SCR脱硝催化反应模型的建立与验证

基于以上催化反应机理,建立的模拟计算模型忽略气相反应,仅考虑在催化剂表面上进行的催化反应,主要反应公式[17]如下:

1.3.3三维建模

采用ANSYS14.0ICEM软件建模工具进行三维建模.催化剂层按多孔介质模拟.烟道、SCR反应器都按照实际尺寸和图纸建模.系统初次计算时网格数为31万,验证网格数影响时网格数为56万.

1.3.4实际实验和模拟计算的条件

模拟计算和实际实验采用相同的烟气成分、流量、NO质量浓度和反应温度.

烟气成分中,O2的体积分数为18%,CO2的为3%,H2O的为8%,N2的为71%;纯NH3;NO质量浓度为1g/m3;烟气流量为140m3/h;空塔速度为4000/h.

1.3.5模拟计算时的参数选择

采用ANSYS14.0fluent软件进行计算.三维湍流数值模拟方法采用标准κ-ε模型,模型常数分别取C1ε=1.44,C2ε=1.92,Cμ=0.09,σκ=1.0,σε=1.3.采用SIMPLE压力-速度耦合算法.收敛判断标准为速度残值绝对标准0.001,能量计算残值绝对标准为10-6,NO、O2、N2、H2O、CO2和NH3的浓度计算残值绝对标准都为0.0001.

1.3.6模拟计算时的操作方法

通过以下步骤或方法实现SCR脱硝催化反应过程的数值模拟:首先建立三维几何数字模型、反应机理文件和反应组分的物性参数文件,然后在ANSYS14.0fluent中分别导入以上文件,接着进行计算参数和边界条件设置,进行初步计算,最后选取初步计算的重要参数值与实际实验相应参数值的差别进行分析,不断优化反应机理文件,使选取的计算参数值与实际实验相应参数值变化趋势一致.其中,建立反应机理文件和反应组分的热力学参数文件为操作方法的关键.

2实验结果与讨论

2.1催化反应模拟模型的验证

以反应器轴线为横坐标,正方向为烟气流动方向,纵坐标为烟气中NO质量浓度,SITE1代表第1层催化剂上中点位置,横坐标为0mm;SITE2代表第2层催化剂中间平面中点位置,横坐标为1.2m;SITE3代表第2层催化剂下中点位置,横坐标为2.4m.F表示实际实验数据;M表示模拟数据.烟气从SITE1通过2层催化剂向SITE3流动过程中,通过比对NO质量浓度分别在实际实验和模拟计算过程中的变化规律是否一致,验证SCR催化反应模拟模型的正确性.

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