气流速不变,观察首层催化剂前截面NH3浓度变化,找出该区域喷氨影响的首层催化剂前的对应区域,直至找到所有AIG分区后的子区域分别对应的首层催化剂前区域。

(4-3)改变工况,由BMCR工况变为THA,75%THA典型工况,重新计算对应工况下的初始条件,进行相应的数值模拟,寻找不同工况下,AIG某一区域喷氨量的变动对首层催化剂前截面NH3浓度分布变化的影响,与(4-2)的结果对比,取某一区域喷氨量在三种工况下影响的首层催化剂区域的交集,作为最终对应的影响区域;

根据最终影响区域,反调AIG的分区,将AIG重新分区后重新寻找新分区对应影响的最终区域,直至最终区域与首层催化剂前NH3浓度分区重合面积达到90%以上为止。

5.根据权利要求1所述的分区方法,其特征在于,步骤(4)利用AIG各个区域喷氨量的变动对首层催化剂前截面NH3浓度分布变化的影响结合AIG自身型式特点确定其分区方法,包括如下子步骤:

(5-1)由步骤(4-3)得到初步分区;

(5-2)根据所用AIG的具体型式,由于AIG的喷嘴是不连续的,每个喷嘴控制其上方一小块区域,根据浓度场划分的区域和AIG喷嘴不一定一一对应,综合考虑AIG型式与初步分区的重合度,将不对应的单个喷嘴整合到相邻区域中影响较小区域,最终确定适用该AIG的分区方式。

6.根据权利要求1所述的分区方法,其特征在于,步骤(1)中所述的后处理功能通过CFD软件中的fluent软件实现。

7.根据权利要求3所述的分区方法,其特征在于,步骤(3-2)中的物质浓度场计算中,模型选择方法如下:

如果不考虑模拟中的化学反应,选择通用有限速率模型进行计算,并调整入口效应参数和焓输运参数,使计算结果与物模实验结果误差最小;

如考虑两步总包化学反应,则选用EDM模型计算;如考虑详细化学反应机理则选用EDC模型计算;如需要高精度则选用组分概率密度模型计算。

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