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不同进液方式下铜电解槽内电解液流动特性的评价（英文）

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2017年第10期27卷 2282-2290页

作者：周萍马海博谢紫微闫红杰 Chenn Q.ZHOU 中南大学能源科学与工程学院长沙410083 Center for Innovation through Visualization and Simulation Purdue University Northwest

铜电解槽的进液口布置方式对极板间的流场有着显著的影响,而流场的分布决定电解过程中的电流分布。为了深入了解电解液在竖直极板间复杂的流动行为,以铜电解槽为研究对象,建立了针对"一端进液"、"底部中心进液"、"上侧交错进液"和"底部... 详细信息

铜电解槽的进液口布置方式对极板间的流场有着显著的影响,而流场的分布决定电解过程中的电流分布。为了深入了解电解液在竖直极板间复杂的流动行为,以铜电解槽为研究对象,建立了针对"一端进液"、"底部中心进液"、"上侧交错进液"和"底部交错进液"4种不同进液方式下电解槽内电解液的流动过程的三维计算流体动力学模型并进行数值模拟。结果表明:由于"底部中心进液"式电解槽中进液口的位置分布不均匀,其速度的极差较大,是交错进液时的4倍以上。另外,由于"底部交错进液"式电解槽内电解液的湍流强度较大,因此其体平均速度是"一端进液"式的4倍。综合来看,"底部交错进液"式电解槽能够将新鲜的电解液快速、均匀地补充到极板间,为提高电流密度和增加产能奠定了基础。

关键词：铜电解精炼进液口布置方式流场均匀性计算流体力学

锅炉SCR脱硝系统喷氨量的智能预测以及与流场的耦合研究

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锅炉SCR脱硝系统喷氨量的智能预测以及与流场的耦合研究

作者：郑鹏山东大学

学位级别：硕士

当前我国的主要电力生产形式还是以煤电为主,2020年,我国煤电发电量占全国发电量总量的60.8%。由于煤炭本身的特性,燃煤电厂生产过程中产生的烟气含有大量的大气污染物,国家对于烟气排放的标准做了严格的规定,超低排放标准规定燃煤电厂... 详细信息

当前我国的主要电力生产形式还是以煤电为主,2020年,我国煤电发电量占全国发电量总量的60.8%。由于煤炭本身的特性,燃煤电厂生产过程中产生的烟气含有大量的大气污染物,国家对于烟气排放的标准做了严格的规定,超低排放标准规定燃煤电厂排放烟气中NOx含量不能超过50mg/m3。目前电厂主要采用的是SCR脱硝技术脱除烟气中的NOx,即在省煤器与空预器之间加装SCR脱硝装置,在烟道中喷入NH3与烟气中的NOx在催化剂的作用下,反应生成无害的N2和H2O。但是在SCR脱硝系统工作的过程中,由于脱硝系统的设计和运行等原因,喷入烟道的NH3并不能完全与烟气中的NOx反应,未反应的NH3与SO3反应会生成硫酸氢铵,硫酸氢铵在260℃左右时会由气态逐渐液化,粘附烟气中的飞灰,导致空预器的运行阻力增大,严重影响空预器的性能和机组的运行安全。如何减少氨逃逸是减少硫酸氢铵生成的关键,氨逃逸的主要产生原因是喷氨量过度和与烟气混合不均匀导致局部未完全反应,因此本课题从喷氨量的计算预测以及和SCR脱硝系统内部流场的耦合两方面进行研究。首先通过采集某电厂660MW机组的实际运行数据,通过搭建分析平台,对与脱硝系统运行有关的历史运行数据的相关规律进行了分析,确定了喷氨量与相关影响因素之间的关系。结果发现,所研究机组的SCR脱硝系统喷氨量在200～375MW的负荷区间内随着负荷的上升而减少,而在375MW～660MW的负荷区间内,喷氨量随着负荷的上升而增加。这主要是由于在不同负荷下烟气流量和NOx量的变化规律随负荷的变化率不同导致的。本文根据脱硝相关因素的分析结果进行了工况划分,构建了不同工况下喷氨量寻优平台,寻找当前工况对应历史工况下的最优喷氨量,实现了基于大数据分析方法的稳态工况寻优指导。本文还通过基于L-M算法的神经网络方法训练了所研究机组的SCR脱硝系统喷氨量预测模型,根据SCR入口烟道的参数,对喷氨量的需求进行预测。根据数据测试,训练完成的模型输出的预测喷氨量与现场实际运行的喷氨量数据的平均预测误差在5%以内。除了对喷氨量的寻优预测外,实现NH3与NOx的均匀混合也是减少氨逃逸的重要措施。本文通过数值模拟的方法,对锅炉SCR脱硝系统的各种均流方案的效果进行了研究并且通过组分模拟分析发现,速度场的均匀性和催化剂上方氨分布的均匀性并不完全匹配,通过调整喷氨格栅的布置方式,进一步提高了NH3分布的均匀度,并且提出了通过通量确定喷氨量的概念。本文对SCR脱硝系统内的飞灰运动场进行了模拟,寻找催化剂容易失活的区域,为喷氨量与流场和催化剂的协同提供参考。

