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    新型短流程SCR 煙氣脫硝系統(tǒng)的模擬分析及優(yōu)化

    2022-06-27 05:56:28常慶明王澤政
    關(guān)鍵詞:標(biāo)準(zhǔn)偏差煙道導(dǎo)流

    陳 笛,常慶明,王澤政

    (武漢科技大學(xué) 鋼鐵冶金及資源利用省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北 武漢 430081)

    氮氧化物是煤燃燒過(guò)程中釋放的主要污染物之一,包括NO和NO2,其中NO占95%。為保護(hù)生態(tài)環(huán)境,我國(guó)提高了NO的排放標(biāo)準(zhǔn),火力發(fā)電燃煤鍋爐需要采取有效措施來(lái)降低NO的排放量。選擇性催化還原(Selective catalytic reduction,SCR)煙氣脫硝技術(shù)以其技術(shù)成熟、幾乎無(wú)二次污染、脫硝效率高、系統(tǒng)裝置簡(jiǎn)單以及運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn),在大型燃煤發(fā)電行業(yè)獲得廣泛采用[1-2]。

    傳統(tǒng)SCR煙氣脫硝系統(tǒng),煙氣從省煤器煙道進(jìn)入SCR煙氣脫硝裝置入口煙道,經(jīng)90°轉(zhuǎn)彎上升進(jìn)入垂直煙道,流經(jīng)噴氨格柵,與噴氨格柵噴射出的氨氣混合,經(jīng)90°轉(zhuǎn)彎向右進(jìn)入水平煙道,然后經(jīng)90°轉(zhuǎn)彎垂直向下流經(jīng)整流格柵和催化劑層,最終在催化劑層中發(fā)生脫硝反應(yīng),將煙氣中的NO去除,脫硝后的煙氣從煙氣出口進(jìn)入空氣預(yù)熱器[3]。傳統(tǒng)SCR煙氣脫硝系統(tǒng)各區(qū)域流程較長(zhǎng),建造和維護(hù)成本高。為了降低成本,某環(huán)保公司設(shè)計(jì)了一種新型短流程SCR煙氣脫硝系統(tǒng),該設(shè)計(jì)中取消了過(guò)渡煙道,并將催化劑層直接設(shè)置在噴氨格柵上方,系統(tǒng)裝置簡(jiǎn)單、成本低。然而,新型短流程SCR煙氣脫硝系統(tǒng)并沒(méi)有文獻(xiàn)及經(jīng)驗(yàn)參考,其脫硝效率也未知,因此在工程應(yīng)用前對(duì)其進(jìn)行研究很有必要。脫硝效率和氨逃逸率是衡量SCR煙氣脫硝系統(tǒng)性能的兩個(gè)重要指標(biāo),而催化劑層入口截面上煙氣速度分布均勻性和NH3與NO混合均勻程度是影響這兩個(gè)指標(biāo)的重要因素[4]。當(dāng)煙氣流經(jīng)催化劑層時(shí),如果流速分布不夠均勻,容易造成NH3和NO反應(yīng)不充分,催化劑得不到充分利用。此外,高流速煙氣會(huì)造成催化劑層的沖蝕和磨損,而低流速煙氣會(huì)造成催化劑層的積灰和堵塞,影響催化劑層的脫硝性能和壽命。同時(shí),NH3與NO濃度比分布均勻程度也是影響脫硝效率的重要因素,如一部分NO接觸過(guò)量NH3,造成氨逃逸率增大;而另一部分NO接觸NH3不足,脫硝效率達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

    隨著計(jì)算流體力學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,用其對(duì)新型短流程SCR煙氣脫硝系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值模擬,可為系統(tǒng)內(nèi)導(dǎo)流板布置及噴氨格柵優(yōu)化提供重要參考。本文以新型短流程SCR煙氣脫硝系統(tǒng)為研究對(duì)象,初步設(shè)計(jì)的SCR煙氣脫硝裝置不包括導(dǎo)流板,通過(guò)增設(shè)導(dǎo)流板和優(yōu)化噴氨格柵結(jié)構(gòu),分析導(dǎo)流板和噴氨格柵噴嘴的布置、數(shù)量及直徑對(duì)催化劑層入口截面(截面B)上煙氣速度、NH3與NO濃度比分布的影響,使其滿(mǎn)足工程要求,并為新型短流程SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供參考。

