1SCR脱硝流场仿真优化技术
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气固两相流流场深度优化技术 ·堵灰及磨损
脱硝流场仿真 优化技术
高效低阻的大范围混合技术 ·NOx偏差大
喷氨优化调整技术
·氨逃逸高
×常规的流场设计为单相流模拟，未考虑灰浓度分布，千篇一律的设计 × SCR出口NOx分布不均匀，氨氮掺混效果差，未对喷氨格栅进行调节 √彻底的速度场优化 √灰浓度场√大范围氨氮掺混√ 出口氨氮均匀分布
整流格栅磨损
现阶段流场仿真优化目标：
·验证脱硝进口流场分布 ·查找催化剂磨损原因 ·保证烟尘浓度及大粒径烟尘的均匀 ·缓解催化剂局部磨损 ·提高烟气流场、氨氮掺混的均匀性
仿真优化在SCR脱硝系统中的应用
某300MW机组烟气脱硝改造工程
仿真优化计算及物理模型试验 工程周期：2~3周
确定流场优化配置 工程周期：1周
脱硝流场优化技术
主讲人：孙英浩
脱硝流场仿真优化技术
（一）SCR脱硝系统存在的问题 （二）SCR脱硝系统的流场优化 （三）SCR脱硝系统的喷氨优化调整
SCR脱硝系统存在的问题
空预器堵塞（保定） 整流格栅磨损（马头）
喷氨格栅积灰
催化剂磨损（马头）
仿真优化在SCR脱硝系统中的应用 ·解决超低排放下，SCR氨逃逸高、空预器堵塞、积灰、催化剂磨损等问题
Dennis R等人研究了流场、氨氮比、温度等参数不均匀性对SCR催化剂寿命的影响
87.50
2
4
6
8
10
12
14
16
Cv,%
Rogers K等人研究了流场、氨氮比、温度等参数不均匀性对SCR技术脱硝效率的直接影响
（二）喷氨格栅优化调整试验
1. 喷氨格栅及分区理念
喷氨格栅管路图 喷氨格栅分区图（烟道俯视）
喷氨格栅三维图
喷氨分区的对应关系19291828
29 19 28 18
12
22
11
21
两层喷氨口
22 12 21 11
催化剂上方截面
（二）喷氨格栅优化调整试验
2. 现场试验仪器及测量方法
自动烟尘（气）测试仪 烟气采集与分析系统
优胜抽取式氨逃逸分析仪
便携式烟气分析仪
热电偶
氨逃逸采样
在烟气流量的测试上，我们使用3012H型自动烟尘（气）测试仪，采用网格布点法在SCR反应器 出、入口烟道测量，根据测量结果计算出动压、静压、烟气流量、烟气流速等参数。（评价流场、判 断故障）
仿真优化在SCR脱硝系统中的应用
某300MW机组烟气脱硝改造工程
项目背景： ·河北某300MW机组烟气脱硝反应器入
口整流格栅局部磨损严重，磨损面积占总 面积约70%，磨损高度达到了100mm。
·脱硝催化剂迎烟气侧局部磨损严重， 主要集中于催化剂层中心区域，个别催化 剂单片磨损已接近一半。
·脱硝效率降低和局部氨逃逸增高， 导致空预器硫酸氢铵堵塞，影响锅炉安全 稳定运行。
1. 对流场、氨氮比的要求
数值模拟&物模试验-催化剂入口 流速相对标准偏差系数Cv≤15% 烟气速度方向偏角应不大于15° 氨氮摩尔比相对标准偏差系数Cv≤5% 烟温绝对偏差≤10℃
GB/T 21509-2008 燃煤烟气脱硝技术装备
DL/T 296-2011 火电厂烟气脱硝技术导则
JB/T 12131-2015 燃煤烟气净化SCR脱 硝流场模拟试验技术规范
优化前
优化后
仿真优化在SCR脱硝系统中的应用
某300MW机组烟气脱硝改造工程
优化前
烟尘运动轨迹情况：
烟尘运动轨迹
优化后
·上图显示了粒径范围在700μm-1000μm的烟尘运动轨迹，安装静态混合器
后，大粒径烟尘竖直烟道中得到强烈的掺混，整个反应器截面大粒径烟尘分
布变得均匀。
（一）氨氮分布的不均匀性对脱硝系统的影响
（一）氨氮分布的不均匀性对脱硝系统的影响
2. 不均匀性对催化剂寿命和脱硝效率的影响
1.3
90.5
催化剂相对预计寿命 脱硝效率，%
1.2
90.0
流场
1.1
氨氮比
89.5
温度
速度
1.0
89.0
温度
0.9
88.5
入口NOx浓度=300ppm
氨逃逸率=2ppm
0.8
88.0
摩尔比
0.7
-50%
0%
50%
不均匀度
进行现场改造 工程周期：2-3周
仿真优化在SCR脱硝系统中的应用
某300MW机组烟气脱硝改造工程
烟气流速
优化前
该工程脱硝流场改造目标：
·烟尘浓度分布均匀性大幅度改善
