基于流场诊断的燃煤电站SCR系统喷氨优化及试验验证

北极星环保网来源:《东南大学学报》作者：刘国富2017/5/12 10:35:35我要投稿

关键词：SCR 脱硝技术超低排放

1.2CFD计算模型

研究对象为某660MW超超临界燃煤电站SCR系统，选取液氨作为还原剂.烟气从省煤器出口进入SCR系统，依次经过多组导流板、喷氨格栅、喷氨格栅(AIG)混合管、整流格栅等进入SCR反应器发生脱硝反应，随后“洁净”的烟气进入下游空预器.超低排放形势下，SCR反应器采用了3层催化剂满布置的改造方案.此外，该系统采用分区控制式喷氨格栅，单侧各有24个手动蝶阀分别调控24个H型喷氨格栅子单元，AIG下游布置AIG混合管以加强氨氮混合.

为便于开展CFD计算研究，将烟气视为不可压缩牛顿流体，假设省煤器出口烟气速度/NOx浓度分布均匀，忽略SO2，SO3，CO，CO2，H2O等气体组分的影响，烟气组分特性如表1所示.虽然本文所涉及的SCR系统采用高尘布置工艺，但据统计入口烟气中飞灰颗粒所占体积分数不足1%，颗粒相对连续相的影响程度有限，故忽略颗粒相，仅研究SCR系统内气相场的均匀分布特性.

表1数值模拟计算烟气参数

SCR脱硝

基于Gambit建立SCR系统全尺寸几何模型(单侧)，包括其中内部导流板、喷氨格栅、AIG混合管、整流格栅、催化剂层等;对AIG及混合管、整流格栅、导流板附近流域进行网格加密处理，近壁处采用壁面函数法近似处理，规则流域采用六面体网格，复杂流域采用四面体网格，经独立性检验最终确定网格划分总数约为35×106.

CFD数值模拟计算的控制方程(质量守恒、动量守恒、能量守恒、组分守恒)可表述为如下通用形式：

SCR脱硝

针对简化气态连续相烟气，采用组分输运模型模拟烟气组分特性;采用Realizablekε模型模拟烟气湍流运动;选用多孔介质模型模拟SCR反应器内催化剂层的压降，x，z向黏性阻力系数设置为大于y向的10倍;采用速度入口及压力出口边界;

壁面处采用无滑移边界条件;采用有限体积法离散控制方程;压力速度耦合采用SIMPLE算法.为加快收敛，控制方程离散格式首先采用默认的一阶离散格式，获得稳定解后，采用精度更高的二阶迎风格式继续迭代直至收敛.

2冷态模化试验装置

采用CFD数值模拟与冷态模化试验相结合的方法可更加可靠地评价系统设计及运行性能.本文搭建SCR系统冷态模化试验装置，如图1所示.基于相似准则，设计与开展SCR冷态模化试验时应保证比例相似、动力相似.

SCR脱硝

图1冷模试验装置示意图

2.1比例相似

缩放比例过小，影响试验精度，缩放比例过大，试验成本大幅增加，本文将原型SCR系统及其内部构件按照1∶12等比例缩小.

2.2动力相似

影响流场分布特性的力有多种类型，要达到所有的力对应成同一比例难以实现，通常保证主要作用力成比例.本文将流场中牛顿流体基本控制方程及连续性方程无量纲化，得出影响流动特性的主要准则数为雷诺数(Re)、弗劳德数(Fr)、欧拉数(Eu).这表明在原型SCR系统与冷态模化试验装置Re，Fr，Eu保持一致的情况下，可确保两者流动特性的相似性.而实际模化中难以满足以上所有的条件，故本文根据系统自身特性选择主要准则数并保证其相似.

SCR冷态模化试验装置内流动以受迫运动为主，重力运动为辅，因此模化过程中选择Re，Eu为主、Fr为辅进行动力相似.所谓气流运动进入自模化，是指Re大于某一数值后(一般为105)，Eu不再与Re有关而保持一定值，此时雷诺准则已失去判别相似的作用，仅需使用Eu相似判别.

经计算SCR系统及冷态模化试验装置内烟气流动最低Re均位于自模化[27]区域，这说明需保证SCR系统及冷态模化试验装置Eu数的一致，即

SCR脱硝