460t/h煤粉炉SCR脱硝系统的设计与优化

北极星环保网讯:以某新建460t/h煤粉炉的SCR脱硝项目为例，基于CFD软件完成几何建模、网格划分、数值计算等模拟工作，分析SCR脱硝系统的速度分布、NH3浓度分布、烟气入射角及压损情况。结果显示：最终的导流板布置方案能达到比较理想的流场分布，脱硝系统满足各项性能指标要求。

关键词：烟气脱硝；SCR；流场优化；数值模拟

选择性催化还原法(SCR)脱硝技术是指在催化剂作用下，在280~420℃的温度范围内，还原剂(氨水、尿素等)有选择地将烟气中的NOX还原成为N2和H2O来减少NOX排放的技术，具有技术成熟、效率高、易控制等优势[1]。在最新标准100mg/m3的排放限制下[2]，目前乃至今后SCR技术仍是国内火电、化工等行业大机组脱硝项目的首选。

SCR 脱硝技术的关键在于烟气能与还原剂充分地混合并以合适的速度和角度进入催化剂发生反应，这主要取决于脱硝装置内的流场分布，其中最关键的两个位置分别是喷氨格栅(AIG)上游截面和首层催化剂的上游截面，前者对氨浓度分布起到决定性作用，后者对脱硝性能有着最直接的影响。变异系数CV为标准差与平均数之比[3]，是反应某数据的离散程度的绝对值，可作为评价SCR脱硝系统CFD流场优化的定量指标，其中各指标的目标值如表1中所示。

本文基于CFD软件FLUENT，对完整的SCR脱硝装置进行了流场模拟，着重分析了AIG上游及首层催化剂上游截面上的各项指标，作为依据设计并优化了脱硝装置内部的导流板布置方案。

1 三维建模

采用三维建模软件Gambit，建立1：1比例的几何模型，模型范围包括从省煤器尾部烟道至空预器入口烟道部分。考虑到导流板以及整流格栅的厚度远小于反应器尺度，故都将其厚度忽略。模型如图1所示。网格划分时对模型进行分块处理，较规则区域采用结构化网格，内部结构较复杂区域采用非结构化网格，总网格数约370万。

2 计算模型

采用标准k-ε模型对SCR系统内的烟气湍流流动过程进行模拟，烟气与还原剂氨的混合模拟采用多组分输运模型，选取多孔介质模型对催化剂层进行模拟。

3 边界条件

本文以锅炉BMCR工况为计算对象，省煤器出口烟气量为442767Nm3/h，烟气动力粘度为5.98×10-5 m2/s。为使氨气与烟气充分混合，喷氨格栅共均布了216 个小喷口，单个喷口面积为1.256×10-3m2，稀释后的氨气量为1971Nm3/h，结合以上参数和脱硝装置进出口尺寸可得SCR进出口及氨气入口的边界参数，见表2。

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