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          详细介绍

          目前燃煤电厂烟气脱硝以******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)。其中,通过CFD技术对流场进行优化设计是“性价比”******的一项关键技术,值得在所有SCR脱硝改造项目中推广应用。

          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。

          1、CFD技术简介

          CFD是Computational Fluid Dynamics的简称,中文全称为:计算流体动力学。

          2、CFD技术在SCR脱硝系统的应用

          2.1 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,确定******设计外形、******内容布置方式;

          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***小化;

          4) 优化烟气温度场、速度场分布;

          2.2 模拟范围的选取原则

          常规情况下,对于火电厂燃煤锅炉而言,SCR脱硝装置的布置在省煤器与空预器之间,之所以在这个位置居多,原因是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。

          2.3 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,***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:

          图:SCR脱硝系统流场计算的大致过程

          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******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。

          2.4 SCR脱硝优化的定量目标

          图:CFD研究******规范标准

          其中,速度相对标准偏差,对于超低排放来说建议设定更低:<10%。

          如果结算结果的数据不满足上述要求,可以通过调整烟道的布置方式,导流板整流格栅的修改来对烟气流场进行优化。大多数情况对流场的优化主要是导流板、整流格栅这些内部结构,尤其对于改造项目很多烟道的布置方式只能由现场情况决定。但是好的烟道外形设计是流场优化的先天优势。

          2.5 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。对于条件受限不得不采用这种设计的项目,建议在烟道转弯段的进出口均布置导流板,降低烟气流速的偏差。如下图:

          2)避免竖直烟道与反应器设计过近;烟气从竖直烟道到反应器******通过两个90°弯头来过渡,烟道与反应器过于靠近相当于一个180°转弯,流场难以均布;对于条件受限不得不采用这种设计的项目,建议采用改变烟道上部走势的特殊处理。如下图:

          3)反应器后侧顶板与整流格栅不建议留有空间,会造成反应器后侧烟气流速过高。如下图:

          对于此处已设计留有空间的项目,建议停炉改造期间检查顶层催化剂磨损情况。如发现反应器后侧的催化剂磨损严重,可通过在反应器上部布置导流板对流场进行优化调整。

          4)不建议催化剂备用层预留在***上层。如下图:

          这种预留上层的布置方式,要特别注意上层支撑梁的积灰问题,大块的积灰落下对下面催化剂来说是致命的。对于已采用催化剂预留在上层的项目,建议停炉检修期检查上层支撑梁两侧是否有积灰,检查支撑梁下方的催化剂有无堵灰,强烈建议对预留层支撑梁两侧进行密封。

          5)模型尽量建立完全,反应器出口之后的优化虽对脱硝效率没影响,但对下游的空预器有影响,空预器进口烟气流速偏差过大将对空预器换热效果造成影响。一个反面的案例如下:


          3、***后值得一提的是,尽管CFD模拟结果对脱硝流场设计提供保证,但考虑到烟气工况多变,还是建议所有SCR项目在调试阶段都进行喷氨优化调整试验,该试验对于保证脱硝效率和控制氨逃逸有重要意义。




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