B：新型SNCR雾化喷嘴的设计.doc

B题： 新型SNCR雾化喷嘴的优化设计 背景： 我国是一个能源结构以煤炭为主的国家，煤炭等化石燃料燃烧会产生大量的SOx，NOx等污染物。NOx氮氧化物是主要的大气污染物之一，其既可直接对人体造成危害，也可形成酸雨，甚至影响气候。在火电机组排放的大气污染物中，NOx氮氧化物是最近三十多年中受到极大关注的一种污染物，其控制技术也已经成为全世界的重要研究课题。选择性非催化还原SNCR技术是近年来发展比较迅速、在国外已经投入商业运行的比较成熟的烟气脱硝技术。 SNCR脱硝技术的原理是在900~1200oC（反应温度窗）下，将含有氨基的氮还原剂（一般是氨或者尿素水溶液）喷入烟气中，还原剂快速热解成NH3并和烟气中的NO进行还原反应，把NOx还原，生产氮气和水。并且温度过高或过低都不利于对污染物排放的控制。为了满足反应时温度在温度窗的范围内，对喷氨的控制要求很高。因此喷射氨还原剂溶液的喷嘴成了SNCR的技术关键，同时也成为限制SNCR系统脱硝效率和稳定运行的最大障碍。 相关技术： 从SNCR系统的要求和喷嘴相关文献得知，比较理想的SNCR喷嘴应该具有以下特点：（a）喷射速度要高，一般要达到50m/s以上比较好（参考）；（b）雾化粒度在50~200μm之间，分布要比较均匀；（c）液滴的停留时间要长。 比如某一实际锅炉为例（锅炉长32m，宽8m，高52m），锅炉内温度1000℃，烟气向上流速15m/s，喷嘴放在宽度方向的中间（即距离水冷壁为4m），距离锅炉上侧屏的高度为2.5m。液滴的运行不能接触到水冷壁和上侧屏，尤其不能接触上侧屏。 建模时可以考虑：液滴的停留时间要长，即液体运行到水冷壁时才完全蒸发，不能接触上侧屏。因此可以研究液滴的粒径、喷射角度、喷射速度等因素对SNCR系统脱硝效率的影响。 设计参数及喷嘴可以参考下图公司的设计： 具体喷嘴设计如下： 水经过环隙流道进入，在喷口处经过挤压形成小颗粒喷射状液滴。 试验现场如下： 在大气中的大致轨迹形态： 通过建立数学模型与模型求解，需要解决以下四个方面的问题： 1．在室内做模拟液滴喷射实验，针对单个液滴，此时只需要考虑空气阻力对液滴速度的影响。试建立数学模型确定液滴出喷口的速度。 已测出的数据有喷射高度H、喷射半径L、喷射角度，液滴的直径D为1000μm，密度为1000kg/m3, 液滴可以看成球形水滴。由以上条件算出大气中液滴出喷口的速度V、V1和V2。 部分测量结果 H（m） L（m） （°） 1 0.0402 0.7707 5 2 0.0525 0.9576 5 3 0.0888 1.4858 5 4 0.0667 0.7587 8.4 5 0.0889 0.9641 8.4 6 0.1155 1.2035 8.4 7 0.1472 1.0440 12.5 8 0.2669 1.7063 12.5 9 0.3133 1.9479 12.5 10 0.4552 2.0572 16.9 11 0.4947 2.1866 16.9 12 0.5307 2.3092 16.9 2．在问题一的基础上，不仅要考虑空气阻力对液滴速度的影响，还要考虑锅炉内垂直向上流动热风的影响，试建立数学模型研究喷口速度V与喷射高度H、喷射半径L、喷射角度的关系，并分析液滴的运动轨迹随风速的变化规律，找出液滴不会下落的临界风速；假设向上的风速为15m/s，喷口液滴速度为20m/s，喷射角度为12.5°，问喷射半径是多大？ 3．在问题一与问题二的基础上，再考虑锅炉内液滴的蒸发，重新建立数学模型并求解，确定液滴消失前的运行时间与运行轨迹，并对你所获得的结果进行合理的解释。 4．结合实际，对喷嘴进行优化设计：选择最佳液滴的粒径，喷口速度与喷射角度，使液滴的停留时间最长，即液体运行到水冷壁时液体才完全蒸发，且不能接触上侧屏。