循环流化床锅炉SNCR+SCR联合脱硝流场优化研究

还原剂喷射点通常布置在旋风分离器的进口水平烟道中，从上到下均匀布置，点数越多越有利于烟气与还原剂的混合，但也会加大工程的复杂程度，一般工程中推荐在单分离器上布设4～5个喷入点。假设喷枪设置在旋风分离器进口水平烟道的外侧，布置4个喷射点，喷射速度为40m/s，平均雾化粒径为90μm，喷雾锥角为60°，模拟结果如图5～图6所示。从图5中可看出，还原剂液滴在旋风分离器进口处全部蒸发，满足工艺设计要求，最大蒸发时间为0.036s，平均蒸发时间为0.032s。

统计结果得出优化前后的相对标准偏差分别为0.8%、0.6%(远小于5%的脱硝设计标准)，可见，优化前后催化剂层的浓度分布均匀性变化很小，可以忽略，故对该循环流化床锅炉SNCR+SCR联合脱硝装置中的SCR部分进行优化时，可以仅对速度场进行优化，而忽略对浓度场的优化。

2.3 温度分布

对分离器内温度颁和首层催化剂上游温度分布进行模拟，模拟所得温度分布结果显示，分离器内温度在892～998℃之间，正好处于SNCR反应的温度窗口内。SCR装置内首层催化剂上游断面的温度分布范围为312～339℃，也处于SCR脱硝反应的温度窗口内。

2.4 喷入点位置影响

为了研究分离器喷入点位置的影响，现将喷入点布置在分离器进口段内侧，模拟结果如图7所示。与图6相比，还原剂在分离器入口断面的扩散更明显，因为喷入点设在内侧，还原剂气化后，随着烟气向外甩，还原剂由分离器内侧迅速向外侧扩散，使还原剂在分离器中均匀分布。因此，喷入点设置在进口烟道内侧，更有利于加强还原剂与烟气的混合，提高SNCR脱硝效率。

喷入点选在内侧，喷雾锥角为60°、雾化粒径为90μm、喷射速度为40m/s、80m/s、120m/s工况下分离器入口断面的还原剂浓度分布模拟结果如图8所示。从图8可看出，随着喷射速度的增加，还原剂穿透距离加大，更容易扩散到烟气中，分离器入口截面的浓度分布变得更均匀，将有利于提高脱硝效率，因此，在保证其他条件一定的情况下，适当提高喷射速度有利于脱硝反应。

计算了喷射速度为40m/s、喷射锥角为60°，雾化粒径为50μm、90μm、130μm的分离器入口断面浓度分布如图9所示，可见，随着雾化粒径的增加，还原剂的穿透距离增大，分离器入口断面的浓度分布更均匀。这是因为雾化粒径提高后，单个颗粒的体积增大，气化后产生的气团体积也增大，更容易扩散到烟气中，增强了还原剂与烟气的混合。因此，在其他条件一定的情况下，可以通过适当增大雾化粒径来提高SNCR脱硝效率。

图10给出了喷射速度为40m/s、雾化粒径为90μm条件下不同喷雾锥角对分离器入口还原剂浓度分布的影响。当喷雾锥角由30°增大到90°时，还原剂在分离器入口的浓度分布相差不大，这是因为随着喷雾锥角的增加，还原剂的初始扩散面积加大，但是穿透距离也会随之减小，且由于喷射方向与壁面垂直，增大锥角时靠近分离器入口断面内侧的浓度会随之增加，故总体均匀性会略微变差，所以，对该分离器而言，增大喷雾锥角并不能起到正面效果。

采用CFD软件对某75t/h燃煤型循环流化床锅炉SNCR+SCR联合脱硝流场进行了数值模拟，比较了SCR部分优化前后的速度分布、浓度分布，并重点研究了SNCR还原剂喷入点的位置、喷射速度、喷雾粒径、喷雾锥角对SNCR脱硝的影响。结果表明:

(1)在SCR脱硝装置烟道中设置合理的导流装置后，首层催化剂入口断面的速度分布有了明显改善，有利于减轻催化剂的磨损和积灰，延长催化剂使用寿命。优化前后SCR部分氨浓度分布均匀性非常好，且相差不大，故进行SCR部分优化时可以仅考虑速度场，而忽略对浓度场的优化。另外，SNCR及SCR的烟气温度都处于各自的反应温度窗口内，有利于脱硝反应。

(2)还原剂喷入点设在进口烟道内侧(较外侧)时，还原剂更容易扩散到烟气中，更有利于加强还原剂与烟气的混合，提高SNCR脱硝效率。

(3)增大喷射速度和雾化粒径，均能增大还原剂的穿透距离，使得分离器入口的浓度分布更均匀，提高脱硝效率。

(4)增大喷雾锥角，分离器入口的浓度分布均匀性略微变差，故针对该装置，增大喷雾锥角对脱硝反应有负面影响。

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