300MW燃煤锅炉SCR脱硝系统导流装置的设计优化

北极星环保网讯:为了在满足环保排放标准的条件下，降低火电机组脱硝成本，本文针对某300MW燃煤机组的选择性催化还原SCR脱硝系统，建立了度电脱硝成本的计算模型。该模型将脱硝成本分为固定成本和变动成本两部分，度电固定脱硝成本包括折旧成本、会计成本、催化剂更换成本、大修成本、人工成本、补偿电价、其他成本，度电变动脱硝成本包括电耗成本、喷氨成本、排污成本。

以度电脱硝成本作为评价指标，利用支持向量机与粒子群耦合算法建立了脱硝系统运行优化模型，对脱硝系统进行了全负荷段优化。结果表明，预测模型能精确预测度电脱硝成本，最高相关系数可达99.9011%；经模型优化后，脱硝所需喷氨量降低至0.1578t/h，度电脱硝成本显著降低，系统经济性得到提高，可用于指导电厂经济运行。

SCR脱硝反应器催化剂入口截面上烟气流速和氨气浓度分布的均匀性对烟气脱硝效率及氨气逃逸率具有重要影响，因此，对现役锅炉进行脱硝改造时需对脱硝反应器本身及相关连接管道进行优化设计，以使催化剂层入口截面上的速度分布标准偏差小于15％，氨浓度分布标准偏差小于5％．为此，笔者利用FLVENT数值模拟软件对一台300MW燃煤锅炉SCR脱硝反应器的烟道及导流板的设计布置方案进行数值模拟，在此基础上确定最佳导流板设计方案。

1.概况

1.1研究对象

研究对象为某电厂300MW机组，该机组的锅炉特点：亚临界参数、自然循环、一次中间再热、单炉膛平衡通风、固态排渣、露天布置、全钢构架的∏型汽包炉。脱硝系统采用选择性催化还原技术（SCR），反应器和催化剂采用“2+1”层布置，即安装两层催化剂，预留一层布置的空间，每个SCR反应器设计3层催化剂，每层安装60个模块，耐磨层放置在催化剂前端，以减弱飞灰对催化剂的冲刷作用，层之间空间高度为3.0m。脱硝流程如图1所示。

设计脱硝效率为80%，处理烟气量为1300000m3/h（干基，6%O2），入口NOx浓度为1000mg/m3，出口NOx浓度小于100mg/m3。脱除剂为液氨，催化剂采用以TiO2为载体，V2O5-WO3为活性成分的国产18孔蜂窝式催化剂，系统布置方式为高温高尘布置，烟气从烟气省煤器出来后经过整流栅后进入催化剂层，然后进入空预器、电除尘器、引风机和脱硫装置后，排入烟囱。系统由带催化剂的SCR反应器、喷氨装置、稀释风机、氨蒸发器、氨储备供应系统、烟道、阀门等组成。

1.2均流方案设计

现役锅炉机组进行烟气SCR脱硝改造时，因脱硝反应器及烟道布置受到了空间、成本等方面的限制，烟道的布置优化空间较小，目前，主要通过烟道弯头处设置导流板并优化导流板的结构来达到均流与均匀氨浓度分布的目的。

1.3网格模型

采用Gambit软件建立1∶1的SCＲ系统模型，以烟气入口流向为X轴，烟道宽度方向为Y轴，高度方向为Z轴。根据系统的实际情况，在建模和模拟中做如下简化:①将烟气视为不可压缩牛顿流体；②假设烟气入口速度均匀；③氨喷射以垂直面射流近似模拟；④稳流装置和催化剂层简化为均匀多孔结构；⑤多孔结构区域内流体压降采用多孔介质模型模拟。模型整体区域采用六面体网格划分，以提高迭代精度。在AIG内，由于结构复杂，流动混合剧烈，采用四面体网格并加密，以降低伪扩散，适应复杂流场的计算。具体网格如图2所示。

2.CFD模拟

通过使用FLUENT软件对上述导流板不同布置方案下烟道流场进行数值模拟，研究SCR脱硝系统烟道内导流板不同布置方式对烟气流场以及氨气浓度分布的影响．使用前处理软件GAMBIT，完成尾部烟气流动和催化剂分布区域的建模与网格划分，其中数值域被分成多块混合网格格式．

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