良村热电#1锅炉烟气SCR脱硝系统数值模拟与改造

北极星环保网讯:本文对良村热电330MW机组#1锅炉SCR脱硝系统进行反应器内烟气流场数值模拟，通过结构优化，确定最佳导流板布置并提出改造方案。对比改造前后SCR反应器出口沿宽度方向氮氧化物浓度，结果显示：浓度样本标准偏差由22.0降至5.0，改造后SCR反应器的均流性能获得显著提升。额定负荷相同氨氮摩尔比下总液氨耗量由改造前190kg/h降低至109kg/h，降幅达到40%以上。

1.引言

氮氧化物（NOx）是煤燃烧过程中释放的主要污染物之一，会对人类健康造成严重危害，随着我国对氮氧化物排放标准的提高，国内燃煤锅炉都需要采取有效的措施来降低氮氧化物的排放量。在众多脱硝方法中，选择性催化还原（SCR）脱硝技术以其工艺成熟、运行可靠、脱硝效率高等优点在火力发电行业获得广泛应用。

脱硝效率和氨逃逸率是衡量SCR系统性能的两个重要指标，而SCR反应器前烟气与氨气的混合程度和速度分布的均匀程度是影响这两个指标的重要因素，只有速度大小合适、分布均匀，反应物充分混合均匀，才能保证反应器的脱硝效率、氨逃逸率和催化剂的使用寿命。因此，通过合理设计和布置导流板，从而改善SCR反应器入口段流场的均匀性，可提高脱硝系统的性能。

本文建立了良村热电#1锅炉330MW燃煤机组SCR脱硝系统的三维模型，利用流体动力学计算软件对其内部烟气流场进行数值模拟计算，通过对比不同导流板方案下的流场均匀性，得出了最优的导流板布置方案。对比改造前后反应器出口氮氧化物的浓度分布，验证了改造的效果。

2.物理模型

按照1:1的比例建立SCR脱硝系统的全尺度三维模型，如图1(a)所示。模型中主要考虑烟道结构、导流板以及整流格栅对烟气流场的影响。改造前导流板组1和导流板组3的布置形式分别如图2(a)、(b)所示。

对上述模型进行网格划分，模型网格划分的优劣直接关系到模拟结果的合理性。采用分区划分网格的方法，将计算区域分解多个相对简单的模型分别进行网格划分。考虑导流板、整流格栅和烟道其他部分的尺寸差异较大，对它们进行局部网格加密，在兼顾计算量和网格合理性的情况下，此次模拟SCR脱硝系统模型总网格数约为300万，计算模型总体网格划分情况如图1(b)所示。

3数学模型和计算方法

3.1数学模型

对SCR脱硝系统进行流场模拟，采用湍流k-ε双方程模型计算烟气流动；催化剂结构模拟采用多孔介质模型，依据实际压降计算确定多孔介质内的粘性阻力系数和惯性阻力系数，并选择合适的孔隙率。计算过程做如下简化：实际系统漏风较小，因此不考虑系统的漏风；烟气中的飞灰对本研究影响较小，烟气视为单相气态不可压缩流体，连续介质，且为定常流动；流体物性参数为常数；省煤器出口烟气速度分布均匀。

3.2边界条件

根据电厂实际运行情况构建SCR反应器模型，烟道入口采用速度入口（Velocityinlet）边界条件，根据烟气体积流量、成分和模型入口尺寸得到模型入口（即省煤器出口）烟气速度为8.5m/s；烟道出口为压力出口（Pressure-outlet）边界条件；烟道壁面、导流板和整流格栅设为壁面（Wall），采用标准壁面方程、无滑移边界条件。

延伸阅读：

SNCR的喷雾与混合过程及其对脱硝效率的影响研究

330MW机组低氮燃烧及脱硝投运后CCS系统优化

超低排放之高效双混SCR烟气脱硝技术及工程应用