CFD数值模拟在燃机SCR脱硝的工程实践

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CFD在燃煤电厂SCR脱硝系统设计中的应用

ＳＲ技术因具有占地面积小、硝效率高、术Ｃ脱技成熟等优点而被火电厂广泛应用。计算流体力学
（Ｆ）基于数学方法建立单相或多相流动基本控制ＣＤ是
方程，用数值方法对其进行求解。因此，用ＣＤ利采Ｆ软件计算ＳＲ脱硝反应器流场、度分布、分布以Ｃ温氨及氨液滴蒸发和灰颗粒分布等复杂问题，有助于设将
应过程进行数值模拟。孙克勤等利用ＣＤ软件对反Ｆ
型压降模拟结十分吻合，图１和图２见。
行业应器的流体动力学模型进行三维气固两相流数值仿真信息分析，化了进出口烟道的结构形式、流叶片结构与优导报布置和喷氨格栅的结构形式。董建勋进行了ＳＲ脱道Ｃ
ＣＦＤ在燃煤电厂
ＳＣＲ脱硝系统设计中的应用
高艳宏，清才，凌涛。刘边
１重庆科技学院．台金与材料工程学院，重庆２重庆大学材料科学与工程学院，．重庆３重庆恒泰工程造价咨询有限公司，庆．重４０１００６４０２０００４０３０００
（ＮＥＳＩｃ建立）取得的数据进行对比。验证结由Ｌｎ．所
果显示：Ｆ１ＣＤ１：０尺寸模拟结果与物理流动模型模拟结果，ＣＤ全尺寸模拟结果与全尺寸物理流动模及Ｆ

SCR系统尿素喷雾特性CFD仿真分析

SCR系统尿素喷雾特性CFD仿真分析编号：SCR系统尿素喷雾CFD仿真分析编制：陆超群校对：审核：一汽解放公司无锡柴油机厂研发部电控开发室新技术组2014年4月1、计算目的评估不同的管路结构对SCR结晶生成风险的影响2、计算内容对六种不同结构的喷嘴管路进行详细的喷雾计算分析，采用相同的计算条件，对比六种方案管路内速度分布、气体温度、湍动能分布，找出结晶产生风险最低的方案。

3、计算过程分析3. 1计算条件计算采用STAR-CCM+8.04软件，操作系统为WindowsXP系统，喷雾模型选用液滴破碎、液滴碰壁及液滴蒸发模型，喷嘴喷射参数基于Bosch公司ETI5.2(3-hole)@9bar。

喷射尿素量186.52mg/s，进口流量391.48Kg/h，进口温度280℃，排气管温度230℃，喷嘴支座温度120℃。

3.2几何模型方案一方案二方案三方案四方案五方案六图1 计算区域几何模型方案一：管径100mm，直管段喷射。

方案二：管径100mm，90度弯管处喷射，支座未深入到管路内部。

方案三：管径100mm，120度弯管处喷射，支座为喇叭口形式，深入到管路内部。

方案四：管径100mm，120度弯管处喷射，支座为喇叭口形式，深入到管路内部，且法兰迎风面开孔开孔。

方案五：管径100mm，90度弯管处喷射，支座为喇叭口形式，深入到管路内部。

方案六：管径100mm，90度弯管处喷射，支座为喇叭口形式，深入到管路内部，且法兰迎风面开孔开孔。

3.3计算结果分析3. 3.1速度分布方案一方案二方案三方案四方案五方案六图2 管路中心截面速度分布方案一方案二方案三方案四方案五方案六图3 喷嘴法兰中心截面速度分布从图2中可以看出方案二、五、六均为90度弯管喷射，喷嘴下端管路内右侧气体流速较高，容易增大此处尿素液滴碰壁的风险，六种方案在喷嘴内均有少量的气体流动。

从图3法兰内流动放大图中可以看出方案一有明显的涡流产生，引起结晶生成的风险较大，方案二喷嘴处有少量的涡流产生，细小的液滴容易被涡流旋转带到法兰顶部，方案三、方案五产生的涡流流速较大，液滴容易被吹至法兰左侧壁面处，方案四、方案六法兰开孔后，明显改善了法兰处的流速分布。

基于CFD方法的烟气脱硝装置数值模拟

清洗世界Cleaning World第35卷第9期2019年9月试验研究文章编号：1671-8909 ( 2019 ) 9-0012-002基于CFD 方法的烟气脱硝装置数值模拟张立贤(国家能源集团双鸭山发电有限公司，黑龙江双鸭山155100)摘要：烟气脱硝是火力发电厂环保重要环节，脱硝装置内部流动特性直接杉响其性能，为了分析还原剂喷射夹角对还原剂分布丝形响.本文采用计算流体数值模拟的方式对脱爲装置内部流动过程进行模拟计算，可为今后CFB 锅炉再脱硝环节的优化设计奠定基础。

关键词：烟气脱硝；火力发电；计算流体力学；数值模拟；CFD中图分类号：TM621.2 文献标识码：A随着人们对环保问题的日益重视，火力发电环保排放改造工程成为各个电力生产单位关注的问题，电厂脱硝是火力发电厂生产过程中重要环节，直接影响电厂排放是否达标，而在烟气中喷入氨水或者尿素溶液作为还原剂是目前常用方法之一，这种方法可以减少二氧化硫和氮氧化合物的排放，实现电厂烟气污染物控制在国家排放指标之下。

随着计算机水平发展，数值计算逐渐成为工程改造前期方案预测的主要手段，采用数值模拟的方式不但能节约实验成本，更能缩短工程方案设计周期。

本文对烟道中的喷射点与喷射夹角进行了计算，'为以后环保改造提供参考。

1几何结构与计算条件本文计算结构参考小型锅炉烟气脱硝装置，在烟气入口位置两侧错列布置8个喷射点，喷射夹角为a,文中计算了喷射角为80°和85°两种情况，主要分析喷射夹角对喷射物贴壁的影响程度。

利用CFD 前处理工具建立1 ： 1比例的三维数值模型，包括分离器进、出口烟道和喷枪喷嘴主要内部结构。

该模拟假设在旋风筒内仅计算单相稳态流场，不考虑颗粒对SNCR 反应的影响，在分离器进口处的烟气流速分布均匀。

对分离器采用贴体多面体网格进行划分，计算网格总计为287 890个。

该分离器高38.5 m,旋风简直径8 m,芯筒出口直径3.7 m,底部出口直径1.6 m 。

基于CFD模拟的SCR脱硝装置优化改造

基于CFD模拟的SCR脱硝装置优化改造陶正新;韦红旗;李文霞;周诗齐【摘要】为解决某600 MW机组SCR脱硝装置在运行中出现的催化剂层前墙区域烟气速度低、后墙区域烟气速度高的问题,通过对脱硝装置内部流场的数值模拟分析,结合现场冷态试验验证数值模拟的准确性,并提出了优化方案.结果表明合理设置导流板、调整整流格栅结构可优化内部流场,解决该问题.【期刊名称】《发电设备》【年(卷),期】2019(033)003【总页数】4页(P178-181)【关键词】SCR;脱硝系统;流场;磨损;导流板;整流格栅【作者】陶正新;韦红旗;李文霞;周诗齐【作者单位】东南大学能源与环境学院,南京210096;东南大学能源与环境学院,南京210096;东南大学能源与环境学院,南京210096;东南大学能源与环境学院,南京210096【正文语种】中文【中图分类】TM621;X773随着环境保护问题的日益突出，国家对污染物的排放标准也越来越严格。

