基于Fluent软件模拟水泥分解炉内SNCR脱硝过程
分解炉是水泥窑外预分解技术的核心设备之一，承担着煤粉燃烧、碳酸盐分解等多种复杂的化学反应。作为水泥工业烟气中主要污染物之一的NOx，会对环境造成严重的破坏。本文基于Fluent软件对某厂5000t/d水泥熟料生产线的DD型分解炉进行了数值模拟，得到了分解炉的流场信息及NOx的生成特性，并以尿素作为还原剂采用选择性非催化还原法(SNCR)对分解炉内NOx进行脱除。同时，优化设计了SNCR脱硝工作参数，以提高脱硝性能，获取更合理的脱硝工作参数，为水泥分解炉脱硝提供理论指导。本文的主要研究内容如下: (1)根据DD型分解炉实际尺寸，采用Gambit软件建立物理模型，利用布尔运算将分解炉分成若干形状规则的几何体，采用分块网格划分技术进行网格划分，获取较高质量的网格。 (2)建立分解炉数学模型，采用标准κ-ε模型模拟气相湍流流动，采用组分输运模型模拟煤粉燃烧及化学反应，采用P-I辐射模型模拟辐射换热，获得了分解炉内流场信息，模拟结果表明:流体运动速度沿分解炉中心轴线对称，多处出现涡旋现象;煤粉燃烧后产生大量的热量，分解炉内温度从主燃烧室至出口处呈抛物线形梯度递减，最高温度在煤粉燃烧器上侧，约为1800K，出口处温度约为1150K;煤粉燃烧后挥发份、O2、CO和CO2的浓度场分布符合燃烧基本规律，燃烧状况良好，分解炉配风比例恰当。 (3)利用后处理的方法，采用污染物生成模型模拟了分解炉内NO的生成，获得了NO的分布规律，模拟结果表明:NO大量生成于主燃烧室内，是煤粉燃烧的结果，其生成浓度与煤粉用量相吻合，在流体的不断扩散下，最终均匀地弥漫在分解炉内，若只考虑分解炉内煤粉燃烧产生的燃料型NOx，出口处NO的浓度约为450ppm，综合考虑实际工况中窑尾烟气携带入炉的NO，分解炉出口处NO的浓度约为850ppm。 (4)以尿素为还原剂，采用SNCR模型模拟了分解炉内SNCR脱硝过程，结果表明，尿素的喷入能降低烟气中NO的浓度。为提高脱硝效率，获取适合该模型的最佳脱硝工作参数，对尿素喷射参数进行了优化设计，结果表明，尿素喷射角度为分解炉Z轴方向水平向下60°、喷射速度为25m/s、喷射高度距分解炉入口26m时，脱除NO的能力最强;为获取较佳的脱硝效果和较低的NH3逃逸，尿素与NO的摩尔比不宜超过1.0，最佳范围在0.8～0.95之间。
水泥分解炉;选择性非催化还原法;脱硝过程;数值模拟
济南大学
硕士
材料工程
赵蔚琳
2015
中文
TQ172.611
86
2016-03-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）