烧结烟气SCR脱硝系统流场模拟及导流结构优化

选择性催化还原（SCR）技术可以有效解决铁矿烧结烟气排放中NOx不达标问题，实现废气超低排放。SCR反应器内流场、温度、压力和氨氮浓度比等物理场分布的均匀性是决定脱硝效率的重要因素。基于某钢厂出现的脱硝效率低下及氨逃逸问题，考虑脱硝过程中反应器内气体的化学反应，采用FLUENT软件对流场进行了数值模拟，对比分析了SCR反应器内流场、温度、压力和氨氮浓度比等各物理场数值及分布均匀性。通过加装整流格栅和优化导流板结构，极大改善了物理场的均匀性，提高了脱硝效率。结构优化后，第一层催化剂上游烟气流速不均匀性偏差降低为8.48%，温度不均匀性偏差降低为4 K，氨氮浓度比不均匀性偏差降低为4.71%，满足了设计要求。此外，导流板结构的优化应综合考虑导流板数量、厚度、形状和布置间距等因素，且随着烟道上弯头处导流板数目的增加，第一层催化剂上游烟气流速不均匀性偏差逐渐降低，有效改善了反应器内气流分布的均匀性。     

基于CFD数值模拟的换热器外导流筒结构选型

管壳式换热器壳程流场均匀分布能够改善传热效果,外导流筒的合理选型对流场均匀性有重要影响。然而,外导流筒结构多样,其选型设计多依靠经验,缺乏指导性方法。鉴于此,以筒体直径2 200 mm、入口接管外径720 mm的竖直管降膜式蒸发器换热段为研究对象,设计了外导流筒,建立了3种结构的三维实体模型。基于CFD数值模拟的方法,以平均速度和流场均匀性为衡量指标,研究了3种导流筒结构壳程纵截面和入口截面的流体分布效果,证明了外导流筒合理选型确实能够改善换热器壳程流场均匀性。定性结合定量分析得出:变截面圆弧过渡式外导流筒平均速度相对合理,流场均匀性最佳,是较适宜的导流筒结构。研究结果对外导流筒的选型设计具有重要意义。     

空气预热器管程流场分析与结构优化

利用FLUENT软件,对中国石化某分公司空气预热器的管程流场和管束流量进行了详细的模拟分析,并对转向室及导流板的结构进行优化设计.结果表明:对于空气预热器管程,空气在同一管段和转向室内流动十分不均匀,虽然转向室内设置了导流板,但是受气体流动惯性力作用,流动仍然不均匀,局部区域出现了涡流.通过改变转向室尺寸、导流板的位置和偏转角度,改善流体在转向室的流场分布等结构优化改造后,流体在空气预热器转向室分布的均匀程度明显提高,从而减少了涡流和振动的产生,提高了空气预热温度.     

新型余热锅炉冷却水流动及传热特性模拟和优化

对设置导流结构后的新型急冷余热锅炉冷却水的流场进行模拟，发现随着中间导流板位置的变化，冷却水的高温区域逐渐离开烟气入口侧的管板向流场的中部移动，并由最上排换热管周边区域逐渐扩展至管束中间区域甚至下排换热管区域。对不同情况下冷却水流场中的局部最大传热系数、平均传热系数、标准差和出口截面含气率进行了分析。相较于无导流结构的冷却水流场，具有导流结构的冷却水流场的局部最大传热系数降低6.06%，平均传热系数提高1.98%，标准差由0.94降至0.54，提升总传热系数的同时使流场内热流分布更均匀，达到强化传热的效果。     

选择性催化还原脱硝系统结构数值模拟与优化

浸没燃烧式气化器(SCV)是液化天然气(LNG)接收站的核心设备之一，在SCV运行过程中主要存在燃烧器出口处温度分布不均匀及选择性催化还原法(SCR)脱硝系统催化剂利用率低的问题，针对以上问题采用流体力学研究方法对常规SCV燃烧器和SCR脱硝反应器的流场分布进行了仿真计算，并对燃烧器和反应器入口结构进行了优化设计。结果表明，SCV燃烧器采用单轴向空气入口容易导致燃烧器内O₂过剩，而采用轴向环形入口使燃烧更充分，可有效降低CO₂排放量并提高燃烧器出口温度分布均匀性。在SCR脱硝反应器安装扰流板可使尿素溶液喷射角超过120°，尤其是在其喷嘴下游安装扰流板，尿素溶液横向扩散效果更好，有利于改善第一层催化剂表面NH₃质量分数分布，提高催化剂利用率，保证脱硝效率。     

