文章來(lái)源：安世亞太官方訂閱號(hào)（搜索：peraglobal）被稱為史最嚴(yán)格的汽車(chē)排放標(biāo)準(zhǔn)國(guó)六，已進(jìn)開(kāi)始實(shí)施，環(huán)境保護(hù)進(jìn)入了最嚴(yán)政策監(jiān)管期。對(duì)導(dǎo)致

文章來(lái)源：安世亞太官方訂閱號(hào)（搜索：peraglobal）

被稱為史最嚴(yán)格的汽車(chē)排放標(biāo)準(zhǔn)國(guó)六，已進(jìn)開(kāi)始實(shí)施，環(huán)境保護(hù)進(jìn)入了最嚴(yán)政策監(jiān)管期。對(duì)導(dǎo)致空氣污染的電廠、鍋爐廠、垃圾處理、汽車(chē)尾氣等煙氣廢氣進(jìn)行脫硫、脫硝處理已經(jīng)成為當(dāng)前環(huán)保治理的主要方向。煙氣脫硫脫硝技術(shù)是應(yīng)用于多氮氧化物、硫氧化物生成化工工業(yè)的一項(xiàng)煙氣凈化技術(shù)。煙氣脫硫技術(shù)和工藝可以降低工業(yè)廢氣中的二氧化硫、氮氧化物等毒性成分，成為大氣污染控制中的一個(gè)熱點(diǎn)。

汽車(chē)尾氣、電場(chǎng)、鍋爐廠、垃圾處理等脫硫脫硝設(shè)備是環(huán)保凈化廢氣的重要工具，但因其自身尺度大、負(fù)荷范圍寬、雜質(zhì)含量高等特點(diǎn)，使得常規(guī)的試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)方法或在已投運(yùn)的裝置上進(jìn)行實(shí)物試驗(yàn)等方法變得不現(xiàn)實(shí)。CAE仿真技術(shù)作為先進(jìn)的研發(fā)手段與試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，可以指導(dǎo)工程的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，彌補(bǔ)和克服傳統(tǒng)方法的缺陷，減少物理模型試驗(yàn)、節(jié)省產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本，縮短開(kāi)發(fā)周期，大幅度提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。科技助力環(huán)保，我們?cè)谛袆?dòng)。讓我們一起了解CFD仿真技術(shù)在解決脫硫-脫硝設(shè)備產(chǎn)品研發(fā)及工藝優(yōu)化過(guò)程中的常見(jiàn)應(yīng)用。

解決方案

采用基于計(jì)算流體力學(xué)(Computation fluid dynamics，CFD)方法進(jìn)行爐內(nèi)綜合數(shù)值模擬的主體框架是求解三維的物質(zhì)、能量和動(dòng)量微分守恒方程，還有一些輔助模型與主體框架結(jié)合起來(lái)以考慮氣相組分混合、化學(xué)反應(yīng)及輻射能量傳遞等。不僅可以獲得所有現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)量能夠獲得的數(shù)據(jù)，還能提供現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法測(cè)量的數(shù)據(jù)。此法已成為研究、設(shè)計(jì)人員不可缺少的工具之一，可以顯著降低研究和設(shè)計(jì)成本，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。

CFD提供了對(duì)流動(dòng)物理和潛在化學(xué)反應(yīng)的洞察，能否幫助建議可能的措施/設(shè)計(jì)變更/改造；減少氮氧化物的措施會(huì)增加CO排放，采取的措施可視可用空間/燃料種類(lèi)/其他操作和維修問(wèn)題而定，CFD可以幫助研究不同的設(shè)計(jì)，并提出優(yōu)化設(shè)計(jì)的建議。

相比較廢氣和廢液的燃燒，煤粉的燃燒是極其復(fù)雜的過(guò)程，包括煤粉的加熱、揮發(fā)、混合及燃燒化學(xué)反應(yīng)。利用CFD分析可以充分考慮各種因素的相互作用，找到最佳的匹配方案。

利用FLUENT的拉格朗日多相流技術(shù)可以計(jì)算碳粒運(yùn)動(dòng)軌跡，可以使用組分輸運(yùn)模型計(jì)算多組份流體的傳輸擴(kuò)散過(guò)程。

在軟件中，提供了豐富的燃燒模型：旋渦耗散模型、有限化學(xué)速率模型、小火焰面模型、混合的模型、預(yù)混模型、非預(yù)混、部分預(yù)混、PDF復(fù)合輸運(yùn)模型等。煤粉的燃燒需要用到相間燃燒模型，實(shí)際上是首先采用拉格朗日顆粒運(yùn)動(dòng)模型計(jì)算煤粉顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡；在顆粒運(yùn)動(dòng)過(guò)程中考慮了其加熱過(guò)程，揮發(fā)成可燃?xì)獾倪^(guò)程；最后計(jì)算可燃?xì)獾娜紵^(guò)程以及剩余碳核的燃燒過(guò)程。