关键词： SCR脱硝喷氨量数值模拟流场均匀性

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低温省煤器优化设计及烟道流场模拟

低温省煤器优化设计及烟道流场模拟

作者：海潮峰华北水利水电大学

学位级别：硕士

由于锅炉排烟热损失是锅炉热损失中最大的一项,为降低锅炉排烟热损失,提高机组效率,近年来国内燃煤电站广泛开展加装低温省煤器的余热利用改造工程。随着运行时间增加,许多已投运低温省煤器在运行中出现由于烟气流场不均造成的磨损泄漏... 详细信息

由于锅炉排烟热损失是锅炉热损失中最大的一项,为降低锅炉排烟热损失,提高机组效率,近年来国内燃煤电站广泛开展加装低温省煤器的余热利用改造工程。随着运行时间增加,许多已投运低温省煤器在运行中出现由于烟气流场不均造成的磨损泄漏问题。因此,为保障低温省煤器安全运行,必须有效解决烟气流场不均问题。本文基于某电厂实际工程项目,从管材、管型两方面进行低温省煤器换热器的优化设计。通过分析低温腐蚀机理,计算出酸露点温度,采用耐腐蚀ND钢以预防低温腐蚀,采用H型翅片管以增强换热。编制设计流程图,对低温省煤器进行设计计算,最终得到低温省煤器合理的结构参数、传热系数及传热量。根据本文设计的低温省煤器尺寸和原烟道布置情况,建立低温省煤器及前后烟道的数值模型,对未加导流板的原始方案进行BMCR工况下数值模拟,发现存在低温省煤器入口烟气偏流严重及两分叉烟道流量不均问题。具体为两烟道第一排受热面前300mm截面上速度分布偏差系数Cv分别为25.5%、28.4%,两烟道流量偏差率为3.04%,烟道总压降为302 Pa。针对此问题,提出三种优化方案,分别通过在弯头、扩口段、分叉烟道处加装导流板和改变烟道布置等方法使烟气流场均匀,降低磨损泄漏风险。BMCR工况下,通过对三种方案的速度云图、压力云图及流量偏差比较分析,确定第三种方案为最优方案。此方案额定工况下两烟道第一排受热面前300mm截面上速度分布偏差系数Cv分别为11.6%、12.8%,两烟道流量偏差率为2.6%,烟道总压降为360 Pa。再对最优方案进行75%和50%负荷工况下数值模拟,通过对不同负荷下的速度云图、压力云图及流量偏差比较分析,得出随着负荷降低,流场不均匀性和总压降均降低,最优方案在各负荷下均能满足流场均匀性要求。因此,采用第三种方案能有效解决由于烟气偏流导致局部烟气流速过高,而造成的低温省煤器局部磨损泄漏问题,提高低温省煤器设备的安全性。通过对比分析加装低温省煤器后投运和切除时的经济性参数,进行经济性分析,得出降低的发电煤耗率和标煤量,可有效节省燃料成本,增加发电厂经济效益。