工业布袋除尘器三维流场的数值模拟

采用计算流体力学方法对2×330 MW的布袋除尘器进行三维数值模拟分析,考察整个除尘系统的烟气流量分配、速度及压力的内部分布规律。通过对烟道入口和进风支管导流板的优化设置,使3个除尘室18个除尘单元内的烟气流量分布情况得到了极大改善,烟气流量分配系数控制在1±0.05之内。这一方法及结果可为同类除尘器中导流板的设计和改进提供参考。     

涡轮钻具叶片电解加工流场设计及优化

为了提升叶片性能,涡轮钻具叶片设计愈加复杂,传统加工工艺已不适于加工制造涡轮钻具叶片。为此,提出使用电解加工技术加工涡轮钻具叶片,并应用数值模拟方法对影响电解加工精度的电解液流场进行仿真分析。模拟仿真了电解液在理想化流道模型、叶片阴极流道模型以及近轮廓流道模型中的流场分布。研究结果表明:用叶片阴极模型和近轮廓模型代替传统的理想化模型,也可更好地模拟实际加工流场;改变电解液入流角的大小可以改善传统的理想化模型,可以更好地模拟实际加工流场;改变电解液入流角的方向可以改善入口流线紊乱情况,但效果并不明显,也不能使电解液均匀分布;增加出口导流段可以使电解液分布更加均匀,改善入口流线紊乱状况;叶盆阴极流场使用竖直导流、叶背阴极流场使用相切导流可以获得更好的流场分布效果;使用近轮廓模型作为电解加工流道,可以获得最优的电解液流场分布,但是此流道模型需要预先粗加工阳极工件,成本较高。研究结果可为涡轮钻具叶片的电解加工提供理论指导。     

大型相变热交换器壳程蒸汽流动数值模拟

在大型相变热交换器壳程添加纵向导流板结构,采用Fluent软件对壳程蒸汽流动进行数值模拟计算,分析研究纵向导流板尺寸对热交换器壳程流场分布、阻力性能、传热性能及综合性能的影响规律。数值模拟结果表明,因纵向导流板使蒸汽纵向冲刷管束,充分利用整个管束区进行热交换,故热交换器壳程蒸汽流场分布及换热效果较无导流板更好。采用纵向导流板结构可显著降低热交换器壳程压降、明显提高热交换器传热系数,使热交换器的综合性能得到有效提高。     

管束末端结构对陶瓷膜过滤器流场分布特性的影响

基于Fluent 17.0软件，数值模拟分析了膜管管束末端板直径以及上、下2块末端板之间的距离不同时陶瓷膜过滤器的流场和压力场分布情况，归纳了各几何参数对陶瓷膜过滤器速度分布和阻力的影响规律。分析结果表明，随着膜管管束末端板直径的减小，末端板周围流体的流速呈减小趋势，陶瓷膜过滤器内流场的压降降低，流动阻力减小，末端板直径为86 mm时流场的流速分布最均匀；2块末端板之间的距离对陶瓷膜过滤器内流场的影响不大，末端板之间距离的增大可以减小两板之间的流动死区，陶瓷膜过滤器进出口压降小幅降低，末端板周围流体最大流速先减小后增大，末端板之间距离为20 mm时流速最小，流动均匀性最好。     

