1、SCR脱硝流场仿真优化技术

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
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
烟气流速
·缓解催化剂局部磨损
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
整流格栅磨损
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。
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
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
优化前
优化后
面流场不均匀度由8.42%增加到9.09%。
反应器出口、脱硫出口NOx浓度变化曲线
A/B侧、脱硫出口NOx值分别为43.7mg/m3、47.1mg/m3 脱硫出口NOx值为43.3mg/m3 ·A/B侧反应器出口NOx值与脱硫出口相差约20mg/Nm3 A/B侧供氨量分别为137.8Nm3/h、135.4Nm3/h
·A/B侧反应器出口NOx值Cv值分别为73.45%、31.72%
（三）喷氨格栅优化调整试验过程中的几点心得
1. 试验过程中的心得体会 1.流场变化对喷氨格栅优化调整试验的影响
600MW A侧流场Cv为16.1%， B侧流场Cv为9.5% 300MW A侧流场Cv为20.2%， B侧流场Cv为19.8%
600MW下优化后SCR出口NOx浓度 A侧NOx浓度Cv为16.2%， B侧NOx浓度Cv为14.6%
烟尘浓度
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%。
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
烟尘运动轨迹情况：
优化前
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
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
优胜抽取式氨逃逸分析仪
便携式烟气分析仪
Biblioteka Baidu
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） 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） 烟道中各测孔内的氨浓度值，采用优胜抽取式氨逃逸分析仪逐点测量，采用校验合格的II级精
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
烟气采集与分析系统
度K型铠装热电偶测量反应器进口烟气温度，最终热偶信号由校验合格的K型补偿导线接入Fluke点温
度计。（摸底试验）
（二）喷氨格栅优化调整试验
3. 试验内容 摸底试验：保持负荷稳定，测量SCR进出口NOx浓度分布状况以及SCR出口氨逃逸浓度， 初步评估脱硝装置喷氨分配状况。 喷氨优化调整：在稳定负荷下，根据SCR反应器出口截面的NOx浓度分布，对反应器入 口烟道上的AIG喷氨格栅的手动阀门开度进行调节，最大限度提高反应器出口的NOx分布均 匀性。 校核试验：测量反应器进出口的NOx浓度分布和氨逃逸，评估优化结果，并根据需要 对AIG手动调阀进行微调。 （要点：1.联系运行2.负荷3.自动4.供氨量衰减）
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
（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
1.2
90.0
催化剂相对预计寿命
优化调整后：
·空预器压差增加明显降低 ·供氨量显著降低，两侧供氨量平衡 ·A/B侧反应器出口NOx值与脱硫出口差距在5mg/N3之内
·A/B侧反应器出口NOx值Cv值分别为14.63%、13.75%
·9/10号炉空预器压差分别为1.8kPa、2.4kPa
喷氨优化调整后脱硝系统运行画面
喷氨优化调整试验
仿真优化在SCR脱硝系统中的应用 ·模型建立 Realizable k-ε、dpm、species transport、energy ·湍流流动、烟尘运动、组分传输、能量方程 脱硝流场仿真 优化技术 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 （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
节系统跟踪性能显著提高。
优化后：功率：263.45MW A/B侧脱硝入口NOx值分别为 234.61mg/m3、163.82mg/m3 A/B侧供氨量分别为29.731kg/h、 26.801kg/h
仿真优化在SCR脱硝系统中的应用
某300MW机组烟气脱硝改造现场
烟道导流板施工
静态混合器
喷氨格栅优化调整试验
喷氨优化调整前
修正后速度=（1-速度修正数）× 修正前速度 否
催化剂上方截面氨氮比偏 差系数＜5%
优化前 催化剂上方截面氨氮比偏差系数5.1% 优化后 催化剂上方截面氨氮比偏差系数3.392%
是 结束
喷氨优化调整后
喷氨优化调整试验
马头分公司9号炉脱硝喷氨优化调整试验 优化调整前：
·空预器压差2.9kpa，影响机组带负荷的能力 ·A/B侧供氨量不平衡，检修时发现A侧堵塞严重 ·瞬时供氨量较高，单侧最高可达170Nm3/h
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
喷氨格栅三维图 喷氨格栅管路图
19 18
29 28
29 28
19 18
喷氨格栅分区图（烟道俯视）
喷氨分区的对应关系
12 11
22 21
22 21
12 11
两层喷氨口
模型实现：
√CAD(SolidWorks)→Gambit（Icem）
→AnsysFluent14.5（18.1）
实际设备 几何模型 网格模型 计算模型
√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
某300MW机组烟气脱硝改造工程
滨州公司1、2号炉脱硝喷氨优化调整试验
喷氨格栅优化调整效果：
滨州公司1、2号机组长期存在SCR系统出口NOx浓度 分布不均、氨逃逸浓度高、空预器冷端结垢等问题， 环保专业技术人员分析喷氨格栅布置方式及烟道流场
优化前：功率：269.79MW A/B侧脱硝入口NOx值分别为 236.79mg/m3、171.04mg/m3 A/B侧供氨量分别为32.051kg/h、 29.121kg/h
脱硝流场优化
工程业绩：
·近20台次的脱硝流场优化、喷氨格栅优化调整业绩 ·解决SCR系统出口NOx浓度分布不均，总排口与脱硝出口NOx浓度偏差大等问题 ·大幅度缓解了空预器堵塞、催化剂磨损等技术难题 ·显著改善了脱硝系统及反应效果
技术成果：
·显著的社会、经济效益，国内领先水平 ·吉林省科技进步三等奖 ·中国大唐集团集团公司科技进步二等奖 ·第九届全国电力职工技术成果奖三等奖 ·吉林省电机工程学会电力科学技术奖三等奖
1.1
1.0
脱硝效率，%
流场 氨氮比 温度
速度
89.5
89.0
温度
88.5
0.9
入口NOx浓度=300ppm 氨逃逸率=2ppm 摩尔比
2 4 6 8 10 12 14 16
0.8
88.0
0.7
-50%
0%
50%
87.5 0
不均匀度
Cv,%
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
情况，进行多次精细化调整，确定最优阀门位置。1号
机组反应器出口与脱硫出口 NOx浓度差距由12mg/Nm3降 低至 6mg/Nm3 ， 1 、 2 号机组反应器出口 NOx 浓度分布标 准偏差系数分别由 40.62% 降低至 11.16% 、 35.89% 降低 至11.66%，氨气进给流量平均降低3kg/h，喷氨自动调
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
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
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
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℃
300MW下校核SCR出口NOx浓度 A侧NOx浓度Cv为31.9%， B侧NOx浓度Cv为33.0%
锅炉负荷降低，反应器入口流场均匀性变差，影响反应器不同部
位的脱硝效果，导致反应器出口不同位置NOx出现偏差。
仿真优化在SCR脱硝系统中的应用
SCR脱硝系统的喷氨优化仿真
现场试验、数值 计算结果
速度修正系数=（子区域氨氮比-催化 剂入口平均氨氮比）/催化剂入口平均 氨氮比