CFD：以脫硝流場為例論國外流場優(yōu)化設(shè)計是否真的更牛

2017-02-19 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

在日常生活中我們會常常聽到“這個是進(jìn)口貨,質(zhì)量很好”、“這個技術(shù)是引進(jìn)技術(shù),非?？煽俊钡瘸绨堇贤獾默F(xiàn)象。不可否認(rèn),國外在某些方面確實有比我們先進(jìn)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(shù)的看法有所改變。

1. 同一方案下的模擬結(jié)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(shù)值模擬與物模試驗結(jié)果的吻合性,工業(yè)煙塵凈化國家地方聯(lián)合工程研究中心(以下簡稱IGPC中心)根據(jù)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。

CFD：以脫硝流場為例論國外流場優(yōu)化設(shè)計是否真的更牛fluent培訓(xùn)課程圖片1

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(shù)值模擬和物模試驗一般在該區(qū)域流場的模擬與測試是關(guān)鍵?；诖?我們對該區(qū)域的流場進(jìn)行了對比研究:同一方案條件下,某國外公司數(shù)值模擬結(jié)果見圖2a,物模試驗結(jié)果見圖2b,IGPC中心數(shù)值模擬結(jié)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(cè)小右側(cè)大;從圖2a可以看出,噴氨前速度分布趨勢是左側(cè)大右側(cè)小;從圖2c可以看出,噴氨前速度分布趨勢是左側(cè)小右側(cè)大;顯然,對比結(jié)果表明:某國外公司模擬結(jié)果與試驗結(jié)果相反,這從定性上來說,某國外公司模擬結(jié)果經(jīng)不起試驗的檢驗,而IGPC中心的數(shù)值模擬結(jié)果與物模試驗結(jié)果趨勢一致。

CFD：以脫硝流場為例論國外流場優(yōu)化設(shè)計是否真的更牛fluent培訓(xùn)課程圖片2

圖2 同一方案條件下,兩個單位的CFD模擬結(jié)果與物模試驗結(jié)果對比(噴氨前)

CFD：以脫硝流場為例論國外流場優(yōu)化設(shè)計是否真的更牛fluent培訓(xùn)課程圖片3

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

從某國外公司數(shù)值模擬結(jié)果的截圖(圖4)我們可以發(fā)現(xiàn),首層脫硝催化劑上游監(jiān)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(jù)比例推算,我們很容易得出圖中數(shù)值模擬結(jié)果監(jiān)測斷面到催化劑表面的距離約為0.1米,在設(shè)計規(guī)范要求的監(jiān)測斷面是0.5米。事實上有點流體力學(xué)常識的很容易知道,這種情況下,離催化劑越近,統(tǒng)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(yōu)化的目的不是為了數(shù)據(jù)的好看而去改變監(jiān)測斷面,而是要遵從客觀事實,從優(yōu)化措施改進(jìn)的角度來改善流場,才能有利于工程實際運行。

CFD：以脫硝流場為例論國外流場優(yōu)化設(shè)計是否真的更牛fluent分析案例圖片4

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

CFD：以脫硝流場為例論國外流場優(yōu)化設(shè)計是否真的更牛fluent分析案例圖片5

注:表1和表4中的Cv值表示該監(jiān)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(jié)果對比

那么,該SCR脫硝工程的流場有進(jìn)一步優(yōu)化的可能性嗎?有的話,優(yōu)化空間又有多大呢?IGPC中心根據(jù)數(shù)十臺的工程經(jīng)驗,對該項目重新設(shè)計了導(dǎo)流優(yōu)化措施,并和某國外公司的方案進(jìn)行了對比和分析。

IGPC中心所作的最終優(yōu)化方案與某國外提出的優(yōu)化方案不同點如下表:

CFD：以脫硝流場為例論國外流場優(yōu)化設(shè)計是否真的更牛fluent分析案例圖片6

CFD：以脫硝流場為例論國外流場優(yōu)化設(shè)計是否真的更牛fluent分析案例圖片7

對兩種優(yōu)化方案的流場進(jìn)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(jié)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(zhuǎn)彎煙道之前無導(dǎo)流措施,因此二者的流場分布相同;從底部轉(zhuǎn)彎煙道之后,受不同導(dǎo)流措施的作用,兩方案的速度分布出現(xiàn)了偏差:在噴氨區(qū)域,二者的混合措施不一樣,因此兩方案在該區(qū)域的流場區(qū)別較大;在反應(yīng)器頂部,IGPC中心直接取消了傾斜導(dǎo)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(qū)別,同一監(jiān)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(yōu)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(yōu)化方案數(shù)值模擬結(jié)果對比

CFD：以脫硝流場為例論國外流場優(yōu)化設(shè)計是否真的更牛fluent分析案例圖片8

CFD：以脫硝流場為例論國外流場優(yōu)化設(shè)計是否真的更牛fluent仿真分析圖片9

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(dǎo)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(yōu)化方案仍有很大的改善空間。

CFD：以脫硝流場為例論國外流場優(yōu)化設(shè)計是否真的更牛fluent仿真分析圖片10

3. 小結(jié)

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(jié)果做了對比和分析,小結(jié)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(jié)果與試驗結(jié)果分布趨勢不吻合,IGPC中心的模擬結(jié)果與試驗結(jié)果趨勢吻合;

(2) 同一方案條件下,IGPC中心的模擬結(jié)果與試驗結(jié)果更為吻合;

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

后記:流場是影響脫硝性能的重要指標(biāo)之一,無論是業(yè)主還是環(huán)保公司都很重視流場的優(yōu)化設(shè)計,這幾年在投標(biāo)或者有一些可研報告中發(fā)現(xiàn)存在指定建議由國外來設(shè)計的現(xiàn)象。IGPC中心通過多次的研究對比發(fā)現(xiàn)這根本就是一種“誤解”,做好流場優(yōu)化設(shè)計,不在于流場是不是由國外公司來設(shè)計,而在于是否將流體應(yīng)用技術(shù)與豐富的工程經(jīng)驗有機(jī)的結(jié)合。

開放分享：優(yōu)質(zhì)有限元技術(shù)文章,助你自學(xué)成才