CFD：以脫硝流場為例論國外流場優化設計是否真的更牛

2017-02-19 by:CAE仿真在線來源:互聯網

在日常生活中我們會常常聽到“這個是進口貨,質量很好”、“這個技術是引進技術,非常可靠”等崇拜老外的現象。不可否認,國外在某些方面確實有比我們先進的,做的比我們好的地方,然而“凡是老外做的肯定沒有問題”“凡是老外做的肯定比我們好”未免有失偏頗。本文以一個工程的脫硝流場為例,希望這種一味地追崇老外技術的看法有所改變。

1. 同一方案下的模擬結果對比

本文以某煉化公司自備電廠SCR脫硝工程為例,為了驗證數值模擬與物模試驗結果的吻合性,工業煙塵凈化國家地方聯合工程研究中心(以下簡稱IGPC中心)根據某國外公司的圖紙重新建模和模擬,并搭建了物理模型(見圖1)用于試驗驗證。

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對于格柵式噴氨方案的SCR脫硝工程來說,噴氨前流場是影響氨氮混合的重要因素之一,因此數值模擬和物模試驗一般在該區域流場的模擬與測試是關鍵。基于此,我們對該區域的流場進行了對比研究:同一方案條件下,某國外公司數值模擬結果見圖2a,物模試驗結果見圖2b,IGPC中心數值模擬結果見圖2c。從圖中2b明顯可以看出來,噴氨前速度分布趨勢是左側小右側大;從圖2a可以看出,噴氨前速度分布趨勢是左側大右側小;從圖2c可以看出,噴氨前速度分布趨勢是左側小右側大;顯然,對比結果表明:某國外公司模擬結果與試驗結果相反,這從定性上來說,某國外公司模擬結果經不起試驗的檢驗,而IGPC中心的數值模擬結果與物模試驗結果趨勢一致。

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圖2 同一方案條件下,兩個單位的CFD模擬結果與物模試驗結果對比(噴氨前)

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圖3 同一方案條件下,兩個單位的CFD模擬結果與物模試驗結果對比(催化劑前)

從某國外公司數值模擬結果的截圖(圖4)我們可以發現,首層脫硝催化劑上游監測斷面距離催化劑上表面很近,該項目的催化劑層高度是1.2米,根據比例推算,我們很容易得出圖中數值模擬結果監測斷面到催化劑表面的距離約為0.1米,在設計規范要求的監測斷面是0.5米。事實上有點流體力學常識的很容易知道,這種情況下,離催化劑越近,統計出來的速度均勻性越好,然而,對于工程實際來說,我們做流場優化的目的不是為了數據的好看而去改變監測斷面,而是要遵從客觀事實,從優化措施改進的角度來改善流場,才能有利于工程實際運行。

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為了進一步對比數據,我們將同一方案下兩個單位的模擬結果與試驗結果進行了比較(某國外公司的模擬結果摘自其所出的報告),結果表明,IGPC中心的數值模擬結果與試驗結果吻合度更高。

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注:表1和表4中的Cv值表示該監測斷面的相對均方根差值,Cv值越小,均勻性越好。

2. 不同方案下的模擬結果對比

那么,該SCR脫硝工程的流場有進一步優化的可能性嗎?有的話,優化空間又有多大呢?IGPC中心根據數十臺的工程經驗,對該項目重新設計了導流優化措施,并和某國外公司的方案進行了對比和分析。

IGPC中心所作的最終優化方案與某國外提出的優化方案不同點如下表:

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對兩種優化方案的流場進行CFD模擬,得到SCR脫硝裝置各個斷面的流場分布如表3所示。從對比結果可以看出:在省煤器出口煙道位置和SCR入口水平煙道位置,兩方案的速度分布基本相同,由于在底部轉彎煙道之前無導流措施,因此二者的流場分布相同;從底部轉彎煙道之后,受不同導流措施的作用,兩方案的速度分布出現了偏差:在噴氨區域,二者的混合措施不一樣,因此兩方案在該區域的流場區別較大;在反應器頂部,IGPC中心直接取消了傾斜導流板,改變阻流板的布置位置,整流格柵采用分級漸變的布置方式,因此,兩方案在首層催化劑前的速度分布存在較明顯的區別,同一監測斷面情況下,某國外公司方案催化劑前最高速度為6.86m/s,IGPC中心優化方案的最高速度為5.81 m/s,最高速度有所降低,有利于減少催化劑磨損,延長催化劑壽命。

表3 不同優化方案數值模擬結果對比

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表4給出了兩種方案定量的比較,從表中可以看出:兩者的阻力基本相同,IGPC中心用了5片導流板,比某國外公司少用了4片,但AIG上游斷面速度分布、首層催化劑上游斷面速度分布和濃度分布都有了明顯的改善,由此可見,某國外公司的優化方案仍有很大的改善空間。

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3. 小結

本文分別從同一方案和不同方案條件下與某國外公司的模擬結果做了對比和分析,小結如下:

(1) 同一方案條件下,AIG上游速度分布情況是,某國外公司模擬結果與試驗結果分布趨勢不吻合,IGPC中心的模擬結果與試驗結果趨勢吻合;

(2) 同一方案條件下,IGPC中心的模擬結果與試驗結果更為吻合;

(3)不同方案條件下,IGPC中心用了更少的導流板,除了總壓降差不多外,其余各項指標均優于某國外公司。

后記:流場是影響脫硝性能的重要指標之一,無論是業主還是環保公司都很重視流場的優化設計,這幾年在投標或者有一些可研報告中發現存在指定建議由國外來設計的現象。IGPC中心通過多次的研究對比發現這根本就是一種“誤解”,做好流場優化設計,不在于流場是不是由國外公司來設計,而在于是否將流體應用技術與豐富的工程經驗有機的結合。

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