关键词：低温省煤器设计流场均匀性导流板数值模拟

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袋式除尘器内部流场数值模拟与结构优化研究

袋式除尘器内部流场数值模拟与结构优化研究

作者：安海超长安大学

学位级别：硕士

在国民经济发展过程中,交通运输尤其是高速公路的发展具有基础性和先导性作用。然而在高速公路建设飞速发展的同时,修建高速公路用的沥青拌合站在生产沥青混合料过程中产生了大量的颗粒性粉尘和有害烟气,且其地处偏僻的位置,难以治理。... 详细信息

在国民经济发展过程中,交通运输尤其是高速公路的发展具有基础性和先导性作用。然而在高速公路建设飞速发展的同时,修建高速公路用的沥青拌合站在生产沥青混合料过程中产生了大量的颗粒性粉尘和有害烟气,且其地处偏僻的位置,难以治理。因此,为了响应国家节能减排的号召并保障人民生命健康,降低环境污染,对拌合站用袋式除尘器的研究具有重要的现实意义。本文首先对筑路拌合站用袋式除尘器现存的问题进行了分析,并比较了各种袋式除尘器的特性,探讨了所用袋式除尘器的基本工作原理和影响除尘效率的若干因素。在此基础上对袋式除尘器的实体模型进行了结构设计,内容包括原始条件的界定、处理风量的计算、除尘系统风压的确定、引风机的选择以及除尘过滤面积和结构尺寸的确定等。袋式除尘器除尘效果的好坏与其内部流场分布是否均匀有着密切的联系。本文探索了如何在三维软件Pro-e及gambit中建立其实体模型,并利用计算流体力学(CFD)软件Fluent对现有袋式除尘器内部流场进行了数值模拟,获得了其内部的速度场、压力场、温度场及湍流场的分布情况,并就其流场分布不均匀的原因进行了研究,通过改变进风口形式、布袋类型、布袋间隙速度、下部设置导流板等措施改善了流场的分布,并建立了对应的各种除尘器模型。经过Fluent对各种模型的计算仿真模拟,得到了改进后的流场分布云图,并对各模型存在的优缺点进行了分析比较,探究了不同因素对除尘器内部流场分布的影响规律,得到了较为理想的内部流场分布。为进一步改善袋式除尘器内部流场的均匀性,提高除尘效率和延长布袋使用寿命提供了依据。

关键词：袋式除尘器除尘效率结构模型设计流场均匀性数值模拟

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滤筒除尘器内部流场实验研究与数值模拟

滤筒除尘器内部流场实验研究与数值模拟

作者：王英志西安建筑科技大学

学位级别：硕士

面对日益严重的大气污染问题,高效除尘器的深入研究刻不容缓。滤筒除尘器是在袋式除尘器基础上发展起来的新型除尘器,具有体积小、过滤面积大、维护施工便捷以及除尘效率高等众多优点。然而,现在国内外学者对滤筒除尘器研究较少,对滤筒... 详细信息