·烟尘浓度Cv降低20%以上 ·反应器入口截面大粒径烟尘分布均匀
·确保烟气流速Cv值在15%以下 ·满足系统阻力要求
·缓解催化剂局部磨损
仿真优化在SCR脱硝系统中的应用
某300MW机组烟气脱硝改造工程
烟尘浓度
烟尘浓度场情况：
·安装静态混合器后，竖直烟道中烟尘在静态混合器之 间以及混合器与远锅炉侧烟道壁之间的通道内形成了烟 尘富集的现象。与此同时，静态混合器的背风面出现了 大范围的低烟尘浓度区。由于静态混合器的作用，在竖 直烟道内产生连续的涡街，随着涡街的逐渐耗散，烟尘 浓度逐渐变得均匀。通过SCR脱硝入口流场优化改造，最 终催化剂上方截面烟尘浓度不均匀度由87.12%降低到 69.19%。
关于NO与O2浓度分布的测试，烟气采集与分析系统如图所示，在SCR反应器的进口和出口烟道 截面，利用网格法进行烟气取样，烟气经不锈钢管引出至烟道外，再经过除尘、除湿、冷却等处理后， 最后接入MRU OPTIMA7型烟气分析仪分析烟气中的NO与O2含量，可获得烟道截面的NOx浓度分布（干基、 标态、6%O2）。 （评价入口NOx均匀性、校对仪表）
优化后
流场情况： ·原方案常规导流板时，水平烟道内的气流发生 偏斜，高速气流贴附于烟道下壁面流动，上壁面 烟气不能再继续沿壁面流动，上壁面附近出现回 流区，水平烟道出现二次流动。通过省煤器出口 水平烟道内两组烟气/尘抬升板的装设，烟道内气 流的死区旋涡现象得到改善，最终催化剂上方截 面流场不均匀度由8.42%增加到9.09%。
（非）均匀边界条件、烟尘粒径、烟尘浓度 ·现场实测的边界条件、烟尘浓度测试、烟尘粒径检测
网格模型
计算模型
模型实现： √CAD(SolidWorks)→Gambit（Icem） →AnsysFluent14.5（18.1） √网格总数：897万 √处理器：Xeon CPU E5 265GB √计算时间：单核计算6-7小时/工况
仿真优化在SCR脱硝系统中的应用
·模型建立
脱硝流场仿真 优化技术
Realizable k-ε、dpm、species transport、energy ·湍流流动、烟尘运动、组分传输、能量方程 反应器及进出口连接烟道、催化剂层、喷氨格栅等 ·尺寸比例1:1、计算区域省煤器出口至空预器入口
实际设备
几何模型
脱硝流场仿真 优化技术
高效低阻的大范围混合技术 ·NOx偏差大
喷氨优化调整技术
·氨逃逸高
×常规的流场设计为单相流模拟，未考虑灰浓度分布，千篇一律的设计 × SCR出口NOx分布不均匀，氨氮掺混效果差，未对喷氨格栅进行调节 √彻底的速度场优化 √灰浓度场√大范围氨氮掺混√ 出口氨氮均匀分布
整流格栅磨损
现阶段流场仿真优化目标：
·验证脱硝进口流场分布 ·查找催化剂磨损原因 ·保证烟尘浓度及大粒径烟尘的均匀 ·缓解催化剂局部磨损 ·提高烟气流场、氨氮掺混的均匀性
仿真优化在SCR脱硝系统中的应用
某300MW机组烟气脱硝改造工程
仿真优化计算及物理模型试验 工程周期：2~3周
确定流场优化配置 工程周期：1周
脱硝流场优化技术
主讲人：孙英浩
脱硝流场仿真优化技术
（一）SCR脱硝系统存在的问题 （二）SCR脱硝系统的流场优化 （三）SCR脱硝系统的喷氨优化调整
SCR脱硝系统存在的问题
空预器堵塞（保定） 整流格栅磨损（马头）
喷氨格栅积灰
催化剂磨损（马头）
仿真优化在SCR脱硝系统中的应用 ·解决超低排放下，SCR氨逃逸高、空预器堵塞、积灰、催化剂磨损等问题
Dennis R等人研究了流场、氨氮比、温度等参数不均匀性对SCR催化剂寿命的影响
87.50
2
4
6
8
10
12
14
16
Cv,%
Rogers K等人研究了流场、氨氮比、温度等参数不均匀性对SCR技术脱硝效率的直接影响
（二）喷氨格栅优化调整试验
1. 喷氨格栅及分区理念
喷氨格栅管路图 喷氨格栅分区图（烟道俯视）
喷氨格栅三维图
喷氨分区的对应关系19291828
29 19 28 18
12
22
11
21
两层喷氨口
22 12 21 11
催化剂上方截面
（二）喷氨格栅优化调整试验
2. 现场试验仪器及测量方法
自动烟尘（气）测试仪 烟气采集与分析系统
优胜抽取式氨逃逸分析仪
便携式烟气分析仪
热电偶
氨逃逸采样
在烟气流量的测试上，我们使用3012H型自动烟尘（气）测试仪，采用网格布点法在SCR反应器 出、入口烟道测量，根据测量结果计算出动压、静压、烟气流量、烟气流速等参数。（评价流场、判 断故障）