燃煤电站作为NOx排放大户，控制其NOx排放成为污染排放控制的关键[1]。

选择性催化还原(SCR)脱硝技术以技术成熟、脱硝效率高、运行可靠等优点成为国内外电厂应用最为广泛的脱硝技术[2]。

然而，很多机组在投运了SCR脱硝装置后，发现其内部存在流场不均、积灰和磨损等问题，严重影响脱硝装置高效运行。

为了保证SCR脱硝装置高效运行，对其内部结构进行优化十分重要[3-4]。

某电厂SCR脱硝装置采用高温高尘布置(位于省煤器与空气预热器之间)，选用平板式催化剂，按“2+1”模式布置。

锅炉燃烧采用设计煤种，机组运行在锅炉最大连续蒸发量(BMCR)工况下，SCR脱硝效率高于80%。

然而在机组停机检修时发现：在SCR脱硝装置催化剂入口处，前墙区域流速过低，前墙区域积灰增多堵塞催化剂；后墙区域流速过高，后墙区域催化剂严重磨损[5-6]。

笔者采用试验结合数值模拟的方法，对引起该SCR脱硝装置内部流场不均的原因进行详细分析，并制定合理的优化方案，以保证催化剂入口截面流场均匀分布。

CFD技术在SCR脱硝系统中的应用

CFD技术在SCR脱硝系统中的应用张文志，曾毅夫【摘要】SCR脱硝技术是当前大型燃煤电厂烟气脱硝的主导技术。

针对某2×300MW电厂脱硝系统，应用CFD仿真分析方法对不同导流板结构进行了优化，得到了最优导流板结构；分析了不同喷氨速度、整流格栅结构以及静态混合器结构对整个系统流场及浓度场的影响，说明了CFD模拟结果能有效地指导脱硝系统设计。

【期刊名称】中国环保产业【年(卷),期】2015(000)012【总页数】4【关键词】SCR脱硝系统；CFD；优化1 前言选择性催化还原法（SCR）是当前大型燃煤电厂烟气脱硝的主导技术，因其具有脱硝效率高、技术成熟、工作可靠、氨逃逸率低等特点而受到业内同行的认可。

随着氮氧化物排放污染的日趋严重，国家在“十二五”期间加大了对氮氧化物排放的控制力度，各大电厂、玻璃厂等都纷纷安装了脱硝设备，脱硝市场不容忽视。

氨气在催化剂前的混合均匀性程度直接影响着催化剂的寿命以及其在催化剂层反应情况的好坏，是考察SCR反应器设计的重要因素[1]，合理的布置静态混合器、导流装置以及整流格栅对脱硝效率有着重要的影响。

目前，对于这方面的研究，主要还是基于CFD仿真技术，其以节约成本和缩短项目周期而得到广泛使用[2-5]。

本文从不同导流板结构、静态混合器结构、整流格栅位置以及喷氨速度几个方面对流场、浓度场进行了分析研究，结果表明了CFD技术在SCR烟气脱硝烟道设计中的重要作用。

2 CFD模拟计算条件2.1 烟气条件本文为某台300MW机组的SCR脱硝项目，主要参数计算见表1。

2.2 计算模型本文的SCR脱硝系统主体大小为30×10×33（m）结构，喷氨方式采用喷氨格栅方式，反应器进口设置整流格栅，催化剂采用蜂窝催化剂。

整个分析对象包括从反应器进口到空预器进口的整个烟道部分，具体模型如图1所示。

2.3 基本原理和假设基于CFD理论[5]，求解连续性方程、动量方程、组分扩散方程以及湍流方程。

SCR法烟气脱硝技术的数值模拟研究

SCR法烟气脱硝技术的数值模拟研究纪春利1张智达2(1.东北电力大学能源与动力工程学院火电厂集控运行专业14届毕业生，吉林，吉林132012；2.东北电力大学能源与动力工程学院，吉林，吉林132012)摘要：随着我国电力行业的蓬勃发展，火电厂氮氧化物的排放量也日益增长。

选择性催化还原(SCR)烟气脱硝技术由于其具有脱硝效率高、运行可靠等优点，现已成为国内外应用最广泛的烟气脱硝技术之一。

本文利用FLUENT数值计算软件，对SCR脱硝技术方案进行模拟计算。

通过对SCR系统全面研究，建立三维模型，并确定合理的数学模型，对烟道、反应器、喷氨系统以及催化剂层区域进行了模拟计算。

通过模拟结果对SCR系统的导流装置以及喷氨格栅进行不断地调整和布置，最终获得了比较满意的结果。

关键词：选择性催化还原，烟气脱硝，数值模拟中图分类号：文献标识：1引言我国的能源结构以煤炭为主，因此决定了我国的电站建设以燃煤为主，而火电厂的污染物排放将给当前的环境带来巨大的压力。

燃煤电厂在生产过程中会产生大量的有害污染物排入到大气中，主要有粉尘、硫氧化物(SOx)、氮氧化物(NOx)和有害金属元素等[1]。

这些污染物对环境和人体都造成了极大的伤害。

在SOx 排放控制方面，我国已经开始广泛地采用烟气脱硫技术并取得了一定成效。

随着环保标准的日益严格，在NOx排放控制方面，我国已经高度重视，并开始采用多种措施来减少NOx的排放。

近些年来,在对于NOx污染的控制方面人们做了大量的研究工作,并且开发出了许多新的工业应用技术。

其中SCR法脱硝效率高，可达90％以上，运行可靠，无二次污染，是目前国内外应用最多且是最为成熟的烟气脱硝技术之一。

2 SCR烟气脱硝技术选择性催化还原法(Selective Catalytic Reduction，简称SCR)是指将氨、烃类等还原剂(电厂多用氨)喷入烟气中，利用催化剂将烟气中的NOx转化为N2和H2O。

在氨选择催化反应过程中，NH3可以选择性地和NOx发生反应，而不是被O2氧化，因此，反应又被称为“选择性”。

数值模拟在SCR烟气脱硝系统流场优化的应用研究

数值模拟在SCR烟气脱硝系统流场优化的应用研究摘要：利用FLUENT14.0软件对某330MW燃煤机组SOR脱硝烟气系统的流场进行数值模拟。

结果表明，导流板和整流板的配合布置，可对SOR反应器内速度场进行调整，并达到设计要求。

还原剂的浓度场与速度场密切相关，喷氨布置与速度场相匹配，有利于还原性气体与N0x的混合，喷氨分区控制是实现喷氨与速度场匹配的有效方案之一。

数值计算结果为导流板、整流板、喷氨布置等的设计提供参考依据。

关键词：SOR脱硝；数值模拟；流场；喷氨分区引言氮氧化物NOx是燃煤机组释放的主要污染物之一，在NOx处理技术中，选择性催化还原法（Selective Catalytic Reduction，SCR）是指在催化剂的作用下，以NH3作为还原剂，“有选择性”地与烟气中的NOx反应并生成无毒无污染的N2和H2O。

SCR脱硝反应器中烟气流场、温度场的分布以及还原剂（NH，）与NOx的混合效果是脱硝效果好坏的决定因素，它不但影响最终的脱硝效率及氨逃逸率，还对脱硝系统的长期安全稳定运行产生影响。

要了解一个SCR反应器的设计结构是否满足实际工程要求，除了采用传统的物理冷态模型进行验证外，目前比较流行的是采用流体力学技术（CFD）进行分析、预测。

采用数值模拟方法，对某电厂330MW燃煤机组（一个锅炉配两台反应器）单反应器的SCR系统流场进行优化计算，分析反应器的流场分布情况，提出保证流场均匀性的措施，保证反应器前的NOx和氨气达到良好的湍流混合，速度分布以及还原剂浓度分布最佳，系统压力损失最小。

