以某電（diàn）站鍋爐脫硝係統為例，對催化劑磨損、脫硝效率低等問題進（jìn）行（háng）分析研究，通過數值模（mó）擬計算的方法，確定煙道內流場及灰場分布，對上述問題影響較大（dà），*後提（tí）出（chū）對三角筋及導流板進行改造，極大地改善了氣（qì）流和灰場的分布，減輕了催化劑（jì）的磨損，確（què）保脫硝係統安全、、經（jīng）濟運行。

隨著電（diàn）力生產的高速發展，能（néng）源（yuán）消耗劇增，隨之而來的環境（jìng）汙染也日趨嚴重（chóng），能源問題和環境問題已成為社會與經濟發展的重（chóng）要問題之一。在此大背（bèi）景下，電力行（háng）業已經開始推行燃煤機組超低（dī）排放改造，要求NOx排放濃（nóng）度嚴格控製在50mg/Nm3以下，為此對（duì）SCR係統提（tí）出更為嚴苛的要求。為了應（yīng）對上述環保壓力，需要在原有備用層位置加裝一層催化劑，這種（zhǒng）三層（céng）催化劑運行方（fāng）式會（huì）在（zài）煙氣（qì）流場、催化劑（jì）磨損、脫硝效率低等方麵帶來新的問題。

隨著計算流體動力學CFD技術的不斷（duàn）進步，國內外很（hěn）多廠家都在脫硝反（fǎn）應器設計中涉及流（liú）體流（liú）動、熱交換、化學反應等現象應用CFD技術進（jìn）行數值模擬。數值模擬不僅可以（yǐ）得到和冷態試驗同一標準的流動特性，還可有效地對煙（yān）氣（qì）的溫度分布、NOx分布、NH3/NOx分布以及飛灰濃度分（fèn）布進行預測。針對脫硝係統催化劑局部磨損嚴重的問題，利用數（shù）值模擬計算的方式尋求*優改（gǎi）造策（cè）略，避免局部催化劑磨穿失效導致脫硝效率下降（jiàng）、氨逃（táo）逸上升等問題，從整體（tǐ）上提高（gāo）脫硝係統的性（xìng）能。

1鍋爐概況（kuàng）

某公司（sī）#1機組鍋爐為（wéi）上海鍋爐廠有限公司製造的超臨界（jiè）參數變壓（yā）運行直流爐，其型（xíng）號（hào）為DG1160.5/17.4-Ⅱ13，一次中間再熱、四角切圓燃（rán）燒、單爐膛（táng）、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構、平衡通風（fēng）、露天布置、Π型鍋爐。鍋（guō）爐煙氣脫硝裝置采用“高含塵布置方式”的選擇性催化還原法，在設計（jì）煤種、鍋爐*大工況、處理比較高煙氣（qì）量條件（jiàn）下，脫硝效率不小於85%，脫硝裝置出口NOx濃度不高於50mg/Nm3（6%氧含量（liàng），幹煙氣），布置3層催化劑。脫硝係統結構設計見圖1所（suǒ）示。圖1SCR係統結構示意（yì）圖

煙氣從省煤器出口進入漸擴段（duàn）煙道，經下轉角煙道（dào）進入垂直的上升煙道，在其中和還原（yuán）劑氨混合，經上轉角段煙道、整流格柵和（hé）鋼梁進入催化劑層。

2數學模型和計算方法

2.1數學模型

由於整個脫硝係統不涉及換熱，故作為絕熱過程來進行模擬，煙（yān）氣的溫度不變，從而相關的物理參（cān）數也取常數。脫（tuō）硝入（rù）口設置為速度入口邊界，假設入口處流速分布均勻，脫（tuō）硝出（chū）口設置為壓力（lì）出口邊界，按照常規運（yùn）行值進行設定。采用修正k模型模擬（nǐ）氣體湍流（liú）流動，采（cǎi）用物（wù）質輸運（yùn）模型模擬多種物質的混合，采用拉格朗日-顆粒隨機軌道模（mó）型模擬飛灰（huī）顆粒的運行（háng），相關的具（jù）體值（zhí）見表1所示。

表（biǎo）1數值模擬（nǐ）主要參數設定

.2計算（suàn）方法

k方程

3SCR煙道內主（zhǔ）要界麵流場和灰場分布及改造方案

為了（le）弄清煙氣和飛灰在SCR煙道內的流動特性，通過數值（zhí）模擬的計算方法模擬出SCR煙道（dào）內主要截（jié）麵流場和（hé）灰場（chǎng）分布（bù），如（rú）圖（tú）2所示。

由圖2可知，煙氣速度大的位置主要集中在兩組橫梁的梁前，飛灰濃（nóng）度大的位置主要集中在（zài）前牆和先進組鋼梁之間。因此（cǐ），先（xiān）進（jìn）組鋼梁前（qián）至SCR反應（