仿真优化在SCR脱硝系统中的应用
某300MW机组烟气脱硝改造工程
项目背景： ·河北某300MW机组烟气脱硝反应器入
口整流格栅局部磨损严重，磨损面积占总 面积约70%，磨损高度达到了100mm。
·脱硝催化剂迎烟气侧局部磨损严重， 主要集中于催化剂层中心区域，个别催化 剂单片磨损已接近一半。
·脱硝效率降低和局部氨逃逸增高， 导致空预器硫酸氢铵堵塞，影响锅炉安全 稳定运行。
1. 对流场、氨氮比的要求
数值模拟&物模试验-催化剂入口 流速相对标准偏差系数Cv≤15% 烟气速度方向偏角应不大于15° 氨氮摩尔比相对标准偏差系数Cv≤5% 烟温绝对偏差≤10℃
GB/T 21509-2008 燃煤烟气脱硝技术装备
DL/T 296-2011 火电厂烟气脱硝技术导则
JB/T 12131-2015 燃煤烟气净化SCR脱 硝流场模拟试验技术规范
优化前
优化后
仿真优化在SCR脱硝系统中的应用
某300MW机组烟气脱硝改造工程
优化前
烟尘运动轨迹情况：
烟尘运动轨迹
优化后
·上图显示了粒径范围在700μm-1000μm的烟尘运动轨迹，安装静态混合器
后，大粒径烟尘竖直烟道中得到强烈的掺混，整个反应器截面大粒径烟尘分
布变得均匀。
（一）氨氮分布的不均匀性对脱硝系统的影响
（一）氨氮分布的不均匀性对脱硝系统的影响
2. 不均匀性对催化剂寿命和脱硝效率的影响
1.3
90.5
催化剂相对预计寿命 脱硝效率，%
1.2
90.0
流场
1.1
氨氮比
89.5
温度
速度
1.0
89.0
温度
0.9
88.5
入口NOx浓度=300ppm
氨逃逸率=2ppm
0.8
88.0
摩尔比
0.7
-50%
0%
50%
不均匀度
进行现场改造 工程周期：2-3周
仿真优化在SCR脱硝系统中的应用
某300MW机组烟气脱硝改造工程
烟气流速
优化前
该工程脱硝流场改造目标：
·烟尘浓度分布均匀性大幅度改善
·烟尘浓度Cv降低20%以上 ·反应器入口截面大粒径烟尘分布均匀
·确保烟气流速Cv值在15%以下 ·满足系统阻力要求
·缓解催化剂局部磨损
仿真优化在SCR脱硝系统中的应用
某300MW机组烟气脱硝改造工程
烟尘浓度
烟尘浓度场情况：
·安装静态混合器后，竖直烟道中烟尘在静态混合器之 间以及混合器与远锅炉侧烟道壁之间的通道内形成了烟 尘富集的现象。与此同时，静态混合器的背风面出现了 大范围的低烟尘浓度区。由于静态混合器的作用，在竖 直烟道内产生连续的涡街，随着涡街的逐渐耗散，烟尘 浓度逐渐变得均匀。通过SCR脱硝入口流场优化改造，最 终催化剂上方截面烟尘浓度不均匀度由87.12%降低到 69.19%。
关于NO与O2浓度分布的测试，烟气采集与分析系统如图所示，在SCR反应器的进口和出口烟道 截面，利用网格法进行烟气取样，烟气经不锈钢管引出至烟道外，再经过除尘、除湿、冷却等处理后， 最后接入MRU OPTIMA7型烟气分析仪分析烟气中的NO与O2含量，可获得烟道截面的NOx浓度分布（干基、 标态、6%O2）。 （评价入口NOx均匀性、校对仪表）
优化后
流场情况： ·原方案常规导流板时，水平烟道内的气流发生 偏斜，高速气流贴附于烟道下壁面流动，上壁面 烟气不能再继续沿壁面流动，上壁面附近出现回 流区，水平烟道出现二次流动。通过省煤器出口 水平烟道内两组烟气/尘抬升板的装设，烟道内气 流的死区旋涡现象得到改善，最终催化剂上方截 面流场不均匀度由8.42%增加到9.09%。
（非）均匀边界条件、烟尘粒径、烟尘浓度 ·现场实测的边界条件、烟尘浓度测试、烟尘粒径检测
网格模型
计算模型
模型实现： √CAD(SolidWorks)→Gambit（Icem） →AnsysFluent14.5（18.1） √网格总数：897万 √处理器：Xeon CPU E5 265GB √计算时间：单核计算6-7小时/工况
仿真优化在SCR脱硝系统中的应用
·模型建立
脱硝流场仿真 优化技术
Realizable k-ε、dpm、species transport、energy ·湍流流动、烟尘运动、组分传输、能量方程 反应器及进出口连接烟道、催化剂层、喷氨格栅等 ·尺寸比例1:1、计算区域省煤器出口至空预器入口
实际设备
几何模型