1模拟对象与方法1.1模擬对象某电厂330MW燃煤机组每台锅炉配置两台SCR反应器，以锅炉中心线镜像布置，故数值模拟仅以单侧反应器作为研究对象，如图1所示。

研究范围包括：省煤器出口到SCR脱硝装置的连接烟道系统、烟道导流板、喷氨装置、整流板、反应器及SCR反应器出口至空气预热器的连接烟道系统，SCR反应器中布置三层催化剂。

CFD模拟对SCR系统流场及性能的优化

第37卷㊀第12期2019年12月环㊀境㊀工㊀程Environmental EngineeringVol.37㊀No.12Dec.㊀2019CFD 模拟对SCR 系统流场及性能的优化邹红果1㊀啜广毅1㊀张丽丽1㊀孟德润2㊀张宏博2(1.大唐环境产业集团股份有限公司,北京100097;2.福思力智科技(北京)有限公司,北京100020)摘要:某660MW 电厂SCR 系统烟道布置特殊,系统投运后出现了大范围积灰和氨逃逸过高的情况,采用CFD 模拟验证对系统流场进行全面诊断,发现是导流装置设计不合理造成的㊂进一步通过CFD 模拟优化提出导流板优化改造方案,对喷氨格栅和第1层催化剂上游的导流板布置进行了优化设计㊂优化方案使整个系统的流场分布更加均匀,消除了低流速涡流区,氨氮比分布也更加均匀,使系统运行更加稳定㊂大大改善了原有积灰及氨逃逸的问题,改造后在NO x 达标排放的前提下,喷氨量比改造前降低了10%㊂关键词:选择性催化还原;积灰;整流格栅;数值模拟DOI:10.13205/j.hjgc.201912026SCR FLOW BEHAVIOR AND PERFORMANCE OPTIMIZATION BY CFDZOU Hong-guo 1,CHUAI Guang-yi 1,ZHANG Li-li 1㊀MENG De-run 2,㊀ZHANG Hong-bo 2(1.Datang Environment Industry Group Co.,Ltd,Beijing 100097,China;2.FORCE Technology (Beijing)Co.,Ltd,Beijing 10020,China)Abstract :A 660MW power plant SCR system had specially designed flue arrangement,and after putting into operation,serious problems induding ash deposition and ammonia escape took palce.CFD simulation was used to comprehensivelydiagnose the flow field of the system and we found that the design of the diversion device was unreasonable.Furthermore,theoptimization scheme of diversion plate was put forward through CFD simulation optimization,and the layout of ammonia-spraying grille,as well as the diversion plate in upstream of the first layer catalyst was optimized.The optimization schemeshowed that the flow field distribution of the whole system was more uniformed,the low velocity eddy current zone was eliminated,and the ammonia-nitrogen ratio distribution was more uniform,which guaranteed the system to run more stable.The problem of ash deposition and ammonia escape was greatly alleviated.On the premise of meeting the emission standard of NO x ,the amount of ammonia injection was reduced by 10%,and the problem of ash accumulation was solved as well.Keywords :SCR;ash deposition;rectifier;CFD㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2019-05-160㊀引㊀言氮氧化物(NO x )是大气中主要的污染物,而燃煤锅炉是我国NO x 排放的主要来源之一㊂目前,燃煤锅炉的烟气脱硝技术主要是选择性催化还原法(selective catalytic reduction,SCR )㊂SCR 技术工艺成熟㊁系统运行稳定㊁脱硝效率高,被广泛使用[1,2]㊂SCR 脱硝系统的理想运行状态是在NO x 满足国家排放标准的前提下,使氨逃逸率维持在最低水平㊂除了选择高性能的催化剂,良好的烟气流场分布是系统设计的关键[3,4]㊂SCR 脱硝系统流场分布不均,会造成反应效率降低㊁氨逃逸高等问题㊂导流装置作为烟气导流的关键构件,需要详细的设计使烟气均匀分布[5]㊂计算流体力学CFD 作为流场优化设计的主要手段,其计算结果准确,灵活快速,在各个领域被广泛应用[6-9]㊂采用CFD 对烟气脱硝系统SCR 进行计算优化,并对比大量导流板方案,最终找到可行的最佳方案㊂该方法可作为烟道走向和导流装置优化设计的重要工具,在新建项目设计或解决已有项目的流场问题方面有广泛的应用前景㊂1㊀系统概况及存在问题某4ˑ660MW 超临界机组,采用单炉膛塔式布置,四角切圆燃烧㊂SCR 系统为高尘布置,布置于省煤器下游,单台炉配对单个反应器,反应器采用2+1环㊀境㊀工㊀程第37卷结构㊂系统为塔式结构,顶部为转弯烟道,混合格栅与催化剂层之间含双向变径,增加了烟气速度场和氨浓度场的均匀控制难度㊂SCR系统的运行参数如表1所示㊂由于SCR系统布置的特殊性,烟道需要经过大尺寸变径后进入催化剂区域,导致烟气不能均匀地分布到整个催化剂截面,整流器及反应器出现了局部严重积灰,堵塞催化剂的情况,系统整体运行需要过量喷氨才能维持出口的NO x浓度达到排放要求,说明脱硝效率没有达到设计要求㊂SCR系统布置图及2个关键截面位置见图1,系统入口为塔式锅炉省煤器出口,垂直向上,烟气经过2个90ʎ弯头后进入竖直烟道向下流动,与喷氨格栅中氨混合后,经过变径段和整流格栅,进入催化剂层进行反应㊂表1㊀某超临界机组SCR系统主要参数Table1㊀The main parameters of the SCR system项目参数烟气量湿基/(m3㊃h-1)6598817烟气温度/ħ388烟气含尘量/(g㊃m-3)26机组运行喷氨量/(kg㊃h-1)420(实际统计值)反应器尺寸/m13.86ˑ29.11入口NO x浓度/(mg㊃m-3)300图1㊀SCR系统布置Fig.1㊀Layout of the SCR system㊀㊀经过运行一段时间运行后的停炉检查,发现整流器和催化剂很多区域出现了大量积灰,积灰情况非常严重,并造成了催化剂大量堵塞㊂整流器上积灰的分布情况见图2㊂除了大量积灰堵塞催化剂的问题,为了保证NO x 