本案例演示利用Fluent软件模拟SNCR脱氮过程。

案例内容包括：
 

• 利用NOx模型模拟氮氧化物的生成
• 建立SNCR模拟过程，观察氮氧化物的含量变化

1 问题描述

  本案例从已以收敛的燃烧计算结果开始，首先进行无尿素注入时的NOx计算，之后建立有尿素注入条件下的SNCR过程仿真模型。在SNCR仿真计算过程中，首先获取DPM模型收敛结果以确定尿素蒸气的产生非常重要。
 

  在进行SNCR仿真模型时，需要注意以下问题：
 

• 为了使用Fluent SNCR模型，用户需要先添加氨/尿素作为燃烧计算中的流体物质
• 对于任何使用 SNCR 模型的情况，必须在NOx求解之前获取包含尿素注入的流动及组分计算结果

  计算模型如下图所示。
 

入口位置局部放大后如下图所示，包含煤粉、一次风及二次风入口。

2 Fluent启动

• 以3D、Double Precision方式启动Fluent
• 利用菜单File → Read → Case & Data…读入燃烧计算结果coal-comb.cas.gz及coal-comb.dat.gz

  查看对称面上温度分布，如下图所示。

3 NOx计算

3.1 计算N含量

计算挥发分及焦炭中N的质量分数。
 
干燥无灰煤颗粒中包含60%的焦炭和40%的挥发分，煤中含有1.5%的N，假设30%的氮存在于焦炭中。
 

• 干燥无灰煤颗粒组成： Fc = 60%，Fv = 40%
• 定义变量M_N_vol及M_N_char分别表示挥发分及焦炭中N的质量分数
• 由于30%的氮存在于焦炭中，则70%的氮存在于挥发分中：

则燃料中总的氮为：

式中TN_fuel为总的含氮量。
 

• 煤中含氮量为1.5%，即 Fc = 60%，Fv = 40%，TN_fuel=0.015
• 可求解计算得到煤的组分：M_N_vol= 0.0228，M_N_char = 0.00978

3.2 设置NOx模型

• 右键选择模型树节点NOx，点击弹出菜单项Edit...打开设置对话框

• 如下图所示，设置NOx的形成路径为Thermal NOx及Fuel NOx，其他参数保持默认设置

注：本案例仅考虑热力型NOx及燃料型NOx

• 如下图所示，切换至Fuel标签页，设置挥发分及焦炭质量分数

• 点击Apply及Close按钮关闭对话框

3.3 求解NOx模型

• 打开DPM模型设置对话框，如下图所示，设置参数DPM Iteration Interval为0

注：此步设置事实上是关闭了DPM模型。氮氧化物模型计算实质上是后处理内容，并不需要追踪颗粒。

• 鼠标右键选择模型树节点Controls，点击弹出菜单项Equations...打开方程选择对话框

• 如下图所示只选择污染物模型，点击OK按钮关闭对话框

• 如下图所示修改污染物计算残差为1e-8

• 如下图所示，迭代计算200步

3.4 NOx后处理

• 新建变量ppmvd

• 如下图所示定义变量ppmvd

• 查看对称面上NO浓度，如下图所示

• 鼠标双击模型树节点Report > Surface Integrals弹出设置对话框，如下图所示设置可查看出口位置NO浓度为947 ppm。

4 设置SNCR模型

4.1 Materials设置

  从材料库中添加材料Urea-solid (CO<NH2>2<S>) ，如下图所示。
 

• 如下图所示选择材料Urea-solid (CO < NH2 > 2 < S >)

注：该材料位于combusting-particle类型下。

4.2 定义SCNR模型

• 右键选择模型树节点NOx，点击弹出菜单项Edit...弹出设置对话框

• 如下图所示激活SNCR模型，并指定模型组分为co2

注：Fluent提供了两种氮氧化物还原方法，Reburn及SNCR，本案例选用SNCR。

4.3 定义尿素注入

• 右键选择模型树节点Injections，点击弹出菜单项New...打开新建对话框

• 按下表所示参数定义新的入射器

• 定义完毕后对话框如下图所示。

• 进入Turbulent Dispersion标签页，激活选项Discrete Random Walk Model，指定参数Number of Tries为10

• 进入Wet Combustion标签页，激活选项Wet Combustion Model，指定液体材料为water-liquid，设置参数Liquid Fraction为0.55

• 如下图所示copy入射器injection-1

• 修改入射器参数，如下图所示，修改x-Position为0.099，修改X-Axis为-1

• 可检查入射器布置，如下图所示

4.4 求解SNCR模型

• 鼠标右键选择模型树节点Controls，点击弹出菜单项Equations...打开方程选择对话框

• 选择除污染物模型之外的其他所有模型，如下图所示

• 打开DPM模型设置对话框，指定模型参数DPM Iteration Interval为30，如下图所示

• 指定连续方程残差为1e-5，如下图所示

• 迭代500步进行计算

4.5 计算NOx

• 打开DPM模型设置对话框，如下图所示，设置参数DPM Iteration Interval为0

• 鼠标右键选择模型树节点Controls，点击弹出菜单项Equations...打开方程选择对话框

• 如下图所示只选择污染物模型，点击OK按钮关闭对话框

• 如下图所示修改污染物计算残差为1e-8

• 迭代计算50步，如下图所示设置

5 计算结果

• NO的浓度分布，如下图所示

• 查看出口位置的NO浓度分布，如下图所示

  经过处理后NO的含量从947.9 ppm降低到815.7 ppm。
 

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