王美春

摘要：選擇性催化還原法，即SCR，被認(rèn)作是最適合用于脫除燒結(jié)煙氣氮氧化物的核心技術(shù)。其中，反應(yīng)器內(nèi)煙氣速度分布是否均勻，成為決定系統(tǒng)脫硝效率與降低氮氧化物濃度的重要保障。針對于此，我們必須對導(dǎo)流板、整流器等內(nèi)部構(gòu)件的分布情況進(jìn)行綜合分析，明確其對反應(yīng)器內(nèi)部流場的實際影響。文章主要結(jié)合燒結(jié)煙氣SCR脫硝反應(yīng)器的實際應(yīng)用與原理，進(jìn)一步分析SCR脫硝反應(yīng)器流場模擬流程。并在此基礎(chǔ)上，提出關(guān)于燒結(jié)煙氣SCR脫硝反應(yīng)器設(shè)計的優(yōu)化方法，以供參考。

關(guān)鍵詞：燒結(jié)煙氣：SCR脫硝反應(yīng)器；流場模擬；設(shè)計優(yōu)化

氮氧化物作為加劇大氣污染成為的主要成分之一，不僅會對空氣質(zhì)量造成嚴(yán)重危害，同時也會對人身安全造成嚴(yán)重危害，必須對其的管控工作予以高度重視。經(jīng)過多年的發(fā)展與實踐，我國氮氧化物的脫除技術(shù)與相關(guān)方法逐漸發(fā)展成熟，應(yīng)用范圍較寬泛。其中，選擇性催化還原（SCR）技術(shù)憑借自身氮氧化物脫除效率高、操作簡便以及清潔性等方面應(yīng)用優(yōu)勢，逐漸成為我國脫除氮氧化物的核心技術(shù)。目前，以SCR為主的脫硝反應(yīng)器得到廣泛應(yīng)用，應(yīng)用效果較顯著。然而，介于燃煤電站SCR脫硝系統(tǒng)煙氣流動距離短等方面的不利因素影響，SCR脫硝反應(yīng)器應(yīng)該得到進(jìn)一步優(yōu)化。

1 SCR脫硝反應(yīng)器的物理模型

一般來說， SCR脫硝反應(yīng)的煙氣都會進(jìn)入進(jìn)口處煙道-噴氨段煙道-過渡煙道-催化劑層-出口處等結(jié)構(gòu)當(dāng)中。結(jié)合鍋爐實際尾部煙道結(jié)構(gòu)來看，SCR脫硝反應(yīng)器大體上由水平煙道、氨噴射隔柵、催化劑床層等結(jié)構(gòu)組成。其中，SCR噴氨點往往設(shè)置在省煤器出口與空氣預(yù)熱器前的位置，基本上與第一層催化劑入口截面距離相差甚遠(yuǎn)[1]。

目的在于確保SCR催化劑表面分布速度能夠滿足預(yù)期設(shè)定要求。如此，在進(jìn)入煙道位置的時候，設(shè)計人員可以在轉(zhuǎn)彎處，設(shè)置合理的導(dǎo)流板，便于SCR脫硝反應(yīng)器入口位置處，能夠根據(jù)散流器特性，達(dá)到改善SCR反應(yīng)器內(nèi)部流場的目的。上述SCR脫硝反應(yīng)器物理模型是我國當(dāng)前普遍應(yīng)用的結(jié)構(gòu)方式，取得的脫硝效果還是比較顯著的，值得推廣與應(yīng)用。

2 SCR脫硝反應(yīng)器流場模擬方法

2.1 模型構(gòu)建與假設(shè)

介于SCR煙氣脫硝過程涉及到的工序內(nèi)容眾多且復(fù)雜程度高，使得部分傳熱傳質(zhì)、煙氣與還原劑之間會發(fā)生比較明顯的化學(xué)反應(yīng)。如果想從本質(zhì)上實現(xiàn)燒結(jié)煙氣SCR脫硝反應(yīng)流場模擬要求，我們就必須立足于工程實際條件，對現(xiàn)有的SCR模擬系統(tǒng)進(jìn)行合理構(gòu)建與假設(shè)[2]。具體如下：

煙氣必須為理想氣體；流體方向?qū)儆诙ǔＡ鲃?；假設(shè)系統(tǒng)需要確保絕熱功能；設(shè)計過程中不考慮任何化學(xué)反應(yīng)；不考慮煙塵顆粒等方面的不利影響；催化劑層最好選用多孔介質(zhì)模型，并根據(jù)實際情況進(jìn)行合理的壓降處理。在數(shù)學(xué)模型與相關(guān)控制方程正式建立之前，研究人員必須嚴(yán)格遵守上述假設(shè)條件，以確保最終的實踐效果。

