韓冰

摘 要：近年來(lái)中國(guó)海洋石油嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家政策法規(guī)要求，采取各種手段對(duì)于石油煉制過(guò)程中各類污染物進(jìn)行治理，在大氣光化學(xué)污染物控制方面，主要采取煙氣脫硫脫硝、原料油深度加氫處理等技術(shù)措施，應(yīng)用普遍的是煙氣脫硫脫硝方案。隨著國(guó)家對(duì)大氣環(huán)境污染治理重視程度的提高，全社會(huì)對(duì)環(huán)境治理方面的意識(shí)越來(lái)越強(qiáng)，對(duì)于排放檢測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到國(guó)家規(guī)定限值的企業(yè)和設(shè)施，企業(yè)周邊社區(qū)也經(jīng)常從視覺(jué)可見(jiàn)性、嗅覺(jué)分辨性等感官方面提出更新的苛刻要求，目前對(duì)于經(jīng)脫硫脫硝后排放尾氣煙羽擴(kuò)散問(wèn)題方面的研究較少，主要是由于環(huán)境布點(diǎn)檢測(cè)手段復(fù)雜、費(fèi)用高，研究開展的難度大，采取CFD方法，建立排放尾氣的模型，可以對(duì)脫硫脫硝后煙羽的擴(kuò)散性和視覺(jué)可見(jiàn)性進(jìn)行分析，簡(jiǎn)便易行。

關(guān)鍵詞：脫硫脫硝 尾氣排放 煙羽擴(kuò)散 模擬

一、研究對(duì)象

模型研究對(duì)象設(shè)定為某重油催化裂解裝置的再生煙氣脫硫脫硝設(shè)施，采用SCR+PTU組合工藝技術(shù)，尾氣滿足國(guó)家規(guī)范要求后經(jīng)仝煙囪排放，有關(guān)建立模型的基本參數(shù)見(jiàn)表1：

二、建模思路和過(guò)程

1、建模思路

脫硫脫硝處理后尾氣經(jīng)101m高，內(nèi)徑4m的煙囪排出，與大氣接觸后隨環(huán)境氣流擴(kuò)散，建立一400m×400m的模型空間，以滿足描述尾氣煙羽擴(kuò)散的包容范圍，通過(guò)CFD建模研究脫硫脫硝尾氣在此空間內(nèi)的擴(kuò)散和視覺(jué)可見(jiàn)性，計(jì)算方式采用組分輸運(yùn)（speciestransport）模型，建模步驟：①建立2D幾何模型；②劃分網(wǎng)格；③設(shè)置基本模型、能量方程、湍流模型；④定義組份，啟動(dòng)組份輸運(yùn)模型；⑤設(shè)置邊界條件、算法，進(jìn)行計(jì)算；⑥輸出計(jì)算云圖。

2、2D幾何建模

采用DesignModeler草圖建模工具建立2D的模型計(jì)算范圍，并進(jìn)行邊界范圍設(shè)置，簡(jiǎn)圖如圖1所示。

3、網(wǎng)格劃分

在2D幾何建模的基礎(chǔ)上，用Meshing工具進(jìn)行網(wǎng)格劃分，本模型計(jì)算范圍空間尺度較大，模型整體采用“四邊形主導(dǎo)網(wǎng)格劃分方法（QuadrilateralDominant）”，單元中間節(jié)點(diǎn)設(shè)置為“使用選型進(jìn)行設(shè)置（UseGlobalSetting）”；自由面網(wǎng)格類型采用“四邊形/三角形方法（Quad/Tri）”，最大面域尺寸設(shè)置（Size=1.0m），生成計(jì)算單元數(shù)量159596個(gè)。生成后的網(wǎng)格質(zhì)量方面，偏斜度（Skewness）：最大0.012692、最小1.3E-10、平均1.45E-06、標(biāo)準(zhǔn)偏差6.11E-05，滿足計(jì)算本題目的劃分質(zhì)量要求。煙囪排放口處的網(wǎng)格生成情況如圖2所示。

4、計(jì)算方程設(shè)置

本模型采用EnergyEquation能量方程，設(shè)Y軸Gravity重力為-9.8（m/s2），選擇標(biāo)準(zhǔn)湍流模型Standardk-epsilon（2eqn）和標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)StandardWallFunctions，考慮全浮力影響（FullBuoyancyEffects）。

5、組分和設(shè)定

本模型屬于氣體擴(kuò)散（SpeciesTransport）問(wèn)題，應(yīng)用meth?ane-air混合體系與入口擴(kuò)散和擴(kuò)散能量來(lái)源（InletDiffusion）、（Diffusion Energy Source）設(shè)置；煙囪口排放尾氣組份（Species Mass Fractions）以及大氣濕度、溫度條件根據(jù)表1的數(shù)據(jù)設(shè)置。

6、邊界和算法設(shè)定

本模型2個(gè)速度入口velocity-inlet邊界條件的設(shè)置如表2。其它2個(gè)壓力出口PressureOutlet邊界，設(shè)置為環(huán)境大氣壓力，湍流強(qiáng)度設(shè)為0.1%，計(jì)算邊界分別為400m。模型建立完畢后，進(jìn)行全面初始化，首次計(jì)算按照1000步迭代，后續(xù)各種方案調(diào)整計(jì)算200步迭代即可滿足要求。

三、模型研究數(shù)據(jù)結(jié)果

模型計(jì)算出脫硫脫硝排放尾氣煙羽中一氧化氮（NO）擴(kuò)散分布濃度狀況云圖見(jiàn)圖3。

對(duì)于脫硫脫硝尾氣排放煙羽的視覺(jué)可見(jiàn)性問(wèn)題，主要是煙氣中所夾帶的水蒸氣與大氣接觸擴(kuò)散后，造成擴(kuò)散區(qū)域空氣相對(duì)濕度提高，超過(guò)空氣飽和濕度后凝結(jié)所致，因此可采用相對(duì)濕度云圖進(jìn)行描述，模型生成的在排放口溫度為55.8℃條件下的煙羽擴(kuò)散整體相對(duì)濕度情況見(jiàn)圖4，其中大氣視覺(jué)可見(jiàn)部分即相對(duì)濕度超過(guò)100%以上區(qū)域的煙羽尾氣見(jiàn)圖5。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本例的實(shí)踐，運(yùn)用CFD建模技術(shù)對(duì)脫硫脫硝尾氣煙羽擴(kuò)散問(wèn)題進(jìn)行分析研究具有方便易行和可反復(fù)推演性，在生產(chǎn)實(shí)踐中可利用此模型對(duì)有關(guān)生產(chǎn)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，建模有關(guān)基本設(shè)置也可利用生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行修正，其效果直觀、形象。

參考文獻(xiàn)

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