一种烟气脱硝流场模拟校核方法和系统与流程

1.本发明涉及烟气脱硝技术领域，具体涉及为一种脱硝流场模拟校核方法和系统。


背景技术：

2.scr法脱硝技术目前在火电机组环保装置中广泛使用，通过喷氨格栅注入的还原剂氨与烟气中氮氧化物在催化剂的作用下发生反应，从而实现烟气中氮氧化物脱除，因而氨气与主烟气的混合，对scr设备的稳定运行至关重要。此外，国内机组超低排放改造后，脱硝效率指标进一步提高，提出精准喷氨等改造路线，对主烟气流场和喷氨的均匀提出更高要求。
3.cfd(计算流体力学)技术在环保领域一直发挥着重要作用，实际烟气脱硝设备的运行、维护和改造中，需要基于流场模拟结果进行相应设计，从而实现流场和喷氨的均匀性。脱硝系统烟道结构复杂，整流格栅等位置流场设计对氨与氮氧化物的混合影响较大。此外，模拟结果还对烟道内积灰、磨损现象分析，系统阻力预测等有指导意义。
4.但是，流场模拟技术受前处理、边界条件等因素影响较大，如何提高模拟结果的可信度，显得尤为重要。专利号cn112426856提出一种烟气脱硫流场模拟方法，该方法可以用于一般气液流动设计计算。但此方法未涉及校核计算过程，模拟结果的准确性仍有提升空间。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中存在的烟气脱硝流场模拟中的技术问题，一种烟气脱硝流场模拟方法、系统和装置，方案合理，模拟快捷，校核准确，便于后续数据的优化和结构设计。
6.本发明是通过以下技术方案来实现：
7.一种烟气脱硝流场模拟校核方法，包括以下步骤：
8.基于现场工况、设备所在场地气象数据以及目标脱硝scr设备的结构尺寸建立流场模型；
9.根据预设的模拟前基础数据和所述流场模型，模拟设备运行结果，得到当前模拟数据；
10.对比当前模拟数据与实际运行结果的相似度阈值；
11.若符合阈值，则输出与该模拟结果相对应的模拟前基础数据、实际运行结果和当前模拟数据，得到校核结果；
12.若不符合阈值，则根据阈值偏差结果计算优化模拟前基础数据，并更新后再次模拟设备运行结果，生成新的当前模拟数据库，重复相似度阈值对比，直至得到新的校核结果。
13.优选的，所述模拟前基础数据包括脱硝装置入口烟气条件，还原剂使用条件，设备所在场地气象数据和网格生成方式；所述实际运行结果包括测点位置断面流场实际测试结果和机组磨损以及积灰级别。
14.优选的，根据烟气中粉尘粒径分布对机组磨损以及积灰级别进行修正。
15.优选的，所述建立流场模型，具体包括建立如下模型：
16.根据流场边界范围内烟气流动时湍流情况，建立湍流模型；
17.根据烟气内粉尘颗粒运动情况，建立两相流动模型；
18.根据烟气内各组分运动情况，建立组分运输模型；
19.针对催化剂层压降，建立多孔介质模型。
20.优选的，所述当前模拟数据包括测点位置断面流场模拟结果和机组磨损以及积灰预测结果。
21.优选的，对比当前模拟数据与实际运行结果的相似度阈值，具体包括：
22.测点位置的速度均值与方差指标的相似度达到阈值的75％；
23.且粉尘浓度指标、积灰和磨损量化级别达到相似度阈值的50％。
24.优选的，所述根据阈值偏差结果计算优化模拟前基础数据，具体包括：加密网格，修正边界条件和优化数值计算方法。
25.一种烟气脱硝流场模拟校核系统，包括：
26.流场模型生成单元，用于基于现场工况、设备所在场地气象数据以及目标脱硝scr设备的结构尺寸建立流场模型；
27.模拟单元，根据预设的模拟前基础数据和所述流场模型，模拟设备运行结果，得到当前模拟数据；
28.模拟结果比对单元，用于对比当前模拟数据与实际运行结果的相似度阈值；
29.优化数据库生成单元，用于根据模拟结果比对单元的输出结果，当符合阈值，则输出与该模拟结果相对应的模拟前基础数据、实际运行结果和当前模拟数据，得到校核结果；若不符合阈值，根据阈值偏差结果计算优化模拟前基础数据，并更新后再次模拟设备运行结果，生成新的当前模拟数据库，重复相似度阈值对比，直至得到新的校核结果。