端部导流板对多孔介质内低浓度瓦斯燃烧特性的影响

利用模拟软件Fluent 6.3建立二维模型并进行合理设置,对多孔介质中的煤矿低浓度瓦斯燃烧进行数值模拟,研究了燃烧器端部设置导流板和没有导流板时的速率分布、温度分布和NOx生成情况。结果表明,有导流板的多孔介质燃烧器的速率分布比无导流板的燃烧器更加均匀;加导流板时,可防止回火,提高燃烧器的安全性,一定程度上有利于换热效率的提高;瓦斯流速较小时,无导流板燃烧器中生成的NOx较少,而流速增大一定量后,有导流板的NOx产生量较少,燃烧器设计时,应根据实际燃气速率的情况考虑导流板的设置。     

气液分离器布液板整流性能数值模拟及优化

为探明气液分离器布液板的性能,应用k-ε模型和Discrete Phase Model(DPM)模型,对分离器内流场进行了三维数值模拟。通过比较未安装布液板和安装孔直径为16~24 mm、孔隙率为25.6%~31.8%布液板的气液分离器内部流场的速度分布与分离效率,得到布液板的整流特性。结果表明,布液板能梳理流场,降低流速不均匀度,抑制回流,使流场分布更均匀稳定,有利于液滴的沉降分离;布液板孔直径与孔隙率均不宜过大或过小,孔直径为20 mm、孔隙率为31.8%时布液板的整流效果较好。研究成果可为气液分离器的结构设计和布液板的选型提供一定的参考。     

致密油藏不同沉积岩人工裂缝导流能力实验

人工压裂是致密油藏增产提液的重要手段，准确评价人工裂缝导流能力是进一步开展产能预测的基础。常规室内实验采用均匀铺砂方式无法准确模拟实际储层人工裂缝从井底到远端支撑剂浓度逐渐降低的分布特征，通过开展5种类型沉积岩岩板(滩坝砂、砂砾岩、浊积岩和2种露头岩心)多段非均匀铺砂导流能力测试实验，测试了主裂缝非均匀铺砂模式下的导流能力，并从岩石成分和粒度组成的角度分析了不同沉积岩导流能力产生差异的原因。实验结果表明，非均匀铺砂方式相比于均匀铺砂平均导流能力低4.7~8.5个百分点；当闭合应力为60 MPa时，滩坝砂储层导流能力损失最小，浊积岩储层居中，砂砾岩储层损失最大，导流能力损失率为38.9%~53.7%；其原因是不同沉积岩的抗压能力不同，导致支撑剂嵌入深度不同，从而引起导流能力差异，这为不同类型致密储层保持合理地层压力提供了依据。     

圆头钉板式空气预热器导流板优化设计

针对某化工厂圆头钉板空气预热器导流板改造项目,利用FLUENT软件对圆头钉板空气预热器单张板片进行了模拟分析。通过对几种不同形状导流板的流体分析对比得出,流体在导流板处的流动状态受到导流板的数量、长度、弧度等因素的影响。为了进一步研究流体流动状态受这些因素影响的变化规律,结合流体在导流板出口的压力与平均流速变化情况,对导流板的数量、长度、弧度等影响因素采用控制变量法,最终提出了导流板的优化设计方案,该方案可改善流体在导流区分布的均匀程度,进而提升设备换热性能。     

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对井口装置的失效形式及失效模式进行了深入的分析，发现失效形式有：电化学腐蚀分布面积较大；冲蚀产生蚀槽；分布不均匀的坑蚀；腐蚀产物使闸板卡死；阀杆与闸板或阀针连接处硫化物应力腐蚀，使阀杆断裂；磨损或腐蚀造成表面损伤，材料流失，影响密封性；密封盘根老化、鼓泡，永久变形；失效模式为：腐蚀、磨损及密封件老化；易损件有：针阀的阀针与阀座；闸阀的阀板与阀座；针阀、闸阀的阀杆、密封盘根及轴承。为此，文章提出了改善井口装置系统可靠性的措施。     

