热电厂SCR系统反应器流场均匀性数值模拟研究

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1、第37卷第4期华电技术Vo1．37N0．42015年4月HuadianTechnologyApr．2015热电厂SCR系统反应器流场均匀性数值模拟研究曹玮(烟台龙源电力技术股份有限公司上海分公司，上海200241)摘要：以某热电厂机组选择性催化还原(scr~)法反应器为对象，采用计算流体力学软件对其整体布置结构烟气流场进行数值模拟分析。自行设计了系统导流装置，并分析了系统在锅炉最大连续蒸发量工况下烟气成分速度场、氨气质量分数分布和烟气压力降情况，评估了该反应器结构布置的特性。研究结果可为SCR中使用的反应器导流装置和喷氨格栅的设计和改进提供参考。关键词：选择性催化还原法；反应器；流

2、场均匀性；导流板；数值模拟中图分类号：X701文献标志码：A文章编号：1674—1951(2015)04—0064—030引言1SCR脱硝装置系统结构模型选择性催化还原法(SCR)是工业上应用最广的以某热电厂烟气SCR脱硝装置为研究对象，给一种脱硝技术，其NO脱除率可高达90％以上J。定入口烟气量为89000m。／h，在反应器中设置2层该工艺的主要原理是还原剂NH在催化剂的作用催化剂，反应器结构如图1所示。下将烟气中的NO还原成N和H0。在氨氮配比合理、反应温度适宜的基础上，反应整流器流场流动均匀性和阻力特性是影响脱硝反应能否顺利进行的重要技术指标。不合理的流场会使脱硝率下降和催化

3、层寿命降低，大大提高设备的运行成催化本；同时，较高的阻力也带来引风机运行不稳定和空气预热器漏风率增加等问题J。为了获得良好的流场和阻力特性，在脱硝系统催化反应器的设计中一般采用加装导流板和整流器的方法来达到预期目的。合理的导流板和整流器布置，口能够使混合烟气均匀、稳定地通过烟道，进入催化剂层进行还原反应。在脱硝系统反应器导流装置的设计中，与传统的试验方法相比，采用数值模拟方法能够得到烟气流动区域整体流场特性，大大提高设计工作效率并节约设计成本。而且，随着计算流体力学(CFD)技术的不断进步，数值模拟结果与实际越来越接近，完全能够满足工业设计的需求。图1脱硝反应器结构示惹本文采用CF

4、D技术对某热电厂机组的SCR脱数值模拟研究对象是从省煤器出口至空气预热硝装置进行数值模拟，比较了未设置导流板和设置器入口烟道系统，包含入口烟道、氨喷射装置、烟道导流板两种反应器结构的流场均匀性，着重对设置折弯处导流板、脱硝反应器及出口导流板等。导流板的反应器结构的流场、氨气质量分数分布以2数学模型及流动阻力进行分析。考虑物理模型的实际情况，使用标准的一方收稿日期：2014—10—13；修回日期：2014—12—20程湍流模型(k为湍流动能；s为湍流耗散率)模拟第4期曹玮：热电厂SCR系统反应器流场均匀性数值模拟研究·65·烟气和氨气的湍流流动。控制微分方程的离散化采性，在数值模拟模

5、型设置时做如下假设：(1)流动为用了有限差分法中的控制容积法，针对对流项的离定常流动，不考虑非稳态过程；(2)不考虑烟气中灰散，采用了上风差分格式，流场的计算采用典型的分对流动的影响；(3)假设整个系统绝热且无漏风；SIMPLEC算法。催化剂层流动采用多孔介质模型(4)不考虑烟道及导流板厚度对流场的影响。模拟。4计算结果和分析流动的计算采用标准的k一占方程模型4．1导流板对SCR反应器烟气速度场的影响Ot+缸；=毒ax；[L(＼+。Pr)，；J图2为BMCR工况下，SCR系统两种结构的反Gk+Gb—p一yM，应器中心截面处混合烟气速度场云图。由图2可以看出，设置导流板对混合烟气的速

6、度场有很大的作去(pe)+(i)=老+p-~G!axj卜用，尤其是在烟气大角度折流处(如反应器塔顶转向室)，此处烟气将经过近180。的折流：在未设置导C1。÷(Ck+C3Gb)一流板的情况下，拐角后同一横截面的烟气流速出现cz。p，较大偏差，导致烟气在进人催化剂层之前的速度极不均匀，影响催化剂层的反应效率和使用寿命；相式中：G为速度梯度产生的湍动能；G为浮力产生反，此处在设置导流板后，混合烟气的流场均匀性得的湍动能；yM为压缩作用的修正项；i为速度脉冲到了很大的改善。由图2b可看出，在混合烟气进入值；，Y为位移坐标；；，i为笛卡尔坐标；t为时间；反应器后，以较高流速通过垂直向上的烟

7、道，经过转P，分别为k和的普朗特数；C1，c2。，C3。为常向室后，由于导流板设计和整流器布置合理，使得烟量；为黏度；为湍流黏度；p为烟气密度。气在转向室后的流场分布均匀，无涡流和旋流现象由下式计算发生，且烟气流速与竖直方向夹角小于9。，完全能／zt譬，够满足催化器对烟气流速的技术要求J。式中：c为常量，一般取0．09。催化剂部分的流动计算采用多孔介质模型。计算时主要考虑其阻力系数，阻力系数c计算公式为C2x2／，5g5裔式中：为烟气流速；△p为通过该催化剂的压降。同