30.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
31.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述方法的步骤。
32.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
33.本发明提出一种烟气脱硝流场模拟校核方法和系统，该方法通过基础模拟数据，对烟气脱硝流场进行模拟，基于流场模拟结果，校核机组现有脱硝系统存在问题，分析积灰、磨损、喷氨不均、催化剂失活等现象产生的原因，优化设计导流板、格栅板、喷氨格栅等部件，从而提高脱硝反应效率。
附图说明
34.图1是本发明实施例中所提供的一种烟气脱硝流场模拟校核方法的流程图；
35.图2是本发明实施例中典型燃煤机组尾部烟道scr流场模拟校核及设计模拟的结构示意图；
36.图3是本发明实施例中典型燃气机组余热锅炉脱硝scr流场模拟校核及设计模拟的结构示意图；
37.图4是本发明所提供的烟气脱硝流场模拟校核系统的结构示意图。
38.图中：大范围混合器1，导流板2，混合器3，反应器顶部导流板4，整流格栅5，催化剂6，过热器/再热器7。
具体实施方式
39.下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
40.参见图1，本发明实施例公开了一种脱硝流场模拟校核方法，其中燃煤机组尾部烟道和燃气机组余热锅炉等脱硝装置反应原理相同的装置，均可采用本文的流场模拟校核方法。
41.包括以下步骤：
42.s001，预设用于存储模拟前基础数据的模拟前基础数据库和存储实际运行结果的实际运行结果数据库。
43.当对燃煤机组尾部烟道scr流场进行模拟校核时，模拟前基础数据库包括：脱硝装置入口烟气条件，如烟气量、烟气组分、烟气温度、当地大气压、烟气中粉尘含量及粉尘粒径分布。还原剂使用条件，如本例中采用液氨法，需得到存储氨空混合气流量，氨气占比。
44.模拟前基础数据库还包括：网格生成方式，关键部分网格应局部加密，如喷氨格栅喷嘴处、整流格栅5处。
45.实际运行结果数据库包括：测点位置断面流场实际测试情况，如速度场分布，粉尘浓度场分布。实际运行后，导流板4、喷氨格栅5、整流格栅、催化剂磨损、积灰情况。
46.进一步的，实际测试情况指标化描述：如均值指标、方差系数指标。
47.xo＝σxi/n
48.cv＝σv/xo
×
100(％)
49.σv＝σ(xi-xo)2/(n-1)
50.xo:平均数值(m/s).
51.xi:局部数值(m/s)
52.n:测量点数量(-)
53.σv:标准偏差(m/s)
54.磨损、积灰情况，根据实际情况在相应局部标有磨损、积灰级别。前者对应高速区一、二、三级；后者对应低速区一、二、三级。
55.进一步的，磨损、积灰会粉尘粒径分布有关，上述量化级别分析应根据粒径分布进行修正。
56.当对燃气机组余热锅炉脱硝scr流场进行模拟校核时，模拟前基础数据库包括：余热锅炉入口烟气条件，如烟气量、烟气组分、烟气温度、当地大气压；对于燃气机组，入口速度旋流强度明显，需要准确描述入口速度场分布情况；还原剂的使用条件，如本例中采用尿素法，需得到尿素流量，尿素溶液占比；网格生成方式，关键部分网格应局部加密，如本例采用尿素直喷工艺，不含喷氨格栅等局部设备，但需要对喷枪注入处网格加密。
57.实际运行结果数据库包括：测点位置断面流场实际测试情况，如速度场分布，氮氧化物浓度场分布。
58.进一步的，实际测试情况指标化描述：如均值指标、方差系数指标。
59.xo＝σxi/n
60.cv＝σv/xo
×
100(％)
61.σv＝σ(xi-xo)2/(n-1)
62.xo:平均数值(m/s).
