应用CFD技术优化SCR脱硝系统的流场

目前燃煤电厂烟气脱硝以高效的选择性催化还原脱硝(SCR)技术为主。截止到2016年，我国燃煤电站SCR脱硝装置的安装率超过85%。在超低排放的要求下，已有脱硝系统普遍采用的提效措施是改善流场、加强混合效果，并加装第三层催化剂(原设计2层)。

　　我公司可通过合理的导流板、整流格栅、喷氨格栅、混合器的设计，提高催化剂入口烟气流速均匀性、氨气分布均匀性、降低整体系统阻力。

CFD技术在SCR脱硝系统的应用

　　1 优化分析的目的

　　在SCR系统设计中使用CFD软件，能实现下述的设计目的：

　　1) 研究烟气流动情况优化烟气流场；

　　2) 确定喷氨格栅及混合装置的形式、位置，保证氨的混合均匀性;

　　3) 检验和预测系统压力损失，保证压降最小化;

　　4) 优化烟气温度场、速度场分布;

2 模拟范围的选取原则　　

SCR脱硝装置的布置在省煤器与空预器之间，这段烟温处于脱硝催化剂的活性温度范围。

　　在进行CFD模拟的时候，所选型的模型范围也是自省煤器出口至空预器进口。省煤器出口作为模型入口边界，空预器进口作为模型出口边界。

　　3 模拟分析的大致过程

　　选取模型后，通过三维建模、网格划分、边界条件设置和计算模型选取，最后经过数值求解得到我们需要的可视化的图像结果。大致过程如下图：

计算结束后，我们可以获取整个计算模型内部任何位置的烟气流速、烟气方向、氨气浓度、温度、压力等等数据!

　　在所有位置里，我们最最关心的是催化剂表面这个位置，此处的烟气流速均匀性、氨气浓度均匀性对脱硝效率、催化剂磨损、控制氨逃逸起到决定性作用。

速度均匀意味着通过催化剂层每个孔道的烟气流经时间是一致的，不会出现个别孔道通过时间较快未反应完全且磨损严重的情况。

　　浓度均匀意味着通过催化剂每个孔道氨氮比是一致的，否则则会出现，氨氮比高的孔未反应掉的氨气逃逸，氨氮比低的孔NOx未被脱除完全。

4 SCR脱硝优化的定量目标

从流场优化的角度，SCR烟道反应器设计注意事项

　　1、避免喷氨格栅上游与倾斜的烟道出口过于临近。这样会造成喷氨格栅上游流速偏差过大，难以控制氨的混合均匀性。

2、避免竖直烟道与反应器设计过近;

导流板的布置的建议

　　在不具备CFD优化分析的条件下，也需要设置导流板，可以参考以下的布置方式：

在具备CFD优化分析的条件下，可以以上述方法作为第一版计算结果，然后根据项目特征进行针对性优化调整。

　　从目前脱硝行业技术发展状况来看，将来一段时间内SCR脱硝仍将是燃煤锅炉脱硝的主流技术。对于越来越严的排放标准，科学合理的流场设计对于工业领域节能减排发挥重要作用。除在SCR脱硝的应用外，CFD技术在烟气治理其他领域，如SNCR脱硝、湿法脱硫、电除尘、袋除尘、MGGH、除雾器及烟道布置上已有众多成熟的应用。