热解炉内尿素溶液雾化分解的数值模拟

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1、热解炉内尿素溶液雾化分解的数值模拟周子鹏，赵红霞，韩吉田**（山东大学能源与动力工程学院制冷与低温工程系，济南250061）510152025303540摘要：基于FLUENT平台，对热解炉内尿素溶液雾化、液滴与烟气的混合过程进行了数值模拟研究。模拟结果表明，在溶液流量一定的前提下，液滴喷射速度的增大可以加速液滴蒸发，增大液滴的有效贯穿距离，有利于不同气体组分的混合，但是强烈的扩散降低了反应物浓度不利于化学反应的进行，产生的回流抑制了氨气向出口的流动；液滴粒径的增大可以延长蒸发时间但降低了蒸发速率。随液滴粒径的增大，液滴穿透距离增大，液滴轨迹延长至反应区域中心，增强了混合

2、的均匀性，但是蒸发速率的降低延缓了化学反应的进行，降低了氨气的产量。关键词：尿素溶液；雾化；热解；数值模拟中图分类号：X701ThesimulationonatomizationandpyrolysisofureasolutioninpyrolyzingfurnaceZHOUZipeng,ZHAOHongxia,HANJitian(DepartmentofRefrigerationandCryogenics,SchoolofPowerandEnergy,ShandongUniversity,JiNan250061)Abstract:Inthispaperthesimulati

3、onontheprocessofureasolutionsprayanddroplet-gasmixinginpyrolysisfurnaceiscarriedoutbasedonFLUENTplatform.Thesimulationresultsshowthatwhenthethesolutionflowretainsacertainvalue,theincreaseofliquidinjectionspeedcanacceleratethedropletevaporation,increasesthespraydropleteffectivepenetrationdis

4、tanceandbehelpfulforthemixtingofdifferentgascomposition.Butstrongdiffusionreducesthereactantconcentrationandsuppressthechemicalreaction.Thebackflowresultedfromthediffusionstopstheammoniafromflowingtotheoutlet.Theincreaseofthedropletsizecanextendtheevaporationtimebutdecreasetheevaproationrat

5、e.Alongwiththeincreaseofthedropletsize,thepenetrationdistanceincreasessothatthedroplettrackextendtothereactionregionalcenter,whichenhancesthemixeduniformity.However,thereductionofevaporationratedelaysthechemicalreactionandreducetheammoniaoutput.Keywords:ureasoltion;atomzation;pyrolysis;simu

6、lation0引言NOx排放日益成为一个迫切需要解决的社会问题。电站锅炉排放NOx占大气污染的重要部分,已经成为固定的大气污染源。目前脱除烟气中氮氧化物方法主要包括选择性催化还原(SCR)和选择性非催化还原(SNCR)。选择性催化还原(SCR)技术因其脱硝效率高、无二次污染,故被世界上80%以上的烟气脱硝系统所采用[1]。SCR系统流程中脱硝还原剂的制备是一个十分重要的环节。鉴于还原剂的安全因素，尿素已经越来越多的作为液氨和氨水的替代产品，广泛的应用于烟气脱硝工程。但是尿素热解法制氨也容易出现故障，比如热解炉尾部积物导致制氨量不足等等[2]。关于这方面国内已经有了类似的研究，

7、但大多是研究了尿素溶液喷射到炉膛内热解并与NO进行化学反应脱硝的整体过程，目前尚没有对尿素溶液在热解炉内的热解化学反应和喷淋液滴的蒸发扩散过程进行详细研究，没有对热解炉内的气体混合情况和制氨效率进行预测。王海涛[3]等运用Fluent计算软件模拟了液滴在高温气流中作者简介：周子鹏，（1987-），男，硕士研究生，新能源与清洁能源方面。通信联系人：赵红霞，（1977-），女，副教授，强化传热与可再生能源的利用。E-mail:hongxiazhaojess@gmail.com-1-蒸发扩散过程，研究了气流