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燃煤电站SCR烟气脱硝CFD技术的研究进展 锅炉图片

摘要:选择性催化还原(SCR)烟气脱硝技术虽然应用广泛,但催化剂磨损、堵塞及还原剂与烟气混合不均等问题时有发生,CFD技术可多角度模拟现场情况,有助于问题的解决.对国内外燃煤电站SCR烟气脱硝CFD技术的研究进行了综述,在对文献进行梳理的基础上,阐述了计算流体力学CFD软件在SCR烟气脱硝模拟中的应用情况。

其主要领域包括:流场模拟、组分浓度场模拟、气固两相流模拟、化学反应模拟等.指出合理均匀的流场是整个SCR系统经济安全运行的基础;耦合详细反应机理的SCR模型与锅炉燃烧、SNCR等模型的联合模拟是未来研究的重点.

选择性催化还原(SCR)烟气脱硝技术作为一种高效的NOx控制技术,在燃煤电厂得到广泛的应用。然而,由于燃煤机组负荷、煤质多变且现场运行缺乏理论指导,SCR烟气脱硝系统在投运过程中往往出现较多问题。

虽然国内外学者对SCR数值模拟技术做了较多研究,但其仍未完全成熟,主要有以下因素:(1)SCR模拟一般是在假设反应器入口速度、组分浓度、温度等边界参数均匀分布的基础之上进行的;(2)SCR反应器内复杂的化学反应及气固两相流动过程,靠单一的CFD软件难以实现。本文对国内外关于SCR数值模拟的文献进行了梳理和总结,在介绍SCR关键技术的同时指出其在工程运行中存在的问题,为数值模拟研究提供借鉴。

1流场的数值模拟

SCR烟气脱硝系统如图1所示。SCR烟气脱硝反应器(以下简称SCR反应器)通常布置在省煤器与空气预热器之间,受场地及空间位置等因素的制约,SCR反应器前往往存在1个或多个变截面烟道。变截面烟道会加剧反应器内流场的不均匀性,并且增大系统的压降。

在设计SCR烟气脱硝系统时,对反应器内喷氨格栅截面和首层催化剂入口截面速度的均匀性有严格要求,即这2个截面速度相对偏差系数均应控制在15%以内。其中.喷氨格栅截面流场的均匀性可通过对变截面炯道及转角烟道导流板的布置予以控制.其均匀与否直接影响格栅的调控及混氨效果。

文献针对SCR反应器变截面烟道处导流板的布置进行研究.得到导流板的布置角度对喷氨截面烟气速度影响的规律;文献以660MW燃煤机组SCR反应器为研究对象.模拟对比了3种不同形状导流板对流场的影响.发现直弧形状的导流板整流效果最理想:文献通.过模拟发现.在直角弯道处添加直弧形状的导流板能有效提高低速区炯气的流速.但导流板数量过多会增大系统压降。

上述研究均通过对SCR反应器烟道导流板的设计达到改善流场分布的目的。另外.通过对导流板的设计可解决温度分布不均以及积灰的问题:

文献通过在SCR反应器前急转炯道处布置导流板.解决了首层催化剂入口烟气温度分布不均问题;文献通过在挡板门上部添加导流板提高炯气流速.从而解决挡板门上部的积灰问题。由此可见,SCR反应器内的流场分布还会影响到烟气温度场及飞灰的分布。

进入催化剂层烟气流速的分布可通过整流格栅的设计来优化:

文献模拟研究了整流格栅导板之间的距离、导板与竖直方向的夹角以及导板长度等因素对流场的影响.最终确定了最佳的整流格栅布置方式;文献研究了整流格栅高度与首层催化剂人口烟气入射角之间的关系.发现格栅高度越高,娴气入射角越小;

文献对分层整流器进行研究.指出双层错位式布置的整流格栅对烟气有更好的整流效果.整流格栅设计不合理会影响到进入首层催化剂的气流分布.危害催化剂;文献通过冷态实验与数值模拟相结合的方式.研究了首层催化剂局部磨损的问题,发现由于整流器与上转角弯头出口存在高度差.导致气流形成强漩涡.从而导致催化剂的磨损。

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