搜索CFD：以脫硝流場(chǎng)為例論國(guó)外流場(chǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)是否真的更牛
2017-02-19 by:CAE仿真在線 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)
在日常生活中我們會(huì)常常聽(tīng)到“這個(gè)是進(jìn)口貨,質(zhì)量很好”、“這個(gè)技術(shù)是引進(jìn)技術(shù),非常可靠”等崇拜老外的現(xiàn)象。不可否認(rèn),國(guó)外在某些方面確實(shí)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(méi)有問(wèn)題”“凡是老外做的肯定比我們好”未免有失偏頗。本文以一個(gè)工程的脫硝流場(chǎng)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(duì)比
本文以某煉化公司自備電廠SCR脫硝工程為例,為了驗(yàn)證數(shù)值模擬與物模試驗(yàn)結(jié)果的吻合性,工業(yè)煙塵凈化國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心(以下簡(jiǎn)稱IGPC中心)根據(jù)某國(guó)外公司的圖紙重新建模和模擬,并搭建了物理模型(見(jiàn)圖1)用于試驗(yàn)驗(yàn)證。
對(duì)于格柵式噴氨方案的SCR脫硝工程來(lái)說(shuō),噴氨前流場(chǎng)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(yàn)一般在該區(qū)域流場(chǎng)的模擬與測(cè)試是關(guān)鍵?；诖?我們對(duì)該區(qū)域的流場(chǎng)進(jìn)行了對(duì)比研究:同一方案條件下,某國(guó)外公司數(shù)值模擬結(jié)果見(jiàn)圖2a,物模試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2b,IGPC中心數(shù)值模擬結(jié)果見(jiàn)圖2c。從圖中2b明顯可以看出來(lái),噴氨前速度分布趨勢(shì)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(shì)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(shì)是左側(cè)小右側(cè)大;顯然,對(duì)比結(jié)果表明:某國(guó)外公司模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相反,這從定性上來(lái)說(shuō),某國(guó)外公司模擬結(jié)果經(jīng)不起試驗(yàn)的檢驗(yàn),而IGPC中心的數(shù)值模擬結(jié)果與物模試驗(yàn)結(jié)果趨勢(shì)一致。
圖2 同一方案條件下,兩個(gè)單位的CFD模擬結(jié)果與物模試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比(噴氨前)
圖3 同一方案條件下,兩個(gè)單位的CFD模擬結(jié)果與物模試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比(催化劑前)
從某國(guó)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(cè)斷面距離催化劑上表面很近,該項(xiàng)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(cè)斷面到催化劑表面的距離約為0.1米,在設(shè)計(jì)規(guī)范要求的監(jiān)測(cè)斷面是0.5米。事實(shí)上有點(diǎn)流體力學(xué)常識(shí)的很容易知道,這種情況下,離催化劑越近,統(tǒng)計(jì)出來(lái)的速度均勻性越好,然而,對(duì)于工程實(shí)際來(lái)說(shuō),我們做流場(chǎng)優(yōu)化的目的不是為了數(shù)據(jù)的好看而去改變監(jiān)測(cè)斷面,而是要遵從客觀事實(shí),從優(yōu)化措施改進(jìn)的角度來(lái)改善流場(chǎng),才能有利于工程實(shí)際運(yùn)行。
為了進(jìn)一步對(duì)比數(shù)據(jù),我們將同一方案下兩個(gè)單位的模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較(某國(guó)外公司的模擬結(jié)果摘自其所出的報(bào)告),結(jié)果表明,IGPC中心的數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合度更高。
注:表1和表4中的Cv值表示該監(jiān)測(cè)斷面的相對(duì)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(duì)比
那么,該SCR脫硝工程的流場(chǎng)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(tái)的工程經(jīng)驗(yàn),對(duì)該項(xiàng)目重新設(shè)計(jì)了導(dǎo)流優(yōu)化措施,并和某國(guó)外公司的方案進(jìn)行了對(duì)比和分析。
IGPC中心所作的最終優(yōu)化方案與某國(guó)外提出的優(yōu)化方案不同點(diǎn)如下表:
對(duì)兩種優(yōu)化方案的流場(chǎng)進(jìn)行CFD模擬,得到SCR脫硝裝置各個(gè)斷面的流場(chǎng)分布如表3所示。從對(duì)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(wú)導(dǎo)流措施,因此二者的流場(chǎng)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(chǎng)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(jí)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(cè)斷面情況下,某國(guó)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(zhǎng)催化劑壽命。
表3 不同優(yōu)化方案數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)比
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(guó)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(jiàn),某國(guó)外公司的優(yōu)化方案仍有很大的改善空間。
3. 小結(jié)
本文分別從同一方案和不同方案條件下與某國(guó)外公司的模擬結(jié)果做了對(duì)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(guó)外公司模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果分布趨勢(shì)不吻合,IGPC中心的模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果趨勢(shì)吻合;
(2) 同一方案條件下,IGPC中心的模擬結(jié)果與試驗(yàn)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(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于某國(guó)外公司。
后記:流場(chǎng)是影響脫硝性能的重要指標(biāo)之一,無(wú)論是業(yè)主還是環(huán)保公司都很重視流場(chǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì),這幾年在投標(biāo)或者有一些可研報(bào)告中發(fā)現(xiàn)存在指定建議由國(guó)外來(lái)設(shè)計(jì)的現(xiàn)象。IGPC中心通過(guò)多次的研究對(duì)比發(fā)現(xiàn)這根本就是一種“誤解”,做好流場(chǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì),不在于流場(chǎng)是不是由國(guó)外公司來(lái)設(shè)計(jì),而在于是否將流體應(yīng)用技術(shù)與豐富的工程經(jīng)驗(yàn)有機(jī)的結(jié)合。
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