面对日益严重的大气污染问题,高效除尘器的深入研究刻不容缓。滤筒除尘器是在袋式除尘器基础上发展起来的新型除尘器,具有体积小、过滤面积大、维护施工便捷以及除尘效率高等众多优点。然而,现在国内外学者对滤筒除尘器研究较少,对滤筒除尘器内部流场特性方面的研究更是欠缺。维持滤筒除尘器内部流场良好的均匀性,可保障除尘器的使用寿命和过滤效率,具有重大的工程意义。本文系统介绍了滤筒除尘器滤筒结构、材料以及清灰方式等,通过实验测试对滤筒除尘器基本运行参数进行记录和研究。由实验测试得:覆膜滤筒运行时初始内外压差为39.8Pa,初始过滤效率在98%左右,脉冲喷吹清灰后,滤筒内外压差以及过滤效率都较之前有所提高;并且在测试过程中发现滤筒除尘器存在内部流场紊乱问题。针对实验用滤筒除尘器流场紊乱问题,本文借助于计算流体力学(CFD)相关软件以及实验中所得除尘器进出口速度、滤筒内外压差等参数,建立实验用滤筒除尘器模型。模拟分析得除尘器流场速度相对均方差值为0.43,说明流场均匀性差。为了研究导流板、气流均布板和灰斗挡风板对除尘器流场均匀性的影响,设立5因素4水平的正交试验,通过建立16种不同的滤筒除尘器模型模拟分析。研究发现:适当增加气流均布板数量C、减小其角度D以及增加灰斗挡风板长度E可有效提高流场均匀性,并且设立灰斗挡风板能防止灰斗内二次扬尘发生;调整N型风道中的导流板数量A及其角度B对流场影响甚微;影响流场均匀性各因素重要性排序为灰斗挡风板E>气流均布板角度D>气流均布板数量C>导流板数量A>导流板角度B。利用较优水平建立的新型滤筒除尘器,其流场均匀性提高了39.5%。除了上述几个因素外,进风方式也是影响滤筒除尘器内部流场均匀性的另一主要因素,为了更好地反映滤筒除尘器在下进风、侧进风及上进风三种进风方式下的内部流动情况,在之前研究基础上,本文从速度迹线、速度云图以及压力云图等因素多方位剖析除尘器内部流场,同时借助滤筒内外侧6条压力监测线分析滤筒附近流场。研究表明:三种进风方式中,侧进风滤筒除尘器流场均匀性最优、上进风滤筒除尘器次之、下进风滤筒除尘器最差,侧进风滤筒除尘器滤筒流量最大偏差(35)qiK为0.192,综合流量不均匀幅值?(35)K为0.069;侧进风滤筒除尘器与上进风滤筒除尘器内部流场具有一定的相似性,但都面临两滤筒间隙速度过高,滤筒冲刷严重问题。通过布置开孔率为30%均布板优化上进风滤筒除尘器,流场均匀性显著提高,最大流量不均匀幅值(35)qiK减小46.2%、综合流量不均匀幅值?(35)K减小了42.3%。

关键词：滤筒除尘器流场均匀性进风方式正交试验 CFD

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自由液面固液搅拌流场数值模拟研究与应用

自由液面固液搅拌流场数值模拟研究与应用

作者：吴昊哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

杂质实验装置需通过搅拌槽的充分搅浑,保证待检设备区杂质浓度的维持和控制。但由于杂质颗粒的沉降特性,在长时间实验过程中,往往由于搅拌流场不均匀而出现搅拌死区,造成杂质沉积,影响实验结果。因此,如何提升杂质搅拌槽搅拌均匀性,避... 详细信息