    1 SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的幾何模型

    新型短流程SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的幾何模型見(jiàn)圖1。如圖1(a)所示,煙氣入口長(zhǎng)3.3 m、寬3.2 m,系統(tǒng)高14.5 m,因其對(duì)稱(chēng)性,模擬計(jì)算的幾何模型取其一半。煙氣經(jīng)省煤器煙道進(jìn)入新型短流程SCR煙氣脫硝裝置入口,垂直向上流經(jīng)噴氨格柵后,煙氣中的NO與噴氨格柵中的NH3混合,在上方V2O5-TiO2蜂窩式結(jié)構(gòu)催化劑層發(fā)生脫硝反應(yīng),煙氣中的NO被NH3還原成N2,經(jīng)90°轉(zhuǎn)彎向右進(jìn)入水平煙道,然后再經(jīng)90°轉(zhuǎn)彎垂直向下從煙氣出口進(jìn)入空氣預(yù)熱器。SCR煙氣脫硝系統(tǒng)有3 層催化劑層(兩層使用,1 層備用)。如圖1(b)所示,由于SCR系統(tǒng)整體尺寸較大,噴嘴尺寸較小,為了保證計(jì)算精度及運(yùn)算時(shí)間,采用非均勻網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格劃分,其中噴嘴部分采用較小的非結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格,其它區(qū)域采用較大的結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格,模型總網(wǎng)格數(shù)為175 萬(wàn)。

    圖1 新型短流程SCR煙氣脫硝系統(tǒng)幾何模型及網(wǎng)格劃分Fig. 1 Geometric model and gird division of new short process SCR flue gas denitrification system

    2 SCR煙氣脫硝系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

    SCR煙氣脫硝系統(tǒng)內(nèi)氣體流動(dòng)模型包括連續(xù)性方程、動(dòng)量守恒方程和湍流控制方程,對(duì)催化劑層流動(dòng)采用多孔介質(zhì)模型,并用組分輸運(yùn)模型模擬NH3與NO混合。SCR煙氣脫硝過(guò)程是集物理和化學(xué)變化的復(fù)雜過(guò)程,模擬中為了簡(jiǎn)化,不考慮催化劑層中的化學(xué)反應(yīng)及影響,并作出如下假設(shè):不考慮煙氣中灰分的影響;整個(gè)系統(tǒng)絕熱,且無(wú)漏風(fēng);流動(dòng)是定常的;噴嘴均勻出流;所有氣體為理想氣體。

    2.1 流動(dòng)控制方程

    SCR煙氣脫硝系統(tǒng)內(nèi)氣體的流動(dòng)包括入口煙氣和噴氨格柵噴出氨氣的湍流流動(dòng),其流動(dòng)控制方程包括:連續(xù)性方程(式(1)),動(dòng)量守恒方程(式(2))和湍動(dòng)能k和耗散率ε方程(式(3)、式(4))[5]。

    式中,ρ為密度,kg/m3;ui為速度矢量在3 個(gè)坐標(biāo)方向的分量,m/s;xi為位移矢量的分量,m。

    式中,p為靜壓,Pa;μ為動(dòng)力粘度,Pa·s;ρgi、Fi分別為重力體積力、其他體積力,N。

    式中,Gk和Gb分別為平均層流速度梯度和浮力引起的湍流動(dòng)能的產(chǎn)生項(xiàng);C1ε、C2ε、C3ε為經(jīng)驗(yàn)常數(shù),σk、σε分別為湍流動(dòng)能k與耗散率ε方程對(duì)應(yīng)的湍流普朗特?cái)?shù);μt為湍流粘性系數(shù)。

    2.2 組分輸運(yùn)模型

    由于SCR煙氣脫硝系統(tǒng)涉及到多種氣體成分的混合,因此采用組分輸運(yùn)模型模擬NH3與NO的混合過(guò)程[6],通過(guò)第i種物質(zhì)的對(duì)流擴(kuò)散方程預(yù)估該物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Yi,守恒方程如式(5)、式(6)。

    式中,Ji為物質(zhì)i的擴(kuò)散通量;Sct為湍流施密特?cái)?shù),表示運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)和擴(kuò)散系數(shù)兩者之間的比值,一般設(shè)置為0.7;Dt為擴(kuò)散系數(shù)。