达标排放,系统需要在运行中整体过量喷氨,进而造成氨逃逸过高,下游空预器堵塞严重,空预器压差快速增大,系统阻力增大等一系列问题㊂为了确定产生问题的原因,根据SCR系统结构布置,采用CFD模拟注:图中红色区域为严重积灰㊂图2㊀优化前SCR系统第1层催化剂积灰分布Fig.2㊀Ash deposition distribution on the1st layer of catalyst inSCR system的方法对SCR系统进行了流场测试㊂2㊀SCR系统流场分析采用CFD流场模拟的方法,对该系统进行了全尺寸建模及CFD计算,采用现场已有导流板㊁喷氨格栅㊁整流格栅及催化剂的布置位置和尺寸,对其流场进行全面分析㊂对整个系统的网格进行详细划分,整体网格为1050万,保证了计算精度㊂选取省煤器出口截面作为模型入口,该位置烟气分布较均匀,可以保证整体计算效果㊂选取整流格栅上游和第1层催化剂上游截面,对其流场分布进行分析,具体的导流板布置及选取关键截面位置如图1所示㊂整流格栅上游的流速分布和整流格栅积灰分布区域预测如图3和图4所示㊂由图3可知:整流格栅上游区域有大量的低流速区;相应地通过对该流速分布的分析,预测出可能发生严重积灰的区域,见图4㊂该积灰区域分布同现场积灰分布情况较一致,证明CFD模拟出的流场同实际情况非常吻合㊂造成上述问题的原因主要是流场分布不均,有大量的低速回流区㊂SCR反应器变径段的流速分布如图5所示㊂由于整流格栅上游导流装置设计不合理,导致烟气在经过整流格栅上游支撑板后,产生了大量的涡流区,在这些涡流区造成了大量飞灰沉积㊂对第1层催化剂上游截面的氨氮比分布进行了分析,如图6所示㊂可知:在进入催化剂之前,烟气和氨的混合效果非常差,一侧氨量过大,一侧氨量不足,直接影响了SCR的效率㊂为了达到排放要求,需要过量喷氨才能控制NO x排放㊂051第12期邹红果,等:CFD 模拟对SCR系统流场及性能的优化图3㊀整流格栅上游截面的流速分布Fig.3㊀Velocity distribution in upstream of the rectifier beforeoptimization图4㊀整流格栅积灰分布区域预测Fig.4㊀Ash deposition prediction in therectifier图5㊀优化前SCR 反应器变径段的流速分布Fig.5㊀Velocity distribution in variable section of the SCR systembefore optimization通过CFD 模拟计算对现有SCR 系统流场进行了全面诊断,模拟结果同现场情况非常吻合,该SCR 系统存在的问题主要是整体流场分布不均造成的,需要对该系统流场进行优化设计㊂3㊀CFD 流场模拟优化针对SCR 系统存在的问题,所拟定优化方案为对烟道内的导流板进行优化,优化前㊁后导流板方案如图7所示,通过导流板的优化使烟气更加均匀地通图6㊀第1层催化剂上游截面氨氮比分布Fig.6㊀NH 3/NO x distribution in upstream of the 1st layer ofcatalyst before optimization过烟道㊂需要从2个方面对流场进行优化:1)优化整流格栅上游的流场分布,使整流格栅上游的烟气在整个烟道截面上均匀分布,进而均匀进入催化剂㊂在进入反应器前的变径烟道入口㊁中间和出口区域设置了3组38片导流板,如图7b 中蓝框内所示;2)对喷氨格栅上游的流速分布进行优化,使氨和烟气在通过喷氨格栅后可以更加均匀地混合,混匀后进入催化剂进行反应,达到较高的反应效率㊂在2个弯头位置分别设置相应的导流板,共2组7片,如图7b 中红框内所示㊂图7㊀优化前㊁后导流板布置方案Fig.7㊀The original and optimized Scheme of diversion plate优化后整流格栅上游截面的流速分布见图8㊂可知:整个截面上的流速分布更加均匀,没有明显的低速涡流区,相比优化前有大量积灰的情况,该方案得到较大改进㊂优化后SCR 反应器变径段的流速分布见图9㊂同优化前的流场分布相比,2个方向变径段的流速分布非常均匀,经过整流格栅支撑板之后也没有涡流低151环㊀境㊀工㊀程第37卷速区的发生,烟气分布的均匀性得到较大改善,使烟气均匀地通过整流格栅达到催化剂层㊂图8㊀整流格栅上游截面的流速分布Fig.8㊀velocity distribution in upstream of the rectifier afteroptimization图9㊀SCR 反应器变径段的流速分布Fig.9㊀Velocity distribution in variable section of the SCRsystem after optimization优化后SCR 反应器第1层催化剂上游的氨氮比分布如图10所示㊂可知:相对于优化前的分布,优化后整个截面上氨氮比分布更加均匀,没有局部偏低或偏高的情况发生,有助于烟气和氨在催化剂上的反应,可明显减轻氨逃逸高和反应器后空预器的堵塞等情况的发生㊂检修期间现场按照优化后的导流板方案进行了改造,改造后达到NO x 排放要求(50mg /m 3)的前提下,在负荷和排放浓度基本一致的情况下,整体氨耗量从420kg /h 降低到381kg /h,喷氨量比改造前降低10%,降低了运行成本㊂经过较长时间的运行后再次停机检修,发现之前大面积积灰的区域仅有少量积灰存在,可见积灰问题得到明显改善㊂4㊀结㊀论1)某660MW 电厂烟道布置特殊,运行后整流格栅和第1层催化剂出现局部大量积灰严的情况,系统整体运行过量喷氨,脱硝效率低,下游空预器堵塞㊂图10㊀第1层催化剂上游截面氨氮比分布Fig.10㊀NH 3/NO x distribution in upstream of the 1stlayer of catalyst after optimization2)经过对系统流场进行CFD 模拟,对该SCR 系统流场分布进行了详细诊断分析,CFD 模拟结果同现场实际积灰情况非常吻合㊂3)对该SCR 系统进行了导流板优化设计,优化后结果显示整流格栅上游前截面和第1层催化剂上游截面流速分布明显改善,第1层催化剂上游氨氮比分布均匀,有利于脱硝系统高效运行㊂4)按照优化后的导流板方案进行现场改造,改造后经过统计,在负荷和排放浓度基本一致的情况下,整体氨耗量从420kg /h 降低到381kg /h,氨耗量约降低了10%,原来大量积灰的问题得到明显改善㊂参考文献[1]㊀张强.燃煤电站SCR 烟气脱硝技术及工程应用[M].北京:化学工业出版社,2007:15-17.[2]㊀马东祝,张玲,李树山,等.燃煤电厂SCR 烟气脱硝技术的应用及发展[J].煤炭技术.2011,30(3):5-7.[3]㊀火电厂烟气脱硝(SCR)系统运行技术规范:DL /T 335 2010[S].2011.[4]㊀董建勋.燃煤电厂SCR 烟气脱硝试验研究及数学模型建立[D].保定:华北电力大学(河北),2007.[5]㊀西安热工研究院.火电厂SCR 烟气脱硝技术[M].北京:中国电力出版社,2013.[6]㊀王福军.计算流体力学分析[M].北京:清华大学出版社,2004:7-11.[7]㊀凌忠钱,曾宪阳,胡善涛,等.电站锅炉SCR 烟气脱硝系统优化数值模拟[J].动力工程学报,2014,34(1):51-56[8]㊀中国大唐集团科技工程有限公司.燃煤电站SCR 烟气脱硝工程技术[M].北京:中国电力出版社,2009.[9]㊀黄伟.燃煤电厂NO x 污染及其控制技术[J].电力科技与环保,2004,20(3):22-23.第一作者:邹红果(1980-),女,硕士,高级工程师,主要从事烟气脱硫脱硝的设计和技术管理工作㊂zouhg@251。