分区控氨技术在炼油厂选择性催化还原烟气脱硝中的应用

针对选择性催化还原(SCR)脱硝反应器同截面温度分布不均,导致NO_x浓度分布不均,严重影响脱硝效果,采用传统的均匀喷氨方式无法有效解决脱硝率低、局部氨逃逸的问题,以炼油厂自备锅炉SCR脱硝装置为研究对象,在SCR脱硝反应器入口烟气NO_x浓度分布不均的情况下,采用分区喷氨的控氨方式,提高脱硝率的同时改善反应器出口截面NO_x浓度分布的均匀性,有效控制了氨逃逸。分区喷氨与均匀喷氨实验数据相比,分区喷氨后脱硝率提高11.5百分点,氨耗量减少5kg/h,氨逃逸浓度降低77.5%。根据温度和浓度的关系估算,均匀喷氨时反应器入口同截面温度最高处和最低处温差应不超过30℃,否则需考虑分区喷氨方式。     

循环流化床烟气脱硫反应器进气结构的流场模拟及优化

进气结构对循环流化床烟气脱硫反应器来说至关重要。采用k-ε双方程湍流模型对单文氏管和不同管径多文氏管进气结构的循环流化床烟气脱硫反应器的流场进行了数值模拟对比分析。结果表明,单侧进气时,单个文丘里布气结构的脱硫塔内偏流现象严重,入口影响区段长;采用多管文丘里布气结构时,入口段偏流现象明显降低;调整多管文丘里的管径大小分布,提升管内的流场可变得更为均匀。按速度分布不均匀度指标优化多文丘里管的管径分布比用流量偏差系数的更好,所得脱硫塔内流场分布更均匀,入口影响区段更短。     

热管型地热系统气液分离器外部流场结构优化

超长重力热管开采地热能的过程中,热管中下降的冷凝液与上升的热蒸汽易相互碰撞而引发蒸汽带液情况,通过在绝热段增设气液分离器可有效预防这一问题。介绍了新型热管型地热系统中气液分离结构（气液分离器）的特点,采用计算流体力学方法,建立了气液分离器有限元模型并对其外部流场进行模拟。通过在分离器外部空腔内设置螺旋导流板,调节气液分离器入口管高度、偏心距及螺旋导流板板螺数、螺距,进行优化分析研究。设置螺旋导流板后,液体在分离器出口处的流动更加稳定,冷凝水入口与气液分离器出口距离与压降成正比关系,入口管偏心距与内管内壁面切应力成反比关系。螺旋导流板螺数为5、螺距为200 mm时分离器出口液体的均匀性和稳定性最优。     

催化裂化提升管反应器出口快分构件优化

针对京博石化一套FCC装置内粗旋结构,提出了一种内置导流板的粗旋结构,并采用Fluent软件对优化模型内气相流场、颗粒运行轨迹及分离效率进行数值研究,并与现场粗旋进行了对比。模拟结果表明:优化模型内切向速度呈驼峰分布;轴向速度呈马鞍形分布;压力分布呈轴对称分布,其沿轴向基本不变,而是随着半径的减小而降低。与现场模型相比,优化模型的切向速度、轴向速度都有所提高,有利于气 固的分离;压降有所降低,提高了旋风分离器的性能;分离效率主要是对粒径范围5~20 μm的颗粒提高较大。此外,随着入口速度的增大,其分离效率增大的同时压降也增大,因此需综合考虑。     

内导流筒折流杆浮头式换热器冷凝效果研究

对内导流筒折流杆浮头式换热器中不同结构管束的冷凝传热试验研究表明 ,在适宜的气速下 ,折流杆换热器比折流板换热器壳程传热系数提高 1倍以上 ,压降降低 5 0 %左右 ,综合性能指标αo/Δps 提高 2倍以上 ,且气速愈高冷凝效果愈好 ,说明将GB 15 1所规定的内导流筒浮头式换热器的折流板管束改为折流杆管束是行之有效的。     

滦南热电厂首站板壳式热交换器设计

针对热电厂首站常用板壳式热交换器结构存在的问题,在滦南热电厂首站板壳式热交换器的结构设计中,壳程下部介质进入板束弧形板处增加了导流筒结构,板程出口处设置了带内衬套的波形膨胀节。导流筒结构提高了壳程下部介质进入板束弧形板处的密封性能,膨胀节结构的改变,解决了板束拆卸、维修以及清洗困难的问题。