    2.3 多孔介質(zhì)模型

    NH3與NO混合后通過(guò)兩層由V2O5-TiO2蜂窩式結(jié)構(gòu)材料組成的催化劑層時(shí),受到一定的阻力,為此,采用多孔介質(zhì)模型來(lái)模擬這一過(guò)程。多孔介質(zhì)模型以動(dòng)量源項(xiàng)方式附加于動(dòng)量守恒方程(式(2))的右端。源項(xiàng)由兩部分組成,一部分是粘性損失項(xiàng),另一部分是內(nèi)部損失項(xiàng)[7],其表達(dá)式如式(7)所示。

    式中,Si為i方向(X,Y,Z)動(dòng)量源項(xiàng),Pa/m;Dij為粘性阻力系數(shù)矩陣系數(shù),1/m2;Cij為慣性損失系數(shù)矩陣系數(shù),1/m;vj為j方向催化劑上方截面煙氣平均速度,m/s。

    2.4 邊界條件

    鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量(BMCR)工況下,煙氣體積流量(標(biāo)況)為456000 m3/h,對(duì)應(yīng)的煙氣入口速度為12 m/s,煙氣中各組分的體積分?jǐn)?shù)見(jiàn)表1。噴氨格柵噴出氣體為NH3和空氣的混合氣體,各組分的體積分?jǐn)?shù)見(jiàn)表2。壁面設(shè)定為無(wú)滑移邊界條件,煙氣出口采用Outflow出口邊界條件。

    表1 煙氣組成Table 1 Components of flue gas

    表2 噴氨氣體組成Table 2 Components of ammonia injection gas

    2.5 不均勻系數(shù)

    為了使NH3和NO在催化劑層中完全反應(yīng),要求催化劑層入口煙氣速度、氨氣速度和NH3與NO濃度比分布均勻。為便于對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行分析,在SCR煙氣脫硝系統(tǒng)模型中選取3 個(gè)代表性的截面作為研究對(duì)象,見(jiàn)圖2。如圖2 所示,截面A(X= 1.650 m)是位于SCR煙氣脫硝反應(yīng)器垂直于X方向的縱剖面;截面B(Y= 7.005 m)為垂直于煙氣主流方向并靠近第一層催化劑層入口的橫截面;截面C(Z= -1.600 m)是SCR煙氣脫硝反應(yīng)器對(duì)稱(chēng)面。

    圖2 SCR煙氣脫硝系統(tǒng)各截面Fig. 2 Sections of SCR flue gas denitration system

    通過(guò)催化劑層入口截面上參數(shù)的不均勻性可評(píng)估反應(yīng)器性能。本文采用相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差系數(shù)cv來(lái)衡量SCR煙氣脫硝系統(tǒng)內(nèi)速度、濃度分布均勻程度[8],cv定義如式(8)~式(10)。cv值越小,表示催化劑層入口截面上煙氣速度、NH3與NO濃度比的分布越均勻。煙氣進(jìn)入首層催化劑的速度偏差系數(shù)和NH3與NO濃度比相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差系數(shù)對(duì)脫硝反應(yīng)影響較大。在工程應(yīng)用中,要求催化劑層入口截面前煙氣速度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于15.00%,NH3與NO濃度比相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于5.00%[9-13]。

    式中,xi為每個(gè)測(cè)點(diǎn)的數(shù)值為平均值,m/s。

    3 數(shù)值模擬及結(jié)果分析

    3.1 無(wú)導(dǎo)流板時(shí)速度場(chǎng)模擬

    為考察煙氣在原始設(shè)計(jì)下SCR煙氣脫硝系統(tǒng)內(nèi)的流動(dòng)情況,不設(shè)置導(dǎo)流板及噴氨格柵,通過(guò)觀(guān)察系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)特征,為系統(tǒng)變截面處導(dǎo)流板的布置提供參考。圖3 為無(wú)導(dǎo)流板時(shí)SCR煙氣脫硝系統(tǒng)內(nèi)速度分布。其中圖3(a)和圖3(b)分別為煙氣在截面A上的速度云圖和速度矢量分布。由圖3(a)可知,當(dāng)煙道內(nèi)不設(shè)置任何導(dǎo)流裝置時(shí),煙氣在煙道右側(cè)形成低速區(qū);對(duì)應(yīng)于圖3(b),可見(jiàn)在該區(qū)域形成了漩渦并導(dǎo)致了煙氣回流,煙道內(nèi)流場(chǎng)分布很不均勻。圖3(c)為截面B速度云圖,從圖中可以觀(guān)察到截面B上流場(chǎng)極為不均勻,速度沿X方向分布基本一致,在Z方向上有較大的速度梯度,經(jīng)式(8)計(jì)算此時(shí)截面B上速度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為27.00%,不能滿(mǎn)足小于15.00%的工程要求。