大型燃煤锅炉 SNCR／SCR 混合脱硝数值模拟及工程验证

大型燃煤锅炉 SNCR／SCR 混合脱硝数值模拟及工程验证周英贵;金保昇【摘要】To improve the uniform distribution of the reducing agent in the tail flue of the hybrid selective non-catalytic reducing and selective catalytic reducing ( SNCR/SCR) process, numerical simulation was performed for the hybrid SNCR/SCR process in a 300 MW pulverized-coal boiler by using the FLUENT software.The influence of ammonia supplementary position and mixture structure on the distribution of ammonia nitrogen in flue gas was emphatically analyzed.The calculation results agree well with the experimental data.the results reveal that after the SNCR reaction, the concentrations of the reducing agent distribute quite unevenly at the outlet of the reversing chamber. However, with the ammonia supplementary position approaching the reversing angle, the uniform distribution of the reducing agent is improved.Additionally, the distribution can be further optimized by arranging the new hybrid X-mixer device at the inlet of the SCR system.The standard deviation factor for the concentration of the reducing agent in the inlet section of the first layer catalyst of the reactor decreases from 22% to 7.4%. With the combination of the optimized ammonia supplementary position and the new hybrid X-mixer device applied to the industrial boiler, the De-NOx efficiencies of SNCR and SCR process can achieve 35% and 78.4%, respectively, and the total combined De-NOx efficiency of the SNCR/SCR is up to 85.96%, showing a satisfactory denitration performance.%为了提高选择性非催化还原／选择性催化还原（ SNCR／SCR）混合脱硝中的还原剂在锅炉尾部烟道内的分布均匀性，基于FLUENT平台，对300 MW燃煤机组SNCR／SCR混合脱硝系统进行了数值模拟，重点分析转向室补氨喷射位置、混合器结构对烟气中氨氮组分混合的影响，计算结果与试验测量数据吻合很好．结果表明：SNCR反应后，转向室出口还原剂分布极不均匀；转向室侧墙补氨喷枪越靠近转向角位置，越有利于提升烟道内还原剂的平均分布；SCR反应器入口烟道设置新型复合X型混合器，进一步强化NH3与烟气的均匀混合，反应器首层催化剂入口截面还原剂浓度分布偏差从22％降低至7．4％；将优化的补氨喷射位置与混合器结构应用于现场锅炉，SNCR 和 SCR 脱硝效率分别达到了35％和78．4％， SNCR／SCR 联合脱硝效率达85．96％，脱硝效果良好．【期刊名称】《东南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(046)002【总页数】7页(P304-310)【关键词】补氨;还原剂;均匀性;偏差系数【作者】周英贵;金保昇【作者单位】东南大学能源热转换及其过程测控教育部重点实验室，南京210096;东南大学能源热转换及其过程测控教育部重点实验室，南京210096【正文语种】中文【中图分类】TK229目前,燃煤锅炉基于尿素作还原剂的烟气脱硝技术主要有选择性催化还原法(selective catalytic reduction, SCR)、选择性非催化还原法(selective non-catalytic reduction, SNCR)和SNCR/SCR混合脱硝3种工艺[1-4]．对于大型燃煤机组,SCR技术具有脱硝效率高、氨逃逸量低的优点,但需要单独配套尿素热解装置制备氨气,且催化剂运行维护成本较高[5-8].SNCR投资成本相对较低,但脱硝效率较低,氨耗量多且氨逃逸量不易控制．SNCR/SCR混合脱硝是一种耦合了烟道内尿素热解特性的改进型工艺,不仅利用高温烟气热解尿素,而且利用炉膛SNCR反应降低了SCR反应器入口NOx浓度,减少了催化剂用量,节省了设备投资和运行维护成本．大型燃煤锅炉SNCR/SCR混合脱硝实际应用中因受锅炉结构及现场空间条件限制,以及炉膛内换热屏组件的影响,大部分SNCR喷枪集中布置于锅炉前墙,而SNCR反应的氨逃逸大部分聚集在尾部烟道后墙,因而还原剂分布均匀性较差,导致SCR效率降低．部分学者研究了还原剂与氮氧化物在SNCR反应区的混合影响[1,3,5],但对SNCR逃逸氨的均匀分布以及补充尿素溶液的气液多相流动特性的探讨较少．SCR 系统可利用专用喷氨装置和导流板改善还原剂均布问题[9],但SNCR/SCR混合脱硝的还原剂均匀分布与单独SCR相比差异很大．Yang等[10]在锅炉转向室入口增加扰动蒸汽流以改善省煤器入口NH3浓度分布;Zhou等[11]设计了一种尿素热解耦合SCR脱硝方案,提高了催化剂入口氨氮摩尔比的均匀性,但尿素全部从炉膛前墙喷入,SCR反应的氨量不易控制,且尿素用量偏高．当尿素溶液喷入到高温烟气中,尿素溶液温度在650～735 K时尿素溶液可达到较好的分解效果,超过735 K时热分解基本完成,超过1 100 K时产生副反应,尿素有效分解率降低,因而锅炉转向室位置具有单独补氨的有利条件[12]．针对SNCR/SCR混合脱硝系统中SCR所需氨逃逸量不足和还原剂混合不均等问题．本文基于燃煤锅炉SNCR反应和转向室补氨后还原剂流动特性数值模拟,对现场锅炉热态试验进行对比研究,获得了优化的补氨方式和混合措施,为改进SNCR/SCR混合脱硝的有效运行和脱硝效率提供依据．研究对象为300 MW四角切圆燃煤锅炉,锅炉宽12.468 m,深14.048 m,高52.6 m,燃料参数见表1．锅炉BMCR工况时,模型进口的一次风、二次风及煤粉流量见表2． SNCR/SCR混合脱硝系统分为炉膛燃烧区、SNCR反应区、还原剂补充喷射区及尾部烟道、SCR系统4部分(见图1)．炉膛出口SNCR喷枪分4层布置,第1层共21支喷枪(前墙11支,间距1.204 m;左、右侧墙各5支,间距1.63 m,标高为35.8 m处);第2,3,4层分别布置9支喷枪(根据前屏过热器位置间隔布置,标高分别为43.192,46.592,49.092 m处)．转向室两侧墙分别布置2支喷枪,且关于锅炉中线对称,单独计量和控制,以补偿SCR反应中因SNCR反应逃逸氨的不足．尿素溶液雾化采用solid-cone模型,锥形角20°,粒径分布符合rosin-rammler分布,最小粒径为0.15 mm,最大粒径为0.8 mm,平均粒径为0.4 mm．锅炉水平烟道和尾部烟道有大量过热器、再热器、省煤器等,按实际尺寸建立模型网格数量巨大．本文将过热器、再热器和省煤器管群简化为一定厚度的板,并适度降低板数量．对于比较规则的烟道,尽可能使用六面体网格;对于带有导流板的弯道、带有混合器等复杂结构区域进行局部网格加密．将整个SNCR/SCR混合脱硝系统分为4个部分进行计算:① 燃烧部分;② SNCR部分;③ 补充尿素部分;④ SCR部分．炉膛出口的边界条件作为SNCR入口的边界条件．2.1 数学模型锅炉结构为四角切圆锅炉,考虑炉膛燃烧旋流的影响,采用RNG k-ε模型预测炉内烟气流动;对于煤粉颗粒运动,采用拉格朗日随机轨道模型,焦炭热解利用双方程竞争模型模拟挥发分析出,焦炭燃烧采用动力-扩散模型,挥发分采用混合分数概率密度函数方法计算;炉膛内温度较高,辐射换热量占主导地位,锅炉内的辐射传热,采用P-1模型;因煤粉燃烧产生的烟气中氮氧化物浓度非常低,对燃烧过程影响很小,煤燃烧生成NOx的预测采用燃烧后处理．因本文主要研究SNCR反应后氨逃逸以及转向室补氨后还原剂组分的分布特性,且煤燃烧过程中快速型NOx生成量较少,所以仅考虑燃料型和热力型NOx的生成[13]．采用DSMC模型直接模拟尿素雾化液滴[9-11]．