杂质实验装置需通过搅拌槽的充分搅浑,保证待检设备区杂质浓度的维持和控制。但由于杂质颗粒的沉降特性,在长时间实验过程中,往往由于搅拌流场不均匀而出现搅拌死区,造成杂质沉积,影响实验结果。因此,如何提升杂质搅拌槽搅拌均匀性,避免杂质颗粒的沉积,成为杂质实验装置亟待研究的问题。本文基于多相流敞口自由液面搅拌槽的数值模拟技术,通过合理简化,建立了双叶轮自由液面搅拌槽数值模型,并从搅拌叶轮位置参数、搅拌槽扰流挡板的设置等变量对流场的影响方面展开研究,针对现有杂质实验装置提出优化方案,最后通过对比实验,验证优化方案的可行性。主要完成工作如下:（1）针对现有杂质实验装置建立模型,在固相组分浓度较低的前提下,以气液两相流耦合固体颗粒干涉沉降运动分析的方法替代三相流模型进行数值计算。结果表明,现有装置搅拌均匀性较差,在长方形搅拌槽的侧壁直角边与搅拌叶轮之间区域、两搅拌叶轮之间区域均出现搅拌死区,流速低于杂质沉降速度,出现杂质颗粒的沉积效应。（2）基于“正交实验法”（Orthogonal Experimental Design）,以现场装置可调整的参数为变量,设计了9组对比实验,定性研究了各变量对流场的影响。同时,基于相对偏差均方根法来定量判定各组搅拌流场的均匀性。结果表明:在双叶轮、方形搅拌槽体系中,叶轮间距相比叶轮高度是对流场均匀性的影响起主导作用的因素。在一定条件下,叶轮间距越小,叶轮间搅混特性越优。同时,方形搅拌槽对环流的抑制作用提升了叶轮与侧壁间区域的搅混特性。而在搅拌槽容积许可的前提下,更大的直角区扰流挡板会得到更高的流场均匀性。（3）基于现有杂质实验装置以及优化方案改进后的装置,执行搅拌和取样实验,比对两组实验取样数据。结果表明,现有装置在长期实验中,取样浓度持续下降,并在一个随机低值点趋于稳定,排水后槽底边角和中间区域出现较多颗粒沉积,搅拌特性较差。而按优化方案改造后的装置,取样数据在一个相对稳定的高浓度区域小范围波动,排水后槽底沉积物较少,表明优化方案相比原方案搅混性更优。

关键词：搅拌槽数值模拟颗粒沉降流场均匀性

金属多孔介质气固分离器流场数值模拟及结构优化

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金属多孔介质气固分离器流场数值模拟及结构优化

作者：方细波西安理工大学

学位级别：硕士

我国能源结构以火电为主,据统计全国在役火电厂平均每年产生1500万吨烟尘以上,因此发展性能优异、运行稳定的除尘设备势在必行。早期的火电厂烟气净化装置很大一部分是袋式除尘器,随着环保标准的提高及金属多孔滤棒制作技术的成熟,利用... 详细信息

我国能源结构以火电为主,据统计全国在役火电厂平均每年产生1500万吨烟尘以上,因此发展性能优异、运行稳定的除尘设备势在必行。早期的火电厂烟气净化装置很大一部分是袋式除尘器,随着环保标准的提高及金属多孔滤棒制作技术的成熟,利用金属多孔介质过滤器替代袋式除尘器已成为一种趋势。本文以咸阳市某一现役燃煤电厂金属多孔介质除尘器原型为研究对象,针对过滤器内部气流组织不均匀、需要频繁更换滤棒以致设备稳定性大幅降低,而目前工业技术手段很难直接监测过滤器内部流场的问题,利用ANSYS FLUENT 15.0流体仿真软件模拟过滤器流场,找到过滤器出现上述不利因素的原因,并针对原型过滤器存在的气流组织问题,提出结构优化指标和四种优化方案,参考优化方案模拟结果指导工程实践。通过对金属多孔介质气固分离器原型内部气流组织模拟分析,在与实测数据对比验证模拟结果可靠性的基础上,得到以下结果:采用Porous Jump模型处理多孔介质滤棒结果真实可靠。过滤器内部流场的不均匀性导致过滤器滤棒流量分配系数变化较大,滤棒最大流量不均幅值ΔK高达1.47,综合流量不均幅值ΔK=0.131,其中边缘两列滤棒流量分配系数较大。流量分配系数的较大不均匀性在增大过滤器过滤压力的同时也增大了滤棒更换或清灰的频率,十分不利于设备的稳定运行。针对原型过滤器气流组织问题,对改变滤棒长度及进气口高度、滤棒数量及布局、进气口角度与数量以及设置不同滤棒渗透系数四种结构优化方案进行模拟计算,结果表明:四种优化方案的“最佳结构”分别为:滤棒长度L=0.72m,进气口高度T=0.288m;去掉第一、二列滤棒;设置双进气口,呈90零+270零分布;降低第4～8列、第4～6排滤棒渗透系数到7×10-13m2。以上四种方案中“最佳结构”对气流均匀性相关参数—最大流量不均幅值、综合流量不均幅值、气流均匀性指标均有较好优化效果。以最大流量不均幅值ΔK为例,上述四种方案中的“最佳结构”分别较“原型”降低63.27%、17%、51.11%、9.09%。

