基于流场诊断的燃煤电站SCR系统喷氨优化及试验验证

图5满负荷各工况下SCR系统浓度分布数模与冷模结果图5(c)给出了基于冷态模化试验解析导流板优化后满负荷首层催化剂入口截面内NH3浓度分布，其分布标准偏差Cv约为7.69%，相比相同工况下的数值模拟结果偏高，这是因为冷态模化试验装置尺寸较小，氨烟混合距离比实际过程有所降低，使混合强度减弱.综合对比导流板优化后的数值模拟、冷态模化试验结果，两者的NH3浓度分布趋势相似，且都比导流板优化前的NH3浓度分布Cv降低，这一方面验证了CFD模拟方法的可靠性，另一方面也验证了导流板优化布置有助于改善浓度场均匀分布特性.

3.2.2基于权重阀喷氨优化特性

为适应超低排放要求，必须进一步提高首层催化剂入口截面内NH3浓度均匀分布.为此，本文提出基于对AIG前烟气流动特性的分析开展了SCR系统喷氨优化，即根据AIG前烟气流动特性定量解析喷氨支管阀门权重，并按照预设的权重流量/开度对应关系，开展基于权重阀的喷氨优化，实现精细喷氨.

通过开展满负荷工况下的数值模拟计算，获取AIG前整个烟道截面内的烟气流动特性，根据AIG分布型式确定各子单元所控制烟道区域，然后确定各烟道区域及整个截面内的烟气速度平均值，最终确定各喷氨支管阀门权重.

已知均匀喷氨工况下满负荷喷氨支管氨空混合气入射速度为16.75m/s，据此解析获得基于权重阀喷氨优化的工艺参数如表3所示.数值模拟计算结果如图5(d)所示，可以看出，基于权重阀喷氨优化后，截面内最大浓度偏差约为30×10-6～50×10-6左右，整体分布比较均匀，NH3浓度分布标准偏差Cv进一步降低至3.46%，相对减少约24.95%，远优于工程设计标准，这表明基于权重阀喷氨优化方法能够显著改善浓度场分布特性.

表3满负荷工况基于权重阀喷氨优化工艺设计参数

为进一步验证基于权重阀喷氨优化的可靠性，设计冷态模化试验.均匀喷氨工况下，24路喷氨支管流量均设定为1.65m3/h;基于权重阀喷氨优化工况下，示踪气体流量及氨空混合气总流量均保持不变，各喷氨支管实际流通氨空混合气流量设计参数见表4.

表4满负荷工况冷态模化试验喷氨支管预设流量

图5(e)给出了满负荷工况下基于权重阀喷氨/流场优化后的冷态模化试验结果，可以看出，截面内NH3浓度分布非常均匀，其分布标准偏差Cv约为3.54%，这与数值模拟结果吻合度较好，两者偏差仅为0.08%，NH3浓度的均匀分布间接反映了氨氮混合当量比的良好匹配，这说明基于权重阀的喷氨优化方法可保证SCR系统喷氨特性与烟气流动特性匹配良好，有助于超低排放要求下SCR系统的高效运行.

3.3数值模拟与冷态模化试验结果对比分析

图6反映了不同设计试验工况下首层催化剂

入口截面内速度/浓度分布偏差对比.结果表明，导流板的合理优化布置主要改善流场分布均匀性，速度标准偏差相对减少约71.30%，同时对浓度分布均匀也有较大的改善，但要进一步提高浓度分布均匀性，必须进行基于权重阀的喷氨优化.

基于对AIG前烟气流动特性的分析开展SCR系统喷氨优化具有显著优势.这种优化改善了系统内浓度分布的均匀性，浓度标准偏差相对减少约24.95%，同时对流场分布均匀性也有一定改善作用.对比浓度/速度标准偏差数值模拟值与冷态模化试验值，两者吻合良好，最大偏差仅为3.08%.目图6不同优化设计工况下截面内速度/浓度分布偏差对比前在国家对燃煤电厂超低排放要求下，流场/权重阀喷氨优化协同作用才能最大限度提升燃煤电站SCR系统工作性能，保证系统的安全高效运行.

4结论

1)导流板的合理优化布置能够有效改善系统内的流场分布均匀性，速度标准偏差相对减少约71.30%，同时对浓度场均匀分布也有较强改善作用.

2)基于对AIG前烟气流动特性的解析开展权重阀喷氨优化，可使喷氨特性与烟气流动特性匹配良好，改善了浓度分布均匀性，浓度标准偏差相对减少约24.95%，同时对流场的均匀分布具有一定的改善作用.

3)基于相似准则搭建冷态模化试验装置，可实现对CFD数值模拟结果的有效验证，冷态模化试验值与数值模拟值的最大偏差仅为3.08%.

4)超低排放要求下，流场/权重阀喷氨优化协同作用可最大限度提升燃煤电站SCR系统工作性能，保证系统的安全高效运行.

《东南大学学报》作者：刘国富，沈德魁，肖睿

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