煙氣脫硝設計中的流體均布分析

王澤璞

摘 要：流場的分布是影響脫硝效率主要因素之一。在大型電站鍋爐中，選擇性催化還原煙氣脫硝過程是十分復雜的，因此，采用CFD的方法計算導流板改進前后的流場，通過對比CV值說明改進前后的差異。結果表明，通過導流板能夠明顯提高導流板前后的流場均勻性。而氨濃度分布受負荷限制，在60%和84%負荷時，改進后氨濃度分布比較均勻，這為脫硝改造提供了理論依據。

關鍵詞：火電；脫硝；導流板；流體力學

中圖分類號：X773 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.23.096

氮氧化物在強烈的紫外線作用下生成光化學煙霧，而選擇性催化還原法是常用的脫硝方案。這種方法結構簡單，運行可靠，脫硝效率高，沒有副產品等，但是，煙氣流經變徑處時會使煙氣速度發生突變，致使其流場分布不均衡，進而產生渦流，降低脫硝性能。因此，一般情況下，可在變徑處加入導流板解決這個問題。

1 均勻性評價指標與結果分析

本文計算中引入可以表征流場均勻性程度的相對標準偏差（CV值），對流場的均勻性程度進行量化分析。通過比較CV值，可以判斷出流場均勻性程度。

相對標準偏差CV值的定義式為：

式（1）（2）中：CV為相對標準偏差（也被稱為“變異系數”）；S為標準偏差； 為所有采樣點的平均速度值；Vi為第i個采樣點的速度值；n為采樣點個數。

通過比較CV值，可以判斷截面上流場的均勻性。CV值越小，均勻性越好；CV值越大，均勻性越差。當第一層催化劑層入口截面的速度CV值達到15%以下時，即認為流場的均勻性達到了令人滿意的水平。中心面流場分布、催化劑入口截面氨濃度改造前后的數值計算結果如圖1所示。

計算結果表明，改進前流體在煙氣出口彎道處流速比較大。雖然原始設計設置了導流板，但是，速度在該位置處比較大，容易造成擾流。經過調整后的導流板附近區域流速有所降低，上下過渡比較均勻。這說明，改進后的流場更加均勻。

改進前后速度CV值和氨濃度CV值的對比情況如圖2所示。

結果表明，原始方案催化劑入口截面上速度均方根偏差比較大，不符合SCR流場對均勻程度的要求。通過改進入口煙道、垂直煙道轉彎處的導流葉片，催化劑入口截面速度均方根偏差全部小于原始，速度CV值偏差僅為2%，流場均勻程度有較大改善。

在CFD計算結果中，改造前后的氨濃度場差別不大，但是，在多個運行負荷的情況下，改造后氨濃度CV值比較小，因此，整體均勻性要比改進前好。

2 結論

本文采用CFD方法模擬、分析導流板改進方案，通過對比84%，70%和60%運行負荷下的速度場CV值和氨濃度CV值，分析了原始方案中存在的問題。由此說明2種工況下的速度場和氨濃度場的均勻性，并為降低設計成本、縮短時間提供了理論參考依據。

參考文獻

[1]趙宗讓.電廠鍋爐SCR煙氣脫硝系統設計優化[J].中國電力，2005，38（11）.

[2]楊冬，徐鴻.SCR煙氣脫硝技術及其在燃煤電廠的應用[J].電力環境保護，2007（1）.