在模拟计算过程中，认为液滴相的运动符合随机轨道模型,液滴相与气相耦合,并同时考虑液滴相的水分蒸发、尿素分解和HNCO水解等过程,经过三步反应生成NH3和CO2,其中NH3与烟气中的NOx发生还原反应,其尿素分解和简化还原反应的动力学参数见文献[13-14]．烟气中各组分混合和输运的模拟通过求解各组分对流、扩散和反应物的守恒方程来实现．锅炉尾部烟道及SCR反应器系统内有内部构件、换热组件和X型混合器,故采用RNG k-ε模型计算烟道内烟气流动,催化剂为蜂窝结构,采用多孔介质模型确定流质流经多孔介质所产生的压力损失．2.2 试验方法本文对300 MW锅炉机组SNCR/SCR混合脱硝系统投运后进行热态试验．试验包括4个方面:① 不同喷枪高度炉内烟气温度;② 不同补氨工况时，省煤器A和B侧出口还原剂分布;③ 安装X型混合器后SCR反应器首层催化剂入口还原剂分布．烟气成分采用3012H型烟气分析仪测量,炉膛烟气温度采用D-T系列火焰红外测温仪测量．省煤器A和B侧出口烟道截面测点布置成6×4=24个测点矩阵,SCR反应器首层催化剂入口截面测点布置成6×6=36个测点矩阵．对于测试截面,为直观描述不同工况时还原剂的均布性,采用标准偏差系数进行评价,即式中,Cv为标准偏差系数;xi为第i个测点的还原剂组分体积分数为所有测点还原剂组分体积分数的平均值．3.1 温度场测量与分析图2为锅炉满负荷工况时不同高度位置的温度测试值和模拟计算值的对比曲线.可以看出,模拟计算与实际测试值能较好地吻合,表明炉膛燃烧区域温度最高,23 m处达1 870 K左右,在锅炉转向角区域,因水冷壁和屏式换热器组件辐射换热形成较大的温度梯度,此外炉膛出口O2质量分数和NOx体积分数分别为2.46%和196×10-6,与实际测量值2.51%和219×10-6较吻合．图3为锅炉满负荷工况时炉膛前墙第2层、第3层和第4层SNCR喷枪开孔位置对应测试的温度值．SNCR反应的最佳温度范围为850～1 150 ℃,可以看出,第2层喷枪开孔位置的大部分温度测试值超过SNCR温度窗口区间的上限值,喷入尿素还原剂易被氧化,利用率较低;第3层和第4层喷枪开孔位置的温度符合SNCR温度窗口范围,锅炉机组满负荷时实际投入运行第3层和第4层SNCR喷枪．3.2 转向室出口NOx和NH3分布特点图4(a)给出了氨氮摩尔比为1.12、锅炉负荷300 MW、同时投运第3层和第4层SNCR喷枪,SNCR反应区Y向中线切面NH3组分体积分数分布．可以看出,尿素液滴喷入炉膛后,迅速蒸发，发生热分解和水解反应,生成的NH3与NO混合后快速反应,逃逸氨在出口偏尾部烟道外墙侧分布．由图4(b)、(c)可以看出,在转向室出口截面处NO,NH3分布均布性较差,右侧NO 浓度低,NH3浓度高,而左侧NO浓度高,NH3浓度低.这是因为SNCR喷枪集中在炉膛前墙布置,且压缩空气雾化液滴穿透刚性不足,不能到达更深区域,同时也说明受锅炉内受热面管排影响,烟气组分横向扩散较弱．转向室出口NO体积分数计算值为214×10-6,NH3体积分数为56×10-6．3.3 补氨模拟计算与试验测量对比由SNCR反应区逃逸出的NO和NH3在转向室出口分布均匀性很差,若仅增加炉膛SNCR喷枪尿素喷射量,SNCR脱硝效率提高有限,尿素利用率不高,且转向室出口氨氮比分布均匀性无法进一步改善,造成局部区域氨逃逸量超标．本文选择锅炉转向室侧墙作为补氨喷枪开孔位置，根据转向室侧墙结构特点,将补氨喷射点布置分为a,b,c,d,e共计5种补氨方案,如图5(a)所示．每组补氨方案设置4支喷枪,转向室单侧墙安装2支,并与锅炉中心面对称,每组补氨喷枪均单独计量．尿素溶液在转向室喷入后蒸发、混合与热分解需要一定的时间,不同补氨方案投运时，省煤器A和B侧出口的NH3体积分数分布特性如图5(b)所示．省煤器出口分为A侧和B侧,分别对称布置．沿A侧出口截面Y向依次布置6个等距测孔,各测孔有3种深度,形成18个网格测点．其a,b,c,d,e补氨方案在省煤器A侧出口NH3体积分数标准偏差系数计算值分别为77%,82%,48%,61%,35%,B侧出口标准偏差系数计算值分别为58%,66%,43%,48%,33%,可以看出补氨喷枪越靠近转向角位置,省煤器出口NH3体积分数标准偏差系数越小,说明其氨组分的浓度分布均匀性越好,由此表明e补氨方案为最优化补氨喷射点开孔位置方案．3.4 SCR系统入口烟道内混合优化在SNCR/SCR混合脱硝系统中NH3均匀混合是SCR反应的关键,省煤器出口烟道截面NH3浓度分布差异很大,最佳e补氨方案在省煤器出口的NH3体积分数标准偏差系数达33%左右,烟气通过烟道导流至反应器首层催化剂入口截面(E-E截面)时,在烟道内的扩散和导流板的导流和混合作用下,NH3体积分数标准偏差系数降低至22%．要保证混合脱硝系统中SCR反应达到一定的脱硝效率和氨逃逸达标,需要进一步强化NH3的混合．传统SCR系统氨喷射混合方式主要通过涡流板和管式格栅,SCR入口垂直烟道截面尺寸为9.73 m×2.3 m,5个涡流板横向均匀分布,涡流板直径为1.51 m,与水平面呈顺时针35°布置;管式格栅静态混合器为直径0.2 m的圆管,管间距为0.4 m．计算结果表明，烟气经过静态混合器后,流场的分布均匀性有一定提高,但NH3及NO的浓度均布性变化不明显,涡流混合器方案可使得SCR 反应器首层催化剂入口截面NH3体积分数标准偏差系数降至15%,管式格栅静态混合器方案可使得SCR反应器首层催化剂入口截面NH3体积分数标准偏差系数降至19.5%,但并不满足SCR反应性能要求,因此，需针对省煤器出口烟道截面的NO和NH3分布规律设计新型的混合器结构．本文提出SNCR/SCR混合脱硝系统中一种烟道混合新方法[15],即在SCR入口垂直烟道加装复合X型混合器,结构如图6所示.复合X型混合器包括圆弧形X混合器、直板型X混合器及分隔板,圆弧板中心夹角为55°,分隔板将烟道分割成5个小室,直板X型导流板与水平面夹角为35°．当锅炉满负荷时,投入第3层和第4层SNCR喷枪,转向室侧墙投入e补氨方案喷枪．省煤器A侧的SCR系统入口烟道加装复合X型混合器前后烟气中还原剂NH3的混合效果如图7所示．由图可知，SCR系统入口垂直烟道无混合器NH3均布性最差,混合器能进一步加强烟气的混合作用,复合X型混合器将反应器首层催化剂入口截面 (E-E截面)NH3体积分数标准偏差系数降低至7.4%,提高了烟道内NH3均匀分布,有助于提高SCR脱硝效率和降低SCR反应的氨逃逸量．3.5 机组热态试验及结果锅炉热态运行工况参数如表3所示.表中, Q0为湿基实际氧标态流量,d为烟气湿度,MO为烟气含氧量,t为省煤器出口烟气温度,C0为炉膛出口烟气NOx原始浓度．本试验中SNCR/SCR联合脱硝运行采用的还原剂为尿素,将尿素与除盐水配置成质量浓度为10%的尿素溶液,各个工况热态试验的脱硝结果见表4．表中,NOx为标态、干基、含氧量为6%时折算成NO2的质量浓度． C1为反应器入口NOx浓度;C2为反应器出口NOx浓度;η1=(C1/C0)×100%;η2=(C2/C1)×100%;η3=(C2/C0)×100%;R1为单独SNCR反应时喷入NH3与烟气中原始NOx摩尔比,R2为补氨与反应器入口NOx摩尔比,PNH3为反应器出口氨逃逸量．由表4可以看出,随着喷入炉膛尿素量的增加,SNCR脱硝效率随之增大,补氨量相对随之减少,反应器出口NOx排放质量浓度小于100 mg/m3,且反应器出口氨逃逸量均小于3×10-6,系统中NH3的混合均匀性和催化剂活性保证了多工况下均能满足运行和设计要求．以工况4为例,对SCR反应器进口和出口的NO和NH3进行测量,测点均设置5个,间隔距离1.5 m．当补氨喷枪未投运后,SCR入口NOx质量浓度和NH3体积分数测试值分别为292 mg/m3和25×10-6,补氨喷枪投运时,SCR入口NOx浓度和NH3体积分数平均值分别为289 mg/m3和112×10-6,SCR出口测量的NOx质量浓度和NH3体积分数平均值分别为63 mg/m3和2.2×10-6,SNCR脱硝效率接近35%,SCR脱硝效率接近78.4%,SNCR/SCR混合脱硝总效率接近85.96%,NOx排放质量浓度满足低于100 mg/m3的要求．1) SNCR反应后,转向室出口NO和NH3浓度分布呈现极不均匀分布和氨逃逸量不足,转向室右侧NO浓度低,NH3浓度高,而转向室左侧NO浓度高,NH3浓度低,计算结果与试验测量数据吻合较好．2) 转向室侧墙补氨喷枪越靠近转向角位置,越有利于提升SCR入口烟道内NH3均匀分布,e补氨方案获得的省煤器A和B侧出口烟道截面NH3体积分数标准偏差系数最优,但E-E截面NH3体积分数标准偏差系数仍达22%,本文提出复合X型混合器强化均混措施,能进一步加强烟气的混合作用,首层催化剂入口E-E截面还原剂体积分数标准偏差系数降低至7.4%,有助于提升SCR脱硝效率和降低SCR反应的氨逃逸量．3) 参照数值计算,对锅炉SNCR/SCR混合脱硝改造后热态测试结果表明:随着喷入炉膛的尿素量增加,SNCR脱硝效率随之增大,补氨量相对随之减少,当R1为1.120,R2为0.720时,SNCR脱硝效率为35%,SCR脱硝效率为78.4%,而SNCR/SCR混合脱硝效率为85.96%,脱硝效果良好．【相关文献】[1]王智化, 吕钰, 何沛, 等. 410 t/h燃煤锅炉选择性非催化还原气液混合特性的数值研究[J]. 中国电机工程学报, 2009, 29(20):60-65.Wang Zhihua, Lü Yu, He Pei, et al. 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某脱硝系统的CFD模拟设计

