烧结烟气SCR脱硝系统的数值模拟及工程验证

北极星环保网讯:钢铁行业排放的废气中NOx是主要的污染物之一。烟气脱硝是钢铁厂烧结、焦炉烟气处理的重要部分。选择性催化还原(SCR)技术具有高效脱硝的优点，已得到广泛应用。科研人员从数值模拟和冷态模拟两方面对SCR的脱硝特性及其优化方法进行了大量研究。

董建勋等利用数值模拟研究了氨浓度分布对脱硝效率和氨逃逸的影响。汤元强通过数值模拟进行了SCR反应器内流场的优化。NISCHT等采用数值模拟和冷态实验结合的方法，分析了入口烟气流速、温度和氨氮比等对SCR反应器后部流场和压力场的影响。刘小波等对SCR反应器建立相应数学模型，在数值模拟中通过添加导流板优化流场，并验证了优化方案的合理性。朱天宇等利用计算流体动力学方法对SCR反应器内烟气流速、压力和浓度分布进行了优化。JIANG等对SCR反应器的流场和浓度场进行了数值模拟，通过优化导流板设计，降低了烟气流速偏差和氨浓度偏差。SCR技术因其高效的脱硝效率成为烧结烟气脱硝的首选工艺。

但由于钢铁厂烧结烟气温度低、粉尘含量高、成分复杂、湿度大，若想将燃煤电厂中的SCR技术应用到钢铁厂还需要根据烟气情况及烟道形状进行优化设计。其中最需要解决的问题是烧结烟气温度较低，未达到SCR的最佳反应温度区。工业上一般对烧结烟气进行补热，使烟气温度提高到催化剂反应温度区。

直接将焦炉烟气通到烧结烟气中会导致烧结烟气温度与流速分布不均匀，从而影响SCR的脱硝效率。ZHOU等利用高温焦炉烟气横向射流紊动热混合方法解决了烧结烟气补热问题。本工作利用FLUENT软件对某钢厂烧结烟气SCR脱硝系统进行数值模拟优化，并对优化方案进行工程验证。

1数值模拟方法

1.1计算模型

某钢厂600m2烧结机增设的烟气SCR脱硝系统，烧结烟气经过喷射装置、导流板、整流器等设备后，进入SCR反应器，NOx在催化剂表面被NH3还原为N2后，到达烟气再热器[16]。烧结烟气再热流程见图1。

图1烧结烟气再热流程

要求达到以下指标：

1)在设计工况下，整个烧结烟气再热系统的压降不大于1600Pa;

2)第一层催化剂入口的流场分布满足：

a)流速的标准偏差系数不大于±15%;

b)烟气入射催化剂层的角度(与垂直方向的夹角)最大为±10°;

c)NOx与NH3摩尔比的标准偏差系数不大于5%。

标准偏差系数是SCR反应器内各截面处参数的标准偏差占该截面参数的平均值的百分比。

1.2几何模型

计算流体动力学的模拟范围是烟气再热器入口和烟气再热器出口之间的烟道及内部结构，包括高温焦炉烟气喷射装置、扰流装置、导流板、整流器等。烧结烟气再热脱硝系统几何模型见图2。

图2烧结烟气再热脱硝系统几何模型

1高温焦炉气烟气喷射装置;2喷氨格栅;3导流板1;4导流板2;5整流器;6-9催化剂层

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