脱硝反应器内烟气与飞灰分布差异的数值模拟

表2原脱硝反应器内首层催化剂入口面各计算区域的烟气流速及飞灰浓度

计算结果表明，首层催化剂入口面烟气流速分布沿12000mm方向上存在一定的差异性，其中最靠近锅炉侧内壁的区域1流速最低，而区域3、4则表现为高流速。考察面的烟气流速分布相对标准偏差为10.44%，相比于通常SCR脱硝反应器设计中首层催化剂入口面烟气流速分布相对标准偏差不高于15%的限定值，所考察反应器实际上已满足了该项指标要求，气流场均匀性良好。

在飞灰浓度分布方面，观察图7和表2可以看出，其均匀程度要明显低于烟气流速场。考察面12000mm方向的两侧（区域1、12）飞灰浓度显著偏低，其中朝向锅炉侧的若干低飞灰浓度块状区域系由于上游静态氨混合器对流场扰动所致，而区域4、5的飞灰浓度则明显偏高。考察面的飞灰浓度分布相对标准偏差高达52.20%，整体均匀性较差。

由于飞灰颗粒的运动状态受到自身重力、烟气阻力、曳力及运动惯性多方面的综合影响，其中运动惯性会使得颗粒在偏转过程中甩向气流外侧（背向锅炉一侧）；而重力作用则使得颗粒在进入SCR脱硝反应器后向近锅炉侧下沉。

在本例中，烟气中的飞灰颗粒在跨过整流格栅后向下偏离烟气流动方向，并在偏向锅炉侧的特定区域聚集，因而导致其分布均匀性降低，说明在此过程中重力起到了主导作用。本文分别对不同粒径与真密度等级的飞灰颗粒进行模拟，计算不同条件下在首层催化剂入口面位置飞灰浓度分布相对标准偏差的差异性，结果如图8所示。模拟飞灰真密度变化时，粒径统一设置为100μm；模拟飞灰粒径变化时，真密度统一设置为2.1g/cm3。

图8首层催化剂入口面飞灰浓度分布相对标准偏差与飞灰粒径及真密度的关系

4反应器结构调整及模拟结果分析

为改善脱硝反应器内烟气流场及飞灰场的分布特性，研究中通过CFD软件建模，对反应器内部结构进行了合理化调整，即在整流格栅上方烟气入口位置，沿烟道宽度方向等间距布置3块倾斜导流板（见图9），以引导原有烟气流向，均化飞灰在首层催化剂入口面的分布。

经调整后的反应器模型按照原有烟气参数条件进行模拟，得到反应器内烟气速度场整体分布结果如图9所示；首层催化剂入口面烟气速度场分布如图10所示；各计算区域的烟气平均流速、烟气流速分布相对标准偏差以及飞灰平均浓度、飞灰浓度场分布相对标准偏差如表3所示；首层催化剂入口面飞灰浓度场分布如图11所示。

图9增设导流板后脱硝反应器内整体烟气速度场分布（单位：m/s）

图10增设导流板后脱硝反应器首层催化剂入口面烟气速度场分布（单位：m/s）

图11增设导流板后脱硝反应器首层催化剂入口面飞灰浓度场分布（单位：kg/m3）

表3增设导流板后脱硝反应器内首层催化剂入口面烟气流速与飞灰浓度

计算结果显示，当增设导流板后，整流格栅下方朝向锅炉侧的低流速区域显著减小，中部高流速区域弱化，背向锅炉侧的烟气流速增加（见图9、10），整体流场分布更加趋于均化，首层催化剂入口面烟气流速分布相对标准偏差由原先的10.44%下降到7.24%。

而在飞灰浓度分布方面，增设导流板后首层催化剂入口面飞灰浓度分布相对标准偏差由52.20%下降至27.92%，均匀度显著上升。但高飞灰浓度分布区域依然集中在考察面中部靠近锅炉一侧，并且由静态氨混合器扰动造成的低飞灰浓度块状区域仍然明显（见图11），说明由于飞灰自身的流动特性使其保持了原有的分布趋势，难以通过增设导流板的方式完全消除。

5结语

本文利用CFD模拟了SCR脱硝反应器内的烟气流场及飞灰浓度场分布特性，对脱硝反应器内积灰现象进行验证。计算结果表明，反应器内飞灰浓度场分布特征与烟气流场分布不一致，飞灰在自身重力作用下向催化剂入口面附近发生聚集，引发严重的局部积灰，当飞灰的粒径大、密度高时，这一现象更加明显。

对反应器结构稍作改进，即在整流格栅上部设置导流板后，飞灰浓度场分布均匀性得到了显著改善。因此，在进行SCR脱硝反应器设计中，应充分考虑飞灰浓度场的分布特征，采取相应的预防或处理措施，使其尽可能与烟气流场的分布保持一致，以减少反应器内的局部积灰。

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