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板式脱硝催化剂磨损-劣化特性与数值模拟研究

板式脱硝催化剂磨损-劣化特性与数值模拟研究

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作者：张子宇东南大学

学位级别：硕士

SCR系统的催化还原方法是燃煤电站应用最广泛的脱硝方式,催化剂是SCR系统的核心,但受到工艺布置的影响,催化剂过度磨损的问题日益突出,严重威胁SCR系统的安全经济运行。本文以大型火电机组SCR板式催化剂为研究对象,采用实验与数值模拟... 详细信息

SCR系统的催化还原方法是燃煤电站应用最广泛的脱硝方式,催化剂是SCR系统的核心,但受到工艺布置的影响,催化剂过度磨损的问题日益突出,严重威胁SCR系统的安全经济运行。本文以大型火电机组SCR板式催化剂为研究对象,采用实验与数值模拟相结合的方法研究催化剂的磨损劣化特性,主要研究内容包括:首先,采用实验的方法研究了烟气速度和飞灰特性对催化剂磨损率的影响,根据实验结果得到催化剂的磨损率关联式,并作为催化剂磨损模型应用至Fluent中,将模拟结果和实验值进行对比,验证磨损模型的可靠性。结果表明:烟气速度对催化剂磨损率的影响较大,其速度指数为2.702,烟气入射角度指数为0.83;在飞灰特性研究中,催化剂的磨损率随飞灰的粒径、浓度、硬度增大而上升,当飞灰的粒径和浓度分别超过150μm和100g/m时,催化剂磨损率的增长趋势减缓;模拟结果与实验值最大相对误差为4.42%,该磨损模型的可靠性和变工况适应性较强。其次,基于数值模型对SCR系统催化剂周期性单通道磨损进行了研究,分析飞灰特性、节距和布置间距对催化剂的前端和孔道磨损率的影响。结果表明:烟气入射角为0°时,孔道内的磨损率在入口段00mm下降较快,之后上升再缓慢下降至孔道出口处;随着烟气入射角的增大前端磨损率下降,孔道磨损率先上升后下降,在烟气入射角为30°时孔道磨损率最大;随着烟气入射角的增大,孔道内烟气入射角正面最大磨损位置逐渐转移至孔道入口段,烟气入射角反面则是最小磨损位置逐渐转移至孔道入口段,尾部磨损较轻;节距对前端磨损率的影响较小,对孔道磨损率影响较大,孔道磨损率在节距为6.7.7mm时下降较快,节距为8.70.7mm时下降趋势减缓;随着布置间距的增大,第二层催化剂的前端和孔道磨损率均上升,且前端磨损率上升幅度大于孔道,在相同入口边界条件下,第二层催化剂的前端、孔道磨损率均小于第一层催化剂对应值。最后,基于前文建立的数值模型,兼顾时间因素,采用动网格技术研究催化剂孔道内飞灰颗粒运动轨迹、催化剂的磨损量(35)M、磨损失效长度l以及磨损形貌劣化特性。结果表明:随运行时间的增加,催化剂入口段飞灰颗粒撞击角度增加,引起飞灰颗粒运动轨迹变化明显,催化剂中后部飞灰颗粒运动轨迹无明显变化;(35)M增长趋势分为加速区、平稳区和缓慢区,而l分为平稳区和缓慢区;在固定工况烟气速度为5m/s、飞灰粒径为50μm、飞灰浓度为30g/m的条件下,催化剂磨损三年时(35)M为22.43g,l为79.6mm,分别占催化剂膏料的总质量和总长度的23.88%、13.26%;入口段催化剂磨损样貌具有波纹状特征,随时间推移波峰和波谷的垂直距离持续减少,直至催化剂磨穿;在相同烟气速度下,随飞灰粒径的增大(35)M和l均趋于平稳;在相同飞灰粒径下,随烟气速度的增大,(35)M趋于平稳,l则呈指数增长。

关键词：板式催化剂飞灰磨损率数值模拟前端孔道催化剂磨损劣化特性

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