关键词：金属多孔介质过滤数值模拟流场均匀性结构优化

1000MW机组电除尘器内部流场优化及除尘效率数值模拟研究

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1000MW机组电除尘器内部流场优化及除尘效率数值模拟研究

作者：原辉华北电力大学

学位级别：硕士

随着我国煤炭消耗量的逐年增加和日益严格的环保法规,不可避免会对燃煤锅炉尾气排放标准提出更高的要求。电除尘器因其具有除尘效率高,压力损失小,运行维护成本低等优点成为应用最广泛的除尘设备,当前,针对电除尘器的数值模拟研究取得... 详细信息

随着我国煤炭消耗量的逐年增加和日益严格的环保法规,不可避免会对燃煤锅炉尾气排放标准提出更高的要求。电除尘器因其具有除尘效率高,压力损失小,运行维护成本低等优点成为应用最广泛的除尘设备,当前,针对电除尘器的数值模拟研究取得了一定进展,但研究模型多以实验电除尘器尺寸展开,与实际电除尘器真实参数与运行条件存在差异。为正确反映电除尘器内微细粉尘脱除的真实情况,本文首先对某电厂1000MW级机组电除尘器各工况下进出口粉尘浓度进行试验研究,然后利用Fluent在无电场和颗粒相的条件下,研究了多孔板布置方式、多孔板开孔率及有无灰斗挡板对电除尘器内流场均匀性的影响,定量得出:采用三层多孔板布置方案且开孔率优先选择0.5/0.3/0.3的布置方式,可以使流场均匀性达到最优。最后在流场优化基础上,将电场、流场及颗粒相运动进行多场耦合模拟,展开横向极板式电除尘器气场特性和颗粒收集效率的研究。分别研究了电除尘器出口压力、入口流速、操作电压、粉尘浓度、粉尘粒径、极配参数及不同电晕电极结构对除尘效率的影响,定量得出:(1)降低出口压力绝对值,降低入口烟气流速,增大操作电压,稳定粉尘浓度在30g/m及提高粉尘凝并率可以优化电除尘器除尘效率;(2)适当减小异极距、同极距及电晕线直径,可以得到较优的除尘效率,具体的参数选型应结合工程实际;(3)BS极线因其尖端突起明显有着优于其他电极结构的除尘性能,但对粗粉尘粒径适应性较差。本文研究结果,可望为1000MW级机组电除尘器的设计、选型、结构优化提供有益的理论指导。

关键词： 1000MW机组电除尘器 Fluent 多场耦合流场均匀性除尘效率

生物质锅炉SCR外置烟道导流板设计仿真研究

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能源工程 2022年第6期42卷 42-46,51页

作者：李凯孟志浩吴斌周熠旻谈群嘉兴新嘉爱斯热电有限公司浙江嘉兴314016 浙江大学能源工程学院浙江杭州310027

为优化SCR外置烟道内的烟气流场,开展了导流板设计的仿真研究。计算结果表明,初始设计方案下脱硝反应器入口的速度不均匀系数高达93.7%。基于数值仿真结果与理论分析,确定了合理的导流板布置方案。优化后,SCR外置烟道阻力为69.4 Pa,脱... 详细信息

为优化SCR外置烟道内的烟气流场,开展了导流板设计的仿真研究。计算结果表明,初始设计方案下脱硝反应器入口的速度不均匀系数高达93.7%。基于数值仿真结果与理论分析,确定了合理的导流板布置方案。优化后,SCR外置烟道阻力为69.4 Pa,脱硝反应器入口速度不均匀系数下降至14.7%。给出的SCR外置烟道的导流板优化方案,可为流场优化的工程设计提供技术指导。

关键词： SCR 导流板流场均匀性数值模拟