循环流化床锅炉SNCR反应机理与脱硝特性数值模拟

选用

双方程湍流模型计算分离器内的流动特性。选择P1模型计算旋风分离器内的辐射特性，壁面设置为绝热壁面。借助离散相模型计算流场中的氨水液滴轨迹及其引起的热量或质量传递，考虑离散相与连续相间的相互祸合，雾化器采用实心锥形雾化喷嘴。选择有限速率/涡耗散湍流化学模型模拟组分运输与反应。

计算区域入口选择速度进口，烟气流速为32. 6 m/s，认为出口处的湍流流动为充分发展状态，因此分离器出口选择自由出流边界条件。入口烟气体积分数为:H2O10%，O23%，CO2 14%，NO298. 7 x 10-6。压力速度祸合采用 Simple。算法，空间离散化压力项采用PRESTO格式，动量方程、湍动能和湍动耗散率和组分输运方程都采用二阶迎风格式。

3数值计算结果与数据分析

3. 1旋风分离器烟气流场模拟结果

图4为部分烟气迹线，可见烟气进入分离器后，首先沿着旋风筒壁向下流动，但大部分烟气在流动至锥形筒前就在压力作用下旋转向上流动，并最终进入排气管，只有少量烟气会在流动至锥形筒底部后再反向旋转向上流动。因此，旋风筒直筒段区域是烟气集中的区域，几乎所有烟气都会流动至该区域从排气管流出，而旋风筒底部锥形筒区域烟气流速相对较慢，且只有小部分烟气流过该区域。

图4部分烟气流动迹线

旋风分离器内的烟温在SNCR反应温度窗口内，因此烟气在分离器内停留时间越长，SNCR脱硝效率越高。卢志民等采用石英管反应器进行SNCR试验，结果表明反应温度900℃、停留时间0. 3 s时，脱硝效率可以达到一个较高的水平。每条迹线烟气的停留时间如图5所示。可以看出，烟气停留时间在0. 75一1. 05 s和2. 55一2. 85 s比较集中，烟气平均停留时间为1.2 s，可以满足SNCR反应所需的时间条件。

图5烟气停留时间分布

3. 2烟气与还原剂混合过程模拟

在旋风分离器进口烟道外侧均匀布置3个雾化喷嘴，如图6所示。彩色迹线表示还原剂雾化液滴颗粒轨迹。还原剂喷射方向垂直于进口烟道壁面，与分离器入口32. 6 m/s的烟气相比，液滴的惯性质量很小，雾化液滴进入分离器后，很快被气流裹挟偏离初始轨道而随着烟气流动，并在很短的时间内被气化蒸发。

图6喷嘴布置示意

通过分离器内部NH3与NO的摩尔比分布可以判断还原剂与烟气的混合程度，摩尔比分布越均匀表示混合越充分。喷嘴喷射进入分离器的还原剂NH3的初始摩尔流量是烟气中NO的1. 2倍，在还原剂与烟气完全混合的情况下，整个分离器内部氨氮摩尔比NSR都应为1.2。图7为分离器中心纵向截面X=0的NSR分布。

图7氨氮摩尔比截而分布

当喷嘴布置于进口烟道外侧时，还原剂向烟道内侧扩散受到抑制，沿着烟道壁面流动。虽然3个喷嘴喷射范围在纵向上并没有完全覆盖烟道，喷嘴与喷嘴之间存在盲区，但是由于分离器内烟气具有向心绕流的特性，在烟气的扰动和携带下，还原剂快速向四周扩散，分离器纵向截面右半部分不存在盲区，且还原剂在排气管附近聚集。分离器出口还原剂浓度分布较均匀，NSR在1. 2左右，说明出口处还原剂与烟气混合效果很好。

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