2.2 控制方程建立

2.2.1 多孔介質(zhì)模型

我們根據(jù)SCR反應(yīng)器內(nèi)煙氣流動的實際特點，對現(xiàn)有蜂窩狀的催化劑層進(jìn)行合理模擬。根據(jù)模擬結(jié)果顯示，如果按照實際尺寸對現(xiàn)有的網(wǎng)格進(jìn)行有效劃分，不難發(fā)現(xiàn)網(wǎng)格數(shù)量將會大幅度增加。文章主要以多孔介質(zhì)處理為研究對象，利用連續(xù)相動量方程對當(dāng)前流場模擬效果進(jìn)行合理處理。在具體模擬過程中，多孔介質(zhì)模型主要對催化劑層結(jié)構(gòu)、煙氣各組分進(jìn)行合理模擬。在控制方程離散方面主要采取控制容積法進(jìn)行計算與處理，目的在于根據(jù)SCR脫硝系統(tǒng)數(shù)值，確定入口煙氣成分與各成分的基本參數(shù)[3]。

2.2.2 控制方程與入口、出口及邊界條件

SCR反應(yīng)器內(nèi)的流程和反應(yīng)過程中需要嚴(yán)格遵守質(zhì)量守恒定律以及能量守恒定律。介于反應(yīng)器整體的流動方式為湍流方式，在計算與求解方面，需要對控制方程進(jìn)行雷諾平均處理，以便求得平均流控制方程。結(jié)合以往的經(jīng)驗來看，平均流控制方程可以分為連續(xù)性方程、動量方程等形式。在入口、出口以及邊界條件方面，進(jìn)入SCR脫硝反應(yīng)器的煙氣密度必須要確保ρ=0.660kg/m3，與此同時，v=15m/s。出口處應(yīng)該適當(dāng)采用合適的壓力條件進(jìn)行處理，且固體壁面邊界位置處，最好不存在滑移或者熱傳導(dǎo)等條件，確保SCR脫硝反應(yīng)器流場的模擬效果。

3 SCR脫硝反應(yīng)器流場模擬結(jié)果與設(shè)計優(yōu)化

根據(jù)上述模擬模型與控制方程進(jìn)行合理設(shè)計，大致可以明確：如果SCR反應(yīng)器內(nèi)并沒有設(shè)置任何的導(dǎo)流板設(shè)施，介于煙道自身結(jié)構(gòu)的影響，SCR脫硝反應(yīng)器流場難以得到均勻分布。與此同時，如果煙氣進(jìn)入水平煙道位置的時候，位于煙道左側(cè)壁面的方向處，將會出現(xiàn)明顯的回流問題。如此一來，SCR脫硝效率無法得到切實提高。為了確保流場分布效果，建議相關(guān)人員可以在反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)置合理的導(dǎo)流板。需要注意的是，相關(guān)人員需要結(jié)合脫硝速率，選擇合理的導(dǎo)流板，確保流場速度得以有效提升。

究其原因，主要是因為導(dǎo)流板可以起到改善SCR反應(yīng)器流場分布效果的作用，基本上可以確保流場均勻性特點不受損。根據(jù)實踐效果來看，以往出口處速度存在不均勻問題的主要原因在于弧形導(dǎo)流板設(shè)計不合理。針對于此，建議相關(guān)人員可以選擇采用直弧形導(dǎo)流板進(jìn)行處理，摒棄以往非均勻布置情況?？偠灾?，導(dǎo)流板對于SCR脫硝反應(yīng)器的應(yīng)用效果而言，具有重要促進(jìn)意義。針對于此，建議相關(guān)人員可以根據(jù)實際情況，選擇合理的導(dǎo)流板數(shù)目，達(dá)到優(yōu)化設(shè)計目的。

4結(jié)論

通過文章的相關(guān)分析與總結(jié)，我們大致可以了解到燒結(jié)煙氣SCR脫硝反應(yīng)器流場模擬與設(shè)計優(yōu)化方法，基本上可以有效解決以往煙氣流動距離短或者煙氣截面尺寸過大等問題。本優(yōu)化設(shè)計方案嚴(yán)格遵照SCR反應(yīng)器中煙氣流場分布要求，進(jìn)一步結(jié)合新型煙氣分布裝置，改進(jìn)煙氣流場存在的不足。并在此基礎(chǔ)上，適當(dāng)改進(jìn)催化劑入口時的煙氣入射角度，目的在于切實提高催化劑的應(yīng)用效率。最后，希望通過文章的相關(guān)敘述，可以為相關(guān)人員提供一定的借鑒價值，達(dá)成脫硝目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]文雅. 燃煤機(jī)組SCR脫硝系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計分析[A]. 浙江省科協(xié)、上海市科協(xié)、江蘇省科協(xié).推進(jìn)能源生產(chǎn)和消費革命——第十屆長三角能源論壇論文集[C].浙江省科協(xié)、上海市科協(xié)、江蘇省科協(xié)：，2013：4.

[2]張志威. SD集團(tuán)#3鍋爐煙氣SCR脫硝改造工程應(yīng)用研究[D].中國石油大學(xué)（華東），2016.

[3]劉學(xué)炎，梁平，李世遠(yuǎn)，倪海波，李澤清. SNCR-SCR脫硝技術(shù)在CFB爐中的應(yīng)用[J]. 廣東化工，2018（14）：110-111.

（作者單位：四川蘇源環(huán)保工程有限公司江蘇分公司）