烧结烟气SCR脱硝反应器流场模拟与设计优化

设计了3种方案(表1)，包括在烟道弯头处设置导流板，在反应器本体、首层催化剂层前部设置整流器，构件尺寸及位置如图2和图3所示。

图2各弯头导流板布置

图3 整流器布置

3脱硝反应器CFD模拟

3.1数学模型及边界条件

烟气由反应器入口进入，流量约为350000m³/h，压力为100Pa。经过一段烟道后进入反应器本体，在烟道中与喷氨格栅喷入的氨气混合，烟道截面积及烟气流动方向有变化，因此为三维流动。

在数值模拟中作出如下假设：

(1)气体为理想状态;(2)流动是定常的;(3)系统绝热;(4)不考虑烟气中的粉尘;(5)不考虑反应器内的化学反应。

根据反应器内烟气流动时湍流的状态，计算采用标准k-ε(Standardk-ε)双方程为湍流模型。采用分离求解器计算控制方程，压力-速度耦合采用SIMPLE格式，压力插值采用标准格式Standard，其余对流项插值采用二阶迎风格式Second Order Upwind。

为保证网格质量，对反应器进行分块网格划分，经过网格无关性计算，反应器网格总数约为150万。采用速度入口，进口速度为10m/s，温度为473K;采用压力出口，压力默认为初始值(大气压)，温度为463K。

3.2模拟结果与分析

SCR脱硝方法对催化剂的性能要求以及反应器内流场的均布性要求很高，在选取适宜烧结烟气脱硝的低温催化剂后，系统脱硝效率及氨逃逸率基本取决于反应器内流场的均布性。

该模拟主要观察反应器入口、烟道顶部弯折角、反应器本体前部及催化剂首层前部的流场分布，比较不同方案对其的影响，优化内构件布置。

3.2.1导流板对反应器入口流场分布的影响(弯头1)

图4所示为反应器入口的速度云图。

图4 反应器入口速度云图

烟气从水平烟道经过弯头1进入竖直烟道与氨混合，此处易产生速度梯度，从而形成回流，紊乱的气流会对烟气与氨的混合产生影响。

从图中看出，未加导流板(空塔)时，靠近左侧气流速度较大，从烟道左侧至右侧速度梯度较明显，烟道空间没有得到充分利用，且进入竖直烟道后气流较紊乱，流场分布不均匀;加入弧形导流板(方案1)后，烟道左侧仍存在高速区，但速度梯度减小，气流进入竖直烟道后流场分布得到改善;在弧形导流板的基础上加入直板(方案2)后，烟道左侧的高速区消失，烟道左侧至右侧速度梯度进一步减小，烟道空间得到充分利用，竖直烟道流场分布均匀。

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