循环流化床锅炉SNCR+SCR联合脱硝流场优化研究-北极星大气网

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近年来，京津冀、长三角和珠三角等重点区域雾霾问题严重，“超低排放50355”新标准被提上日程，各行业开始进行脱硝、除尘、脱硫提效改造。原先应用于高浓度NOx循环流化床锅炉上的低氮燃烧技术、SNCR及低氮燃烧+SNCR技术已经不能满足NOx排放值小于50mg/m3的要求，为了控制NOx的排放浓度，必须采用SNCR+SCR联合脱硝技术对NOx进行控制。与单一的SNCR和SCR脱硝相比，该技术具有脱硝效率高、催化剂用量小、SCR反应器体积小、系统阻力小、腐蚀性小、成本适度等优点，故在循环流化床锅炉得到了广泛的应用。流场分布是影响脱硝装置脱硝效率及氨逃逸率、催化剂使用寿命的关键因素之一，因此脱硝工程必须对流场进行优化设计。李竞岌等采用数值模拟方法对循环流化床锅炉SNCR脱硝的喷入点位置、数量及喷射参数进行了优化分析，得出还原剂喷入点布在旋风分离器进口段内侧、喷入点至少四个、增大雾化粒径、增大喷雾锥角有利于增强烟气和还原剂的混合效果。赵永泉等、王岳军等也对循环流化床锅炉的SNCR脱硝流场进行了数值模拟分析研究。目前，大部分研究都仅对单独的SNCR或SCR进行流场优化，关于SNCR+SCR联合脱硝的流场优化研究较少。本文拟采用CFD软件对某75t/h循环流化床锅炉的SNCR+SCR流场进行分析，为其现场设计提供参考依据。

1几何模型及数学模型

某75t/h燃煤型循环流化床锅炉100%BMCR工况下的烟气量为85000m3/h，按照1∶1的比例建立模型，主要包括燃烧床层部分、挂式过热器、2个旋风分离器、省煤器、导流板、整流格栅、催化剂层及SCR脱硝出口烟道下游的空预器部分，如图1所示。

为了简化计算，暂不考虑模型内粉尘颗粒的影响，先选用模型计算得出气相流场，后加入DPM模型及组分输运模型追踪氨水的蒸发过程以及与烟气的混合过程。另外，省煤器、空预器、催化剂层均设置为多孔介质，由于前二者内部涉及热交换，故设置有内热源。

2参数研究

2.1速度分布

优化前烟道中未设置导流板，仅催化剂层上游设置了整流格栅，优化方案在SCR装置进出口烟道弯头处设置了相应的导流板，并在整流格栅上游斜烟道上设置了阻流板，模拟结果如图2～图4所示。图2为旋风分离器入口速度分布俯视图，烟气近切线方向进入分离器，之后沿外侧螺旋向下运动，最后经过分离器的中心内筒流出。

图3为优化前后整个系统的烟气流线图，可看出，由于SCR脱硝上游烟道布置了合理的导流装置，烟气可以更均匀的竖直向下通过催化剂区域。

图4显示了优化前后首层催化剂上游的速度分布，优化前外侧速度过大，最大速度达到12.24m/s，而低速区仅为0～1m/s，高烟速区容易导致催化剂磨损，低烟速区容易导致催化剂积灰，整个截面速度相对标准偏差为20.2%，速度分布均匀性差;优化后断面最大速度降低为4.90m/s，速度分布均匀性得到显著改善，截面速度相对标准偏差为6.2%，远小于15%的脱硝设计标准，有利于减轻催化剂的磨损和积灰。

2.2浓度分布

还原剂喷射点通常布置在旋风分离器的进口水平烟道中，从上到下均匀布置，点数越多越有利于烟气与还原剂的混合，但也会加大工程的复杂程度，一般工程中推荐在单分离器上布设4～5个喷入点。假设喷枪设置在旋风分离器进口水平烟道的外侧，布置4个喷射点，喷射速度为40m/s，平均雾化粒径为90μm，喷雾锥角为60°，模拟结果如图5～图6所示。从图5中可看出，还原剂液滴在旋风分离器进口处全部蒸发，满足工艺设计要求，最大蒸发时间为0.036s，平均蒸发时间为0.032s。

图6显示了分离器入口还原剂的浓度分布，由于喷枪设置在进口烟道外侧，还原剂紧贴分离器外壁流动，而分离器的作用是使烟气向外甩，故抑制了还原剂向中心的扩散，导致外侧浓度远高于其他区域。

模拟结果显示，优化前后首层催化剂上游断面的氨浓度分布均匀性很好，为脱硝反应提供了很好的条件，该处的还原剂NH3来源于上游SNCR脱硝未参与反应的逃逸氨。

统计结果得出优化前后的相对标准偏差分别为0.8%、0.6%(远小于5%的脱硝设计标准)，可见，优化前后催化剂层的浓度分布均匀性变化很小，可以忽略，故对该循环流化床锅炉SNCR+SCR联合脱硝装置中的SCR部分进行优化时，可以仅对速度场进行优化，而忽略对浓度场的优化。

原标题：循环流化床锅炉SNCR+SCR联合脱硝流场优化研究

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