燃煤电厂锅炉脱硝SCR系统导流板的FLUENT仿真模拟及实际应用

续发展，我国许多地区提出了大气污染物超低排放 的标准：氮氧化物排放量低于 ５０ｍｇ／ｍ３。目前脱硝 工艺主要 有 两 种：选 择 性 非 催 化 还 原 技 术 （ＳＮＣＲ） 和选择性催化剂还原法（ＳＣＲ）。ＳＮＣＲ受锅炉结构 尺寸影响很大，一般作为低氮燃烧技术的补充处理 手段。ＳＣＲ脱硝效率高，价格相对低廉，广泛应用在
脱硝装置实际运行中，由于烟道内弯道处烟气 流场、速度场不均匀，往往出现催化剂反应不完全的 现象，导 致 脱 硝 效 率 下 降，为 了 保 证 脱 硝 效 率，在 ＳＣＲ反应器入口前的烟道中设置导流板，从而使进 入 ＳＣＲ反应器的烟气更加均匀，导流板一般设计为 弧线形 。 ［１－２］
随着计算流体力学（ＣＦＤ）的不断发展进步，计 算机可以对换热、流场、化学反应等过程进行分析模 拟。本文利用流体力学软件 ＦＬＵＥＮＴ，对 ＳＣＲ脱硝 装置建立 模 型，模 拟 仿 真 出 了 设 置 导 流 板 的 脱 硝 ＳＣＲ装置内烟气的温度、压力、速度、氮氧化物的分 布规律，通过具体的模拟分析，证明了导流板存在的 必要性，对提高脱硝效率是有一定益处的，导流板设 置对实际锅炉脱硝工程有参考价值。通过具体的燃 煤火电机组脱硝试验数据，说明了装设导流板是满 足超低排放、提高脱硝效率的有效方法 。 ［３－４］
２０１９年第 １期
环 保 科 技
Ｖｏｌ．２５ Ｎｏ．１
燃煤电厂锅炉脱硝 ＳＣＲ系统导流板的 ＦＬＵＥＮＴ仿真模拟及实际应用
李晓敏１ 王立军２ 王 河２ 孙志国２
（１．山西大同大学，山西 大同 ０３７００３；２．国电电力大同发电有限责任公司，山西 大同 ０３７０４３）
摘 要：采用流体软件研究脱硝 ＳＣＲ系统装置内烟气流体分布运行情况。建立数学模型及边界 条件，得出了 ＳＣＲ导流板工况下的速度云图、压力云图和 ＮＯｘ质量云图，通过计算，表明导流板能 够优化弯道处的烟气流场分布，使脱硝化学反应充分发生，提高氮氧化物的脱除效率。燃煤锅炉 火电机组脱硝试验数据表明，设置导流板后的脱硝 ＳＣＲ系统能够满足环保超低排放的要求，是脱 硝系统优化的重要内容。 关键词：脱硝系统；仿真模拟；导流板；氮氧化物；超低排放 中图分类号：Ｘ５１ 文献标志码：Ａ
１ ＳＣＲ脱硝系统原理及结构［５－７］
１．１ 基本原理 ＳＣＲ利用氨气（ＮＨ３）对 ＮＯｘ的还原功能，在 ３２０
～４００℃的温度下，氨气与烟气中的 ＮＯｘ在催化剂层 发生反应。主要化学反应ＮＯ２ ＋２Ｏ２ ＝３Ｎ２ ＋６Ｈ２Ｏ ４ＮＨ３ ＋６ＮＯ＝５Ｎ２ ＋６Ｈ２Ｏ ８ＮＨ３ ＋６ＮＯ２ ＝７Ｎ２ ＋１２Ｈ２Ｏ １．２ 组成结构 ＳＣＲ系统的三维结构如图 １所示，主要由烟道、 喷氨格栅、反应器、催化剂层组成。催化剂一般 ３
燃煤火电机组氮氧化物（ＮＯｘ）排放量所占的比 重很高，能达到 ３５％ ～４０％左右，是主要污染物来 源之 一。 根 据 《火 电 厂 大 气 污 染 物 排 放 标 准 》 （ＧＢ１３２２３－２０１１），燃煤锅炉 ＮＯｘ排放限值为 ２００ ｍｇ／ｍ３，重点区域执行 １００ｍｇ／ｍ３ 的标准。最近两 三年左右，为了更好地使自然环境和社会经济可持
收稿日期：２０１８－０９－２６；２０１８－１２－２８修回 作者简介：李晓敏（１９８３－），女，硕士研究生，讲师，主要从事锅炉、供热、供燃气、暖通空调、热能工程方向的科研与教学工作。Ｅ－ｍａｉｌ： ｗａｎｇｌｉｊｕｎ１９８１１２２２＠１６３．ｃｏｍ
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２０１９年第 １期
环 保 科 技
国内外工程中，成为当前燃煤火电机组烟气脱硝的 主流技术。
ＦＬＵＥＮＴｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｄｅｆｌｅｃｔｏｒ ｂａｆｆｌｅｏｆＳＣＲｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒｂｏｉｌｅｒｓｉｎｃｏａｌ－ｆｉｒｅｄｔｈｅｒｍａｌｐｏｗｅｒｐｌａｎｔ