    圖3 無(wú)導(dǎo)流板時(shí)煙氣速度分布Fig. 3 Velocity distribution of flue gas without deflectors

    3.2 導(dǎo)流板對(duì)速度場(chǎng)分布的影響

    為使煙道流場(chǎng)分布均勻,避免煙道右側(cè)低速回流區(qū)出現(xiàn),提高上升煙道右側(cè)的速度,在煙道變截面處Z方向等間距布置不同數(shù)量的導(dǎo)流板。如圖4所示的3 種方案,導(dǎo)流板數(shù)量分別為6 塊、12 塊和18 塊,導(dǎo)流板高度為500 mm。同時(shí),在催化劑層入口截面前加裝整流格柵,整流格柵在X、Z和Y方向的間距分別為308 mm、300 mm和200 mm??疾旄鞣桨笩煔庠诮孛鍮上的速度分布。

    圖4 Z方向?qū)Я靼宓脑O(shè)置方式Fig. 4 Setting mode of Z direction deflector

    圖5為沿Z方向布置12 塊導(dǎo)流板后,截面A上的局部速度云圖。

    圖5 煙氣在截面A上局部速度分布(12 塊導(dǎo)流板)Fig. 5 Local velocity distribution of flue gas on Section A (12 deflectors)

    由圖5 可知,加裝導(dǎo)流板后,對(duì)消除煙道右側(cè)低速區(qū)有很大作用,煙氣在變截面處被分成若干個(gè)通道區(qū)域,通過(guò)導(dǎo)流板的導(dǎo)流作用,將該區(qū)域下方的煙氣導(dǎo)流到右側(cè)區(qū)域,避免了反應(yīng)器右側(cè)形成速度死區(qū)。

    圖6為3 種方案中截面B上的速度云圖。由圖6可知,隨導(dǎo)流板數(shù)量增多,沿Z方向速度分布梯度逐漸減小。沿Z方向?qū)Я靼鍞?shù)量分別為6 塊、12 塊和18 塊時(shí),經(jīng)式(8)計(jì)算截面B上煙氣速度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為14.90%、13.90%和9.30%。與無(wú)導(dǎo)流板時(shí)速度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差27.00%相比,截面B上煙氣速度不均勻系數(shù)大幅降低,且隨著導(dǎo)流板數(shù)量增多,速度均勻性越好。進(jìn)一步增加導(dǎo)流板數(shù)量,速度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差會(huì)進(jìn)一步降低,但提高了制造和維護(hù)成本。本研究采用12 塊導(dǎo)流板,此時(shí)截面B上的速度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差符合低于15.00%的工程要求。

    圖6 煙氣在截面B上速度分布Fig. 6 Velocity distribution of flue gas on Section B

    沿Z方向布置12 塊導(dǎo)流板后,加裝噴氨格柵,考慮噴氨格柵對(duì)煙道流場(chǎng)的影響,經(jīng)計(jì)算截面B上煙氣速度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差大于15.00%,不滿(mǎn)足工程要求。沿Z方向設(shè)置12 塊導(dǎo)流板后截面C上的速度分布云圖見(jiàn)圖7。由圖7 可知,SCR煙氣脫硝系統(tǒng)左右兩側(cè)也有較小的截面漸擴(kuò),導(dǎo)致沿X方向左右兩側(cè)也有低速區(qū)。為此,在沿Z方向布置12 塊導(dǎo)流板的基礎(chǔ)上,沿X方向增設(shè)6 塊導(dǎo)流板,導(dǎo)流板間距253 mm,見(jiàn)圖8。圖9 為X方向增設(shè)6 塊導(dǎo)流板,煙氣在截面C和截面B上的速度云圖。由圖9(a)可知,左右兩側(cè)低速區(qū)基本消失;由圖9(b)可知,煙氣在截面B上的速度均勻性進(jìn)一步提高。經(jīng)式(8)計(jì)算,截面B上煙氣速度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差由13.90%下降到8.20%,催化劑層入口截面上速度均勻性提高。在此方案的基礎(chǔ)上加裝噴氨格柵,考慮到噴氨格柵對(duì)流場(chǎng)的影響,截面B上煙氣速度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為13.60%,滿(mǎn)足工程要求。