63.xi:局部数值(m/s)
64.n:测量点数量(-)
65.σv:标准偏差(m/s)
66.进一步的，根据还原剂使用条件校核流场时，具体包括：
67.当还原剂为氨空混合气时，计算模型选用单相紊流计算。
68.当还原剂为氨水时，计算模型选用气液两相紊流计算。
69.当还原剂为尿素溶液时，计算模型选用气液两相及化学反应计算。
70.s002，根据预设的模拟前基础数据和所述流场模型，模拟设备运行结果，得到当前模拟数据。
71.当对燃煤机组尾部烟道scr流场进行模拟校核时，具体包括：
72.根据流场边界范围内烟气流动时湍流情况，建立湍流模型。如本例中，流场模拟范围省煤器出口至空预器入口。
73.根据烟气内粉尘颗粒运动情况，建立两相流动模型。
74.根据烟气内各组分运动情况，建立组分运输模型。
75.针对scr中催化剂层压降，建立多孔介质模型。
76.当对燃气机组余热锅炉脱硝scr流场进行模拟校核时，具体包括：
77.根据流场边界范围内烟气流动时湍流情况，建立湍流模型。如本例中，流场模拟范围为余热锅炉入口过渡段至余热锅炉出口。
78.根据尿素溶液注入、扩散、蒸发、分解，建立两相流动模型、气相化学反应模型。燃机余热锅炉烟气中含尘量低，可不做考虑。
79.针对含有催化剂6的催化剂层、过热器/再热器7压降，建立多孔介质模型。
80.s003，对比当前模拟数据与实际运行结果的相似度阈值。
81.当前模拟数据包括：关键截面数值模拟结果分布及量化模拟指标分析。如测点截面速度场分布，粉尘浓度场分布均值指标、方差系数指标。导流板、喷氨格栅、整流格栅、催化剂量化磨损、积灰级别预测。
82.s004，若符合阈值，则输出与该模拟结果相对应的模拟前基础数据、实际运行结果和当前模拟数据，得到校核结果。
83.当对燃煤机组尾部烟道scr流场进行模拟校核时，具体为：速度均值、方差指标相似度需达到阈值75％；粉尘浓度指标、积灰、磨损量化级别达到相似度阈值50％。达到相似度阈值时，则输出与该模拟结果相对应的模拟前基础数据库、实际运行结果数据库和当前模拟数据库中的数据，并认为该模拟校核结果可以反应真实烟气流动情况。
84.当对燃气机组余热锅炉脱硝scr流场进行模拟校核时，具体为：速度均值、方差指标相似度需达到阈值75％，则输出与该模拟结果相对应的模拟前基础数据库、实际运行结果数据库和当前模拟数据库中的数据，并认为该模拟校核结果可以反应真实烟气流动情
况。
85.进一步，生成当前模拟数据库后，还包括建立模拟前基础数据库与当前模拟数据库之间的对应关系，便于筛选最优化的前处理方法。
86.同时，还包括设定并行计算方式，用于监测计算过程，便于分析计算方法收敛性、相容性和稳定性。
87.s005，若不符合阈值，则根据阈值偏差结果计算优化模拟前基础数据，并更新后再次模拟设备运行结果，生成新的当前模拟数据库，重复相似度阈值对比，直至得到新的校核结果。
88.具体优化过程包括：加密网格，修正边界条件，剔除实际测点中错误或偏差较大的数据点。其中，优先加密网格，以验证网格无关性条件，然后修正边界条件，并对实际测点中错误或偏差较大的数据点予以剔除。
89.进一步的，根据该校核结果，选取最优选的模拟前基础数据。结合典型结构设计方案数据库，计算不同方案的模拟结果，并将关键断面信息，储存在当前模拟数据库中，对比断面速度、氮氧化物浓度等分布指标。
90.当对燃煤机组尾部烟道scr流场进行设计时，如图2所示，典型结构设计位置如下：扩口缩口烟道、导流板2、混合器3、反应器顶盖、整流格栅5，本优选实施例中，混合器3为喷氨格栅及分区混合器3。导流板2为90
°
弯头(或其他角度)的导流板。
91.如90
°
弯头处可以选用3块或者4块圆弧板两种方案。圆弧板下游直板可以选用200mm、300mm、400mm三种方案。
92.如整流格栅5处可以选用间距60mm、高度300mm格栅板，或者间距60mm、高度180mm格栅板等两种方案。
93.当对燃气机组余热锅炉脱硝scr流场进行设计时，如图3所示，典型结构设计位置如下：扩口缩口烟道、尿素喷枪布置。
94.与燃煤机组相比，燃机余热锅炉烟道短，对氨、氮混合流场均匀性要求高，这对尿素喷枪布置、流场设计提出了更高要求。
95.如尿素喷枪布置，可以采用8、12点位，圆周面、中心点等多种布置方案。
96.参见图4，本发明实施例提供一种烟气脱硝流场模拟校核系统，包括：
97.流场模型生成单元401，用于基于现场工况、设备所在场地气象数据以及目标脱硝scr设备的结构尺寸建立流场模型；
98.模拟单元402，根据预设的模拟前基础数据和所述流场模型，模拟设备运行结果，得到当前模拟数据；
99.模拟结果比对单元403，用于对比当前模拟数据与实际运行结果的相似度阈值；
100.优化数据库生成单元404，用于根据模拟结果比对单元的输出结果，当符合阈值，则输出与该模拟结果相对应的模拟前基础数据、实际运行结果和当前模拟数据，得到校核结果；若不符合阈值，根据阈值偏差结果计算优化模拟前基础数据，并更新后再次模拟设备运行结果，生成新的当前模拟数据库，重复相似度阈值对比，直至得到新的校核结果。
101.本发明一实施例提供的终端设备的示意图。该实施例的终端设备包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序。所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各个方法实施例中的步骤。或者，所述处理器执行所述计算机程
序时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能。
102.所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。
103.所述终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。
104.所述处理器可以是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。
105.所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述终端设备的各种功能。
106.所述终端设备集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
107.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。