果对导流板和烟道等进行调整，最终获得了较为满意的结构。
关键词：选择性催化还原；烟气脱硝；数值模拟
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—８５５４．２０１５．０６．００４０引言
程。其通用形式为：
Ｈ２Ｏ
Ｖｏ１％
７．９Ｏ
９．２３
根据以上烟气参数设置流场模拟边界条件。式中，第一项为瞬变项或时间项，第二项为对流项，第三项３烟道优化布置ＳＣＲ反应器的数值模拟
为扩散项，，为对应于变量妒的扩散系数，末项Ｓ。为函数
表１通用方程的对应关系
妒，Ｓ
工况一：采用迷宫式氨／烟气混合器，无ＳＣＲ反应，燃用设
计煤种，１００％ＢＭＣＲ省煤器出口烟气温度３８５￣Ｃ，其中转向室为三棱柱形状，第一层催化剂为备用层，第二层和第三层催化
入口烟气温度偏差＜±１０％（相对于催化剂设计温度）
研究表明，氨和烟气在进入ＳＣＲ反应器前进行混合，如果混合得不充分，ＮＯｘ和氨不能充分反应，ＮＯｘ脱除率会有所降低，并且会增加氨的逃逸量，催化剂活性降低。因此，脱硝反应物必须被雾化并与烟气尽量混合，以确保与ＮＯｘ有足够的接触… 。采用合理的喷嘴格栅，并为氨和烟气提供足够长的混合烟道，是使氨与烟气均匀混合的有效措施，并能够使得ＮＯｘ脱除率、氨逃逸量和催化剂寿命得到保证。本文利用ＦＬＵＥＮＴ数

数值计算在SCR脱硝工程中的应用

数值计算在SCR脱硝工程中的应用数值计算（CFD）是近代流体力学、数值数学和计算机科学结合的产物。

数值计算对SCR脱硝工程设计具有重要的指导意义，通过建立模型并进行仿真，分析系统内流场、温度场和颗粒场，调节系统内导流板使其满足工程设计，保证脱硝系统稳定达标运行。

标签：脱硝催化剂层流场多孔介质1 概述数值计算（CFD）是近代流体力学、数值数学和计算机科学结合的产物，是一门具有强大生命力的边缘科学。

它以电子计算机为工具，应用各种离散化的数学方法，对流体力学的各类问题进行数值实验、计算机模拟和分析研究，解决各种实际问题。

选择性催化还原法烟气脱硝技术（Selective Catalytic Reduction，SCR）是指在一定温度和催化剂的作用下，“有选择性”地与烟气中的NOx反应并生成无毒无污染的N2和H2O。

还原剂可以是碳氢化物（如甲烷、丙烯）、NH3、尿素等。

数值计算技术是根据国内某电厂SCR脱硝初步设计文件，建立几何模型和数学模型，仿真分析装置内的烟气和飞灰颗粒物的运动行为，对装置进行设计指导，保证烟气的分布均匀性等，进而提高脱硝系统的脱除效率和运行稳定性。

2 数值计算及结果分析2.1数学模型在数值模拟试验过程中，数学模型的选取对计算结果起着至关重要的作用。

大型电站锅炉中选择性催化还原（SCR）烟气脱硝过程是十分复杂的，它涉及到烟气、飞灰颗粒及还原剂的气相湍流流动、气固两相流动、传热传质及流动混合等过程。

2.1.1 气相湍流模型式中—气相速度，m/s;—颗粒速度，m/s;—流体动力粘度，Pa·s;—气体密度，kg/m3;—颗粒密度，kg/m3;—颗粒直径，m;—颗粒单位质量曳力;Fi—附加质量力。

2.1.4 其他计算还采用了气体状态方程、组分输运方程等。

2.2网格划分及边界条件网格是CFD模型的几何表达形式，也是模拟和分析的载体。

网格质量对CFD 计算精度和计算效率有重要的影响。

SCR装置利用前处理器三维建模，采用四面体和六面体网格的分区法对三维模型进行网格划分，对相关位置的网格加密。

CFD在燃煤电厂SCR脱硝系统设计中的应用_高艳宏

85CFD 在燃煤电厂SCR 脱硝系统设计中的应用高艳宏1,2,刘清才2,边凌涛31.重庆科技学院冶金与材料工程学院,重庆 4000162.重庆大学材料科学与工程学院,重庆 4000303.重庆恒泰工程造价咨询有限公司,重庆 400020SCR 技术因具有占地面积小、脱硝效率高、技术成熟等优点而被火电厂广泛应用。

计算流体力学(CFD)是基于数学方法建立单相或多相流动基本控制方程,利用数值方法对其进行求解。

因此,采用CFD 软件计算SCR 脱硝反应器流场、温度分布、氨分布以及氨液滴蒸发和灰颗粒分布等复杂问题,将有助于设计更为合理的烟气脱硝系统。

国外烟气选择性催化还原NO x 技术已经成熟。

Ji n M an Cho 等用CFD 软件对运行的脱硝装置中还原剂的喷入和分布加以改进。

Fe li x B irkho ld 等通过采用快速混合模型和扩散限制模型对水从单滴尿素水溶液的蒸发进行了试验研究,确定了尿素分解的动力学参数,预测脱硝效果和还原剂分布。