    圖7 煙氣在截面C上速度分布(12 塊導(dǎo)流板)Fig. 7 Velocity distribution of flue gas on Section C (12 deflectors)

    圖8 X方向增設(shè)6 塊導(dǎo)流板Fig. 8 6 deflectors added in X direction

    圖9 煙氣速度分布(Z方向12 塊導(dǎo)流板、X方向6 塊導(dǎo)流板)Fig. 9 Velocity distribution of flue gas (12 deflectors in Z direction and 6 deflectors in X direction)

    3.3 NH3 與NO濃度比模擬

    SCR反應(yīng)器中催化劑層入口截面反應(yīng)物(NH3和NO)均勻混合是脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一。反應(yīng)物濃度分布不均,使反應(yīng)不能充分進(jìn)行,從而降低脫硝性能,增加氨的逃逸和消耗[14]。在導(dǎo)流板布置優(yōu)化煙道流場(chǎng)后,研究分析噴氨格柵上噴嘴的布置、數(shù)量及噴嘴直徑對(duì)截面B上NH3與NO濃度比分布均勻性的影響,進(jìn)而優(yōu)化噴氨格柵結(jié)構(gòu),使截面B上NH3與NO濃度比相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差控制在5.00%以下。

    3.3.1 噴嘴數(shù)量的影響

    為分析噴氨格柵噴嘴布置方式及數(shù)量對(duì)截面B上NH3與NO濃度比分布均勻性的影響,對(duì)不同方案下噴氨格柵噴嘴布置及數(shù)量進(jìn)行設(shè)置(表3)。為了保證總的NH3與NO濃度比不變,噴入氨氣總量保持不變,所有噴嘴直徑均為35 mm,因而不同方案下對(duì)應(yīng)的噴嘴噴氨速度各不相同??紤]到計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力的限制,本文利用對(duì)稱(chēng)的邊界條件選取一半煙道空間進(jìn)行計(jì)算。方案I、Ⅱ和Ⅲ中噴氨格柵噴嘴的布置方式分別為沿X方向均勻布置13 根、11 根和11 根噴管,噴管直徑為40 mm,每根支管上沿Z方向均勻排列16 個(gè)、16 個(gè)和12 個(gè)噴嘴,噴嘴總數(shù)分別為208 個(gè)、176 個(gè)和132 個(gè),對(duì)應(yīng)噴氨速度分別為4.46 m/s、5.28 m/s和7.04 m/s。

    表3 噴嘴布置方式及數(shù)量Table 3 Arrangement and number of nozzle

    圖10為不同方案下截面B上的NH3與NO濃度比云圖。由圖10 可知,隨著噴嘴數(shù)量的增多,截面B上NH3與NO濃度比分布越均勻。經(jīng)式(8)計(jì)算,方案I、Ⅱ和Ⅲ下截面B上的NH3與NO濃度比相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為4.03%、4.56%和5.98%。研究表明,增加噴嘴數(shù)量能夠提高截面B上NH3與NO濃度比分布均勻性,但是隨著噴嘴數(shù)量的增加,該趨勢(shì)逐漸變緩。分析其原因,噴嘴數(shù)量越多,噴氨出口處附近垂直于Y軸橫斷面上的初始NH3與NO濃度比分布越均勻,到達(dá)截面B上的NH3與NO濃度比分布也越均勻。方案Ⅲ不滿(mǎn)足NH3與NO濃度比相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于5.00%的工程要求。方案I NH3與NO濃度比分布相比最均勻,比方案Ⅱ增加了0.53%,卻提高了制作加工成本。綜合多種因素,方案Ⅱ是目前最好方案。

    圖10 截面B上NH3 與NO濃度比分布Fig. 10 NH3 and NO concentration ratio distribution on Section B

