降低燃煤机组SCR脱硝系统催化剂磨损的流场优化

北极星环保网讯:针对国内某300MW燃煤机组SCR脱硝系统催化剂严重磨损失效问题，提出了利用圆盘静态混合器代替常规导流板的改造方案。采用工业性试验测试气固两相流场分布情况并依此确定边界条件，利用计算流体力学方法对SCR脱硝系统中烟气速度、烟尘速度、烟尘质量浓度分布等规律进行研究，最终将优化方案应用到脱硝改造工程中。

研究结果表明：催化剂的磨损主要是由烟道中烟尘掺混不均及最接近催化剂的导流板安装不合理所致。竖直烟道中安装圆盘静态混合器可以使气固两相均匀分布，在较低的压阻下解决SCR脱硝系统催化剂入口截面气固两相混合不均的问题，有效延长催化剂使用寿命。

受锅炉与SCR脱硝反应器空间布置的限制，烟道的非对称渐扩、转弯、转弯处截面突变在燃煤机组SCR脱硝系统中广泛应用，由此产生了锅炉省煤器出口至首层催化剂之间复杂的气固两相流动，出现的偏风、回流等问题导致烟道壁附近形成流动分离和烟道横截面上形成二次流动[1-3]，在惯性作用下，烟尘聚集在烟道外侧，导致首层催化剂入口气固两相分布不均匀，局部催化剂严重磨损[4-6]。

目前多采用导向叶片、导流板、整流格栅等常规均流装置对烟气流速进行均匀处理。DL/T5121—2000《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》[7]中规定的等差间距导流板设计方法不能适应多个板间通道内烟尘均匀分配的要求。

文献[8-9]通过调整Π型水平烟道导流板位置、减小下部导流板数量，同时增加撞击式导流装置，使Π型水平烟道烟尘质量浓度相对均方根由0.331降低至0.241。文献[10-11]提出一种迎风面流线背风面钝体结构的两相均流板，采用数值模拟方法对比分析，相对于安装传统的导流板，烟尘浓度标准偏差系数下降10%～20%。文献[12-13]利用数值计算方法优化了催化剂上方的烟气流速、烟气入射角度及飞灰质量浓度，提出了导流板的角度应该与催化剂截面垂直的观点。

为解决催化剂局部严重磨损的问题，避免催化剂提前退役现象的发生，笔者利用圆盘静态混合器，在较低的压阻下改善了竖直烟道及催化剂上方截面气固两相流场的不均匀性，下文详细介绍方案选择及实验过程。

1优化方案与数值计算条件

某亚临界300MW机组SCR烟气脱硝系统于2014年投入使用，反应器布置3层平板式催化剂，2016年发现催化剂磨损。根据工业性试验与数值模拟计算结果可知，该SCR脱硝系统流场均匀性良好，满足标准要求[14]。

解决催化剂磨损的途径在于改善催化剂上方截面的烟尘浓度及烟尘粒径分布[15]，所提出结构优化方案主要有：（1）省煤器出口安装水平烟气/烟尘提升板；（2）竖直烟道加装圆盘静态混合器；（3）竖直烟道上部弯头处重新安装4块导流板。

为了保证准确计算SCR反应器入口烟气流速与烟尘浓度，本文采用工业性试验方法获得相关数据，以确定省煤器出口非均匀边界条件。具体步骤：

（1）根据GB/T16157—1996《固定源排气中颗粒和气态污染物的采样方法》的规定，在某300MW机组省煤器出口位置现场进行相关测量；

（2）将试验所获数据用于模型边界条件的设定，省煤器出口烟气参数如图1所示；

（3）根据省煤器出口的烟气流速场及烟尘浓度场分布，以相似准则为依据，将省煤器出口截面对应划分为多个入口，结合省煤器出口各区域参数，为每一个入口设定不同的边界条件，以此建立省煤器出口非均匀边界条件[16-17]。

采用Euler-Lagrange方法双向耦合烟气、烟尘流动，利用随机轨道模型考虑烟气脉动速度对烟尘运动的影响[18-20]，省煤器、SCR反应器出口设为烟尘逃逸，烟尘与烟道壁面及导流板之间的碰撞设为弹性碰撞，碰撞恢复系数依据文献[10]提出的经验公式模拟。

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