輻射模型：燃燒室內(nèi)部的溫度非常高，輻射效應(yīng)也不容忽視。在計(jì)算燃燒室的燃燒過(guò)程時(shí)，一般都要用輻射模型。FLUENT提供了四種輻射模型：擴(kuò)散近似模型（Rosseland）,球面諧波模型（P-1），離散傳輸模型（DTRM），離散坐標(biāo)模型（DO）。

ANSYS Fluent NOx模型提供了模擬燃燒系統(tǒng)中熱力型、快速型和燃料型NOx生成，以及再燃NOx的消耗。使用Department of Fuel and Energy at The University of Leeds in England 開(kāi)發(fā)的速率模型，以及一些公開(kāi)文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)。ANSYS Fluent模擬NOx還原模型使用藥劑噴射，例如選擇性非催化還原，同時(shí)可以考慮N2O中間產(chǎn)物模型。

應(yīng)用案例

案例一：旋流煤粉爐廢氣處理解決方案

對(duì)于煤粉爐而言，應(yīng)用Fluent模擬旋流式煤粉爐的NOX排放問(wèn)題。

案例二：旋流對(duì)沖燃燒器（ROFA）

旋轉(zhuǎn)對(duì)沖燃空氣是一種過(guò)燃空氣技術(shù)，一次燃燒區(qū)以上的氣體體積呈強(qiáng)旋渦運(yùn)動(dòng)，可導(dǎo)致更好的混合,確定噴射位置和ROFA射流速度是關(guān)鍵因素。

案例三：低氮旋流燃燒器案例

采用旋流燃燒器，測(cè)試其中的結(jié)果，旋流低氮燃燒器模擬捕捉到的火焰形狀和擴(kuò)散與實(shí)驗(yàn)中觀察到的相似，NO濃度隨旋流的增大而減小，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合。

案例四：廢氣處理解決方案

SCR脫硝系統(tǒng)內(nèi)的煙道、反應(yīng)器、導(dǎo)流板及噴氨系統(tǒng)均對(duì)脫硝系統(tǒng)內(nèi)煙氣流場(chǎng)及還原劑( NH3 ) 與煙氣的混合效果有影響，運(yùn)用ANSYS軟件，可以掌握煙氣在脫硝系統(tǒng)內(nèi)的實(shí)際流動(dòng)情況, 進(jìn)而優(yōu)化和調(diào)整SCR設(shè)計(jì)， 保證煙氣在SCR脫硝系統(tǒng)內(nèi)均勻流動(dòng)，確保其與還原劑充分混合，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高效的脫硝效果。

案例五：除霧器解決方案

Babcock&Wilcox開(kāi)發(fā)FGD歷程對(duì)原設(shè)計(jì)的分析表明，蒸汽速度超過(guò)了除霧器的最大容量

案例六：生物質(zhì)焚燒爐

在CFD仿真的指導(dǎo)下，該生物質(zhì)鍋爐改造設(shè)計(jì)，使改造后的鍋爐容量提高25%，灰分結(jié)轉(zhuǎn)率降低60%

實(shí)例七：低排放鈍體燃燒器

為了模擬鈍體燃燒火焰，應(yīng)用非結(jié)構(gòu)化的35000個(gè)軸對(duì)稱單元網(wǎng)格、RANS湍流方法。甲烷、氫氣的燃燒包含30個(gè)組分和110個(gè)化學(xué)反應(yīng)。計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)吻合。

實(shí)例八：燃燒器設(shè)計(jì)

Fluent能夠研究低NOX概念的有效性，理解多級(jí)風(fēng)、旋流分布、燃?xì)饣亓鳌⒒鹧娣饷鏈囟取⒒鹧娼Y(jié)構(gòu)、燃料/空氣混合等的影響。Fluent提供了有限速率模型和PDF燃燒模型，具有最為先進(jìn)的NOX的預(yù)測(cè)能力。

實(shí)例九：降低NOX排放

計(jì)算機(jī)分析在進(jìn)行環(huán)向和徑向火焰穩(wěn)定器的改造中發(fā)揮了重要作用，以傳統(tǒng)改造66%的成本降低了50%的NOX排放。通過(guò)降低火焰溫度，最大限度的減少NOX的生成反應(yīng)，減少周向和徑向燃燒器的NOX產(chǎn)物。

實(shí)例十：雙尺度低NOX燃燒技術(shù)

在高溫下，炭粒和氧進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成CO2和CO，同時(shí)不可燃物生成灰渣（灰殼的一部分）。通過(guò)優(yōu)化燃燒過(guò)程使得燃燒過(guò)程擁有及時(shí)足夠的氧的供給、較強(qiáng)烈的攪動(dòng)、粒子碰撞脫去灰殼等特性。這種基于焦炭燃燒動(dòng)力學(xué)特性燃燒過(guò)程有效地降低了NOX排放。

實(shí)例十一：煙臺(tái)龍?jiān)吹偷紵夹g(shù) （SmartBurn數(shù)值模擬）

改造舊爐型的燃燒環(huán)境，實(shí)現(xiàn)降低整體NOX的生成。