SCR 脫硝系統(tǒng)扭葉片混合器流場(chǎng)研究

摘 要：為提高SCR脫硝煙道進(jìn)口煙氣的流場(chǎng)均勻性，增加煙道中NH3/NOX與煙氣混合程度，提出一種扭葉片混合器，利用FLUENT軟件對(duì)四種不同算例情況下的扭葉片混合器流場(chǎng)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)加大扭葉片扭度，煙道出口NO濃度均勻性得到進(jìn)一步改善，改善效果要比增加扭葉片數(shù)量效果明顯很多。扭葉片阻力總體來說很小，對(duì)于脫硝煙道系統(tǒng)不失為一種很好的混合器，可以考慮推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：混合器；流場(chǎng)；SCR；扭葉片

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.012

1 引言

影響 SCR 技術(shù)脫硝效率的因素有很多，如混合程度、NH3逃逸量、催化劑性能、NH3/NOX 摩爾比和停留時(shí)間等[1-3]，但這些因素起作用的前提是 NH3與煙氣在 SCR 反應(yīng)器催化劑入口處已達(dá)到充分的混合，但是實(shí)際一些脫硝設(shè)備AIG到催化劑之間的煙道長(zhǎng)度不夠長(zhǎng)，不能保證足夠的煙氣擴(kuò)散、稀釋和混合時(shí)間。近年國(guó)內(nèi)也有學(xué)者對(duì)SCR（選擇性催化還原）脫硝系統(tǒng)的靜態(tài)混合器進(jìn)行了研究，并認(rèn)為其可以改善SCR 反應(yīng)器入口處的煙氣速度分布及NH3/NOX分布的均勻性。將煙氣和NH3/NOX混合均勻可提高煙氣的脫硝效率，延長(zhǎng)催化劑的更替周期，減少催化劑的預(yù)裝量，降低投資和運(yùn)行管理的成本，是火電廠節(jié)能減排的重中之重。

本文主要研究脫硝系統(tǒng)煙道內(nèi)氮氧化物和氨氣起混合作用的扭葉片混合器的混合效果和扭葉片阻力大小情況。 本文分四個(gè)算例研究扭葉片，算例1研究單個(gè)煙道內(nèi)無任何混合器情況下，出口NO混合情況及煙道阻力大小；算例2研究放入扭葉片混合器后煙道出口NO混合情況和扭葉片阻力大小；算例3 將算例2 的扭葉片僅數(shù)量增加1倍，研究煙道出口NO混合情況和扭葉片阻力大小；算例4 將算例2中扭葉片扭度增加，其它不變，研究煙道出口NO混合情況和扭葉片阻力大小。 通過計(jì)算結(jié)果分析規(guī)律，為以后設(shè)計(jì)扭葉片混合器提供參考。

2 計(jì)算結(jié)果與分析

2.1 算例1單個(gè)煙道模擬結(jié)果

2.1.1 幾何模型及邊界條件

煙道幾何尺寸為20000 mm×12000 mm×2400 mm，邊界條件：設(shè)置煙道入口煙氣流速12m/s，出口壓力-600Pa， 煙氣溫度655K，煙道入口NO濃度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為21.4%。

2.1.2 NO濃度場(chǎng)和壓力場(chǎng)

經(jīng)計(jì)算，煙道出口NO濃度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為10.9%，也就是說隨著煙道長(zhǎng)度的加長(zhǎng)，NO氣體能夠與煙氣混合程度越充分，煙道內(nèi)沿程阻力為3Pa。

2.2 算例2 扭葉片1模擬結(jié)果

2.2.1 幾何模型及邊界條件

扭葉片混合器距離煙道進(jìn)口5000mm；煙道幾何尺寸和邊界條件與算例1相同。

2.2.2 NO 濃度場(chǎng)和壓力場(chǎng)

經(jīng)計(jì)算，煙道出口NO濃度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為7.5%，相對(duì)于煙道進(jìn)口NO均勻性改善了很多；相對(duì)于無任何混合器的煙道，出口NO濃度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差改善了3.4%。此組扭葉片阻力為7Pa。

2.3 算例3 扭葉片2模擬結(jié)果

2.3.1 幾何模型及邊界條件

此模型僅將算例2的扭葉片數(shù)量增加1倍，扭葉片及煙道幾何尺寸和邊界條件與算例2相同。

2.3.2 NO濃度場(chǎng)和壓力場(chǎng)

經(jīng)計(jì)算，煙道出口NO濃度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為7.2%，相對(duì)于算例2 出口NO濃度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差改善了0.3%，扭葉片數(shù)量的增加使出口煙道NO濃度均勻性得到了一定的改善。此組扭葉片阻力為11Pa。

2.4 算例4 扭葉片3模擬結(jié)果

2.4.1 幾何模型及邊界條件

此模型僅將算例2的扭葉片扭度加大，扭葉片數(shù)量及煙道幾何尺寸和邊界條件與算例2相同。

2.4.2 NO濃度場(chǎng)和壓力場(chǎng)

經(jīng)計(jì)算，煙道出口NO濃度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為6.4%，相對(duì)于算例2煙道出口NO濃度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差改善了1.1%，可見加大扭葉片扭度可使NO混合程度加強(qiáng)。此組扭葉片阻力為18Pa。

3 結(jié)論

通過研究發(fā)現(xiàn)，煙道隨著長(zhǎng)度的增加，NO 混合就會(huì)越充分，在其他條件不變的情況下，煙道長(zhǎng)度越長(zhǎng)越有利于NO的混合；扭葉片混合器改善了原有煙道出口NO濃度均勻性，扭葉片混合器后隨著距離的增加，NO混合效果明顯；增加扭葉片混合器數(shù)量可使煙道出口NO濃度均勻性得到一定改善；加大扭葉片扭度，煙道出口NO濃度均勻性得到進(jìn)一步改善，改善效果要比增加扭葉片數(shù)量效果明顯很多。扭葉片阻力總體來說很小，對(duì)于脫硝煙道系統(tǒng)不失為一種很好的混合器，可以考慮推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳山.大型電站鍋爐煙氣脫硝選擇催化還原系統(tǒng)優(yōu)化研究[D]. 杭州：浙江大學(xué)，2007.

[2]高蓮，馬曉池.選擇性催化還原廢氣脫硝技術(shù)[J].化工環(huán)保， 2005，25（05）：358-360.

[3]Busca G，Lietti L，Ramis G，et al.Chemical and mechanistic aspects of the selective catalytic reduction of NOX by ammonia over oxide catalysts： A review[J].Applied Catalysis B： Environmental，1998，18（01）：1-36.

作者簡(jiǎn)介：王美巧（1984-），女，遼寧大連人，碩士，工藝工程師，主要從事煙氣脫硝流場(chǎng)模擬及相關(guān)設(shè)計(jì)工作。