M c Der m o tt Techno logy ,I nc .(MT I)和Babcock &W ilcox Co m pany (B &W )对台湾的550MW Ta ichung 5~8号SCR 进行了全尺寸和1/10尺寸数值模拟,并将模拟结果与比原型缩小10倍建立的冷态模型(由NELS I nc .建立)所取得的数据进行对比。

验证结果显示:CFD 1B 10尺寸模拟结果与物理流动模型模拟结果,及CFD 全尺寸模拟结果与全尺寸物理流动模型压降模拟结十分吻合,见图1和图2。

图1 CF D与物理模型的全尺寸模拟对比图2 CFD 与物理模型的1B 10尺寸模拟K.J .Rogers 等进行了SCR 反应器的设计,SCR 反应器被分成49个独立区,每个区的入口条件由该区的数值模拟或物理模型模拟结果确定。

此外,H o Jeong Chae 等人直接采用填充床流动反应器模拟蜂窝状V 2O 5)W O 3)T i O 2催化剂催化反应。

660 MW燃煤电厂SNCR脱硝数值模拟

SHANGHAI ENERGY CONSERVATION660MW燃煤电厂SNCR脱硝数值模拟程智海时光辉赵玉伟刘海龙上海电力大学能源与机械工程学院摘要：研究选择性非催化还原脱硝法(SNCR)在大型燃煤电厂运行的影响因素，使用计算流体力学软件CFD模拟炉内喷入以尿素为还原剂的脱硝过程。

模拟结果发现锅炉处于满负荷运行时，炉膛顶部满足SCNR脱硝温度窗口的高度为57m以上，因此使用三区、五区、六区的尿素溶液喷枪。

随着氨氮比的增力口，脱硝率从25.9%增大到32.2%的同时，烟道出口氨气泄漏量从5pmol/mol增加到46pmol/mol。

在氨氮比为1.5时有最理想的脱硝效果，脱硝率为28.3%,烟道出口氨气泄漏量为11.2pmol/molo关键词：选择性非催化还原；数值模拟；尿素溶液；烟气脱硝DOI:10.13770/j.c n ki.iss n2095-705x.2020.05.019Numerical Simulation of SNCR Denitration in660MW Coal-Fired Power PlantCHENG Zhihai,SHI Guanghui,ZHAO Yuwei,LIU HailongShanghai University of Electric Power College of Energy and Mechanical EngineeringAbstract:Study on influencing factors of selective non-catalytic reduction denitration(SNCR)operation in large coal-fired power plants,using the CFD to simulate the denitration process with urea as the reducing agent sprayed into the furnace。

大型电站锅炉SNCR-SCR脱硝工艺试验研究、数值模拟及工程验证共3篇

大型电站锅炉SNCR-SCR脱硝工艺试验研究、数值模拟及工程验证共3篇大型电站锅炉SNCR/SCR脱硝工艺试验研究、数值模拟及工程验证1大型电站锅炉SNCR/SCR脱硝工艺试验研究、数值模拟及工程验证随着生产和生活水平的不断提高，人们对能源的需求也越来越大。

燃煤发电是我国传统的发电方式，但同时也带来了环境污染问题，其中主要的污染物包括二氧化硫、氮氧化物等。

因此，控制燃煤电站的排放成为了当前行业发展的重要课题，其中SNCR/SCR脱硝工艺是一种较为成熟的尾气处理技术。

SNCR和SCR为氮氧化物脱除技术，分别代表选择性非催化还原和选择性催化还原。

其原理是在锅炉燃烧过程中，注入还原剂尿素或氨水，在高温下与氮氧化物反应，将其转化为氮气和水。

其中，SNCR是利用非催化反应脱除氮氧化物，SCR是利用催化剂加速反应进行脱除。

两种技术的优劣需要根据锅炉的实际情况进行评估，如锅炉工况、锅炉布置、还原剂品质等。

在工程实践中，需要通过试验研究、数值模拟和工程验证三个环节进行工艺优化和控制效果评估。

试验研究是基础环节，其主要内容包括还原剂选取、喷射位置等工艺参数的优化，以及对脱硝效率和还原剂使用量等指标进行测试和分析。

数值模拟可以借助计算流体动力学软件等工具，模拟不同工艺参数下的脱硝效果，为工程实践提供参数指导。

工程验证是环节最后一步，需要在实际的燃煤电站中进行全面验证，判断脱硝效果是否符合预期，是否需要进一步调整优化工艺。

除了上述基础环节外，还需要针对不同燃煤电站进行针对性的工艺设计和优化。

例如，在超临界机组中尿素SNCR工艺的优化可以选取高温喷射的方法，在低负荷运行时加大还原剂的用量，以达到脱硝效果最优化的目标。

此外，锅炉的水分和燃烧变量对SNCR和SCR的效果都有较大影响，需要在工程中进行精细的调整。

总之，大型电站锅炉SNCR/SCR脱硝工艺的试验研究、数值模拟和工程验证是控制燃煤电站排放的重要手段。

需要结合锅炉实际情况，全面考虑锅炉工况、锅炉布置、还原剂品质等因素，进行工艺设计和优化，以达到最佳控制效果燃煤电站是大气污染的主要来源之一，SNCR/SCR脱硝工艺是有效的降低氮氧化物排放的手段。

SCR脱硝技术在燃气机组的应用

SCR脱硝技术在燃气机组的应用赵珍瑶(上海迪夫格环境科技有限公司上海201100)「丿摘要：随着我们能源的逐渐转型，天然气产量餉增\大，以天然气为燃料的产业链增多，也带动着燃气轮机的发展。

为了响应国家环保政策，燃气轮机烟气NO*的排放越来越严苛。

相对于燃煤机组，燃气轮机烟气中NO*初始浓度较低，空间结构更加紧凑，要求系统阻力更低。

因此传统SCR脱硝无法直接应用。

但为了保证NO*能稳定达标排放，SCR脱霸才是最有效的解决方式。

SCR脱硝为了能更好的适应燃气轮机机组上，则对催化剂提出了更好的标准和要求，需要活性更高，比表面积大，占地更小的催化剂。

、关键词：催化剂；SCR脱硝；燃气轮机厂1国内燃气轮机的发展现状国家号召企业节能减排，国家鼓励发展新型发电机组，如风电、核电、燃气机组等。

随着我国以天然气为能源的产业链增多，为燃气轮机的应用和发展提供了有利条件。

根据国家发改委规划，到2020年,我国燃气轮机装机容量达到5500万千瓦。

燃气轮机燃料为天然气，主要污染物是NO*,随着国家对NO*排放标准的提高，燃气轮机脱硝装置的升级改造是必然趋势。

目前以天然气为燃料的机组污染物排放按照《火电厂大气污染物排放标准>GB13223~20U,即以天然气为燃料的燃机电厂在基准含氧量15%条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度不高于5、35、50mg/Nm3。

2018年东莞市发出了”东莞市人民政府关于印发《东莞市蓝天保卫战行动方案》的通知”(东府[2018]56号)，要求燃气发电机组烟气处理设施升级改造，在基准氧含量15%条件下，燃气发电机组氮氧化物排放浓度控制在30mg/Nm，以下。

因此重点地区N0*排放标准要求更高。

燃气辂机烟气脱硝的工程建设有利于提高企业社会形象，对促进地区的社会稳定和经济发展起到积极作用，是落实国家节能减排政策，建设节约型社会，实施可持续发展战略的需要。

2燃气轮机主要技术特点及脱硝方式燃气轮机烟气NO*控制技术路线分为两大类，即燃烧中控制技术和燃烧后控制技术。