ＬｉＸｉａｏｍｉｎ１，ＷａｎｇＬｉｊｕｎ２，ＷａｎｇＨｅ２，ＳｕｎＺｈｉｇｕｏ２
（１．ＳｈａｎｘｉＤａｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｔｏｎｇ０３７００３，Ｃｈｉｎａ； ２．ＧＤＰｏｗｅｒＤａｔｏｎｇＰｏｗｅｒＧｅｎｅｒａｔｉｏｎＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｄａｔｏｎｇ０３７０４３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＦｌｕｉｄｓｏｆｔｗａｒｅｗａｓｕｓｅｄｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｓｍｏｋｅｆｌｕｉｄｉｎｔｈｅＳＣＲ（ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｃａｔａｌｙｓｔｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌａｎｄｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｗｅｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ａｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｖｅｌｏｃｉｔｙｃｏｎｔｏｕｒｓｎｅｐｈｏｇｒａｍａｎｄＮＯｘｑｕａｌｉｔｙｉｍａｇｅｓｏｆｔｈｅＳＣＲｇｕｉｄｅｐｌａｔｅｕｎｄｅｒｔｈｅｏｐｅｒ ａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｗｅｒｅａｌｓｏｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｇｕｉｄｅｐｌａｔｅｓｃｏｕｌｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｒｅ ｍｏｖａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎｏｘｉｄｅｓｔｈｒｏｕｇｈｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｔｈｅｆｌｕｅｇａｓｆｌｏｗｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｔｃｕｒｖｅｄｃｏｎｄｕｉｔ， ｗｈｅｒｅａｓｔｈｅｄｅｎｉｔｒａｔｉｏｎｒｅａｃｔｉｏｎｃａｎｂｅｍｏｒｅｅｆｆｉｃｉｅｎｔ．Ｔｈｅｔｅｓｔｄａｔａｏｆｔｈｅｃｏａｌ－ｆｉｒｅｄｂｏｉｌｅｒｏｆｔｈｅｒ ｍａｌｐｏｗｅｒｕｎｉｔｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅＳＣＲｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｔｈｅｄｅｆｌｅｃｔｏｒｃａｎｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｕｌｔｒａ－ｌｏｗ ｅｍｉｓｓｉｏｎａｎｄｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙｂｅｃｏｍｅａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｆｏｒｄｅｎｉｔｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｅｎｏｔａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｄｅｆｌｅｃｔｏｒｂａｆｆｌｅ；ｎｉｔｒｏｇｅｎｏｘｉｄｅｓ；ｕｌｔｒａ－ｌｏｗｅｍｉｓｓｉｏｎ