电站锅炉SCR系统改造前后数值模拟分析

北极星环保网讯:以某电站锅炉脱硝系统为例，对催化剂磨损、脱硝效率低等问题进行分析研究，通过数值模拟计算的方法，确定烟道内流场及灰场分布，对上述问题影响较大，最后提出对三角筋及导流板进行改造，极大地改善了气流和灰场的分布，减轻了催化剂的磨损，确保脱硝系统安全、可靠、经济运行。

随着电力生产的高速发展，能源消耗剧增，随之而来的环境污染也日趋严重，能源问题和环境问题已成为社会与经济发展的重要问题之一。在此大背景下，电力行业已经开始全面推行燃煤机组超低排放改造，要求NOx排放浓度严格控制在50mg/Nm3以下，为此对SCR系统提出更为严苛的要求。为了应对上述环保压力，需要在原有备用层位置加装一层催化剂，这种三层催化剂运行方式会在烟气流场、催化剂磨损、脱硝效率低等方面带来新的问题。

随着计算流体动力学CFD技术的不断进步，国内外很多厂家都在脱硝反应器设计中涉及流体流动、热交换、化学反应等现象应用CFD技术进行数值模拟。数值模拟不仅可以得到和冷态试验同一标准的流动特性，还可精确地对烟气的温度分布、NOx分布、NH3/NOx分布以及飞灰浓度分布进行预测。针对脱硝系统催化剂局部磨损严重的问题，利用数值模拟计算的方式寻求最优改造策略，避免局部催化剂磨穿失效导致脱硝效率下降、氨逃逸上升等问题，从整体上提高脱硝系统的性能。

1锅炉概况

某公司#1机组锅炉为上海锅炉厂有限公司制造的超临界参数变压运行直流炉，其型号为DG1160.5/17.4-Ⅱ13，一次中间再热、四角切圆燃烧、单炉膛、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构、平衡通风、露天布置、Π型锅炉。锅炉烟气脱硝装置采用“高含尘布置方式”的选择性催化还原法，在设计煤种、锅炉最大工况、处理100%烟气量条件下，脱硝效率不小于85%，脱硝装置出口NOx浓度不高于50mg/Nm3（6%氧含量，干烟气），布置3层催化剂。脱硝系统结构设计见图1所示。

图1 SCR系统结构示意图

烟气从省煤器出口进入渐扩段烟道，经下转角烟道进入垂直的上升烟道，在其中和还原剂氨混合，经上转角段烟道、整流格栅和钢梁进入催化剂层。

2数学模型和计算方法

2.1数学模型

由于整个脱硝系统不涉及换热，故作为绝热过程来进行模拟，烟气的温度不变，从而相关的物理参数也取常数。脱硝入口设置为速度入口边界，假设入口处流速分布均匀，脱硝出口设置为压力出口边界，按照常规运行值进行设定。采用修正k模型模拟气体湍流流动，采用物质输运模型模拟多种物质的混合，采用拉格朗日-颗粒随机轨道模型模拟飞灰颗粒的运行，相关的具体值见表1所示。

表1数值模拟主要参数设定

2.2计算方法

k方程

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