    3.3.2 噴嘴直徑的影響

    為研究噴嘴直徑對(duì)截面B上NH3與NO濃度比分布均勻性的影響,在方案Ⅱ下改變噴嘴直徑,如表4 所示。

    表4 噴嘴直徑及氨氣噴射速度Table 4 Nozzle diameter and ammonia injection speed

    在保持總噴氨量不變的條件下,不同噴嘴直徑對(duì)應(yīng)的噴嘴噴氨速度各不相同。不同噴嘴直徑下截面B上的NH3與NO濃度比云圖如圖11 所示。根據(jù)式(8)計(jì)算對(duì)應(yīng)的NH3與NO濃度比相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差,其隨噴嘴直徑變化規(guī)律如圖12 所示。由圖11和圖12 可知,噴嘴直徑分別為32 mm、35 mm和38 mm時(shí),對(duì)應(yīng)的NH3與NO濃度比相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為4.97%、4.56%和5.47%,即隨著噴嘴直徑增大,截面B上的NH3與NO濃度比偏差先減小后增大。這是因?yàn)榻孛鍮上的NH3與NO濃度比偏差受到兩方面因素的影響。一方面,噴嘴越小,噴氨出口處初始NH3與NO濃度比偏差越大,這會(huì)導(dǎo)致截面B上的NH3與NO濃度比偏差越大;另一方面,噴嘴越小,噴氨速度越大,NH3的湍流強(qiáng)度更為激烈,使NH3和NO之間的混合更激烈,到達(dá)截面B上的NH3與NO濃度比偏差越小。這兩方面因素綜合作用,當(dāng)噴嘴直徑由32 mm增加為35 mm時(shí),噴嘴直徑增大,導(dǎo)致噴嘴出口處初始NH3與NO濃度比偏差變小起到主導(dǎo)作用,截面B上的NH3與NO濃度比相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差降低;當(dāng)噴嘴直徑由35 mm增加為38 mm時(shí),噴嘴速度減小,NH3湍流強(qiáng)度降低,NH3和NO之間的混合減弱占主導(dǎo)作用,截面B上的NH3與NO濃度比相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差升高。

    圖11 截面B上NH3 與NO濃度比分布Fig. 11 NH3 and NO concentration ratio distribution on Section B

    圖12 噴嘴直徑對(duì)NH3 與NO濃度比相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差的影響Fig. 12 Effect of nozzle diameter on relative standard deviation of NH3 and NO concentration ratio

    綜上,新型短流程SCR煙氣脫硝系統(tǒng)中,沿Z方向布置12 塊導(dǎo)流板、X方向布置6 塊導(dǎo)流板,噴氨格柵設(shè)置176 個(gè)噴嘴,噴嘴直徑35 mm,此時(shí)截面B上速度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為13.6%,NH3與NO濃度比相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為4.56%,滿(mǎn)足工程要求,而且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,成本較低。

    4 結(jié)論

    通過(guò)模擬計(jì)算新型短流程SCR煙氣脫硝系統(tǒng)內(nèi)催化劑層入口截面B上煙氣速度和NH3與NO濃度比分布,分析了導(dǎo)流板布置對(duì)煙道流場(chǎng)分布均勻性的影響,以及噴氨格柵上噴嘴的布置、數(shù)量和直徑對(duì)截面B上NH3與NO濃度比均勻性的影響,得到以下主要結(jié)論。

    (1)系統(tǒng)內(nèi)無(wú)導(dǎo)流板時(shí),截面B上的速度分布不均勻,煙氣在截面B上速度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為27.00%,無(wú)法滿(mǎn)足工程要求。

    (2)在變截面處設(shè)置導(dǎo)流板,因?qū)Я髯饔茫上鲌?chǎng)的低速回流現(xiàn)象。采用沿Z方向12 塊導(dǎo)流板、X方向6 塊導(dǎo)流板的布置方案,并考慮噴氨格柵對(duì)煙道流場(chǎng)的影響,煙氣在截面B上速度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為13.6%,滿(mǎn)足工程要求,同時(shí)又能維持適宜的生產(chǎn)成本。

    (3)在保持噴氨量不變的情況下,噴嘴直徑為35 mm,增加噴嘴數(shù)量有利于提高截面B上NH3與NO濃度比分布均勻性,但會(huì)增加加工成本。綜合考慮,噴氨格柵布置方式為11 根噴氨支管,每根支管上布置11 個(gè)噴嘴。保持噴氨量不變,增加噴嘴直徑,截面B上NH3與NO濃度比相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差先減小后增大,最佳噴嘴直徑為35 mm,此時(shí)截面B上NH3與NO濃度比相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為4.56%,滿(mǎn)足工程要求。

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