非均匀入口条件下SCR脱硝系统精准喷氨策略

在图8中，不同开孔率下h=10m处的β呈现出U形分布的趋势，在φ达到0.0024左右时混合系数最低，混合效果最好.原因在于，随着开孔率的增加，射流速度降低，降低了射流对烟气的卷吸作用.然而，射流表面积却随之增大，使得还原剂更容易与烟气接触发生混合.当φ<0.0024时，射流速度影响要小于射流表面积，因此随着φ的增大，混合效果增强.当φ>0.0024时，射流速度的影响大于射流表面积，故随着φ的增大，混合效果变差.

2.4.3喷口与烟气的夹角

喷口与烟气夹角α的定义如图9所示.图中喷管上单喷嘴拥有2个喷口，即喷口呈Y形分布.本节中采用了α=45°，90°两种工况(工况8，9)进行模拟计算，并选择工况2作为对照，如表4所示.

图10为工况2，8，9中首层催化剂上游处的氨氮比分布云图.经过计算，工况2，8，9的Cx分别为3.26%，3.1%，2.9%.结合图11可以看出，当喷口角度α增大时，混合效果得到改善，β达到设计要求所需的混合距离减小.当α增加到90°时，混合效果最佳.原因在于，在工况2中，当还原剂从喷口射入烟气时，射流烟气之间会形成一个速度不连续的间断面，在烟气干扰下，出现局部波动，发展成涡体，卷吸周围的烟气进入射流，两者混掺在一起向前流动.

在工况8中，倾斜喷出的射流不仅在运动过程中卷吸周围烟气而且还受到纵向烟气的冲击作用发生偏转，在射流偏转过程中，主体横断面内逐渐形成和发展出一对旋转方向相反的涡，即反旋转涡对.反旋转涡对不仅会引起射流断面形状的变化，而且对射流与环境横流之间的卷吸和混合起着主导作用，并一直维持至下游较远距离.在工况9中，喷口方向与烟气流向垂直，喷嘴布置在喷管的下方，当烟气绕过非流线型的喷嘴时，烟气尾流左右两侧会产生成对的、相互交替排列、具有相反旋转方向的反对称涡流，有助于烟气与还原剂的混合.与此同时，烟气对射流的冲击效果比工况8好.

最后，选取了N=15.34个/m2，φ=0.0024，α=90°的工况10进行数值模拟计算，得到的首层催化剂上游氨氮比分布、混合系数β随着h的变化规律，如图12和13所示.从图中可以看出，首层催化剂上游的氨氮混合均匀性良好，当h=7m时已达到β≤5%的设计要求.经过计算，首层催化剂上游截面处的Cx=2.6%，完全达到设计要求.

3结论

1)增加喷口密度N可以有效地改善SCR系统烟道内的氨氮混合效果，然而，当N增加到约15.34个/m2时，继续增大N对反应器内氨氮混合的改善不再明显.

2)随着开孔率φ的增大，氨氮混合效果先变好后变差，混合系数出现先减小后增大的U形趋势，当φ取值为0.0024时，混合效果最好.

3)改变喷口角度α可以优化SCR反应器中氨氮混合效果，当喷口方向与烟气方向垂直(即α=90°)时，改变α所带来的改善效果达到最佳.

4)当N=15.34个/m2，φ=0.0024，α=90°时，NH3与NO的混合效果能够达到设计要求所需的混合距离最短(h=7m)，首层催化剂上游处Cx=2.6%，为本文所有工况中的最小值，氨氮混合效果最好.

《东南大学学报》作者：高畅，金保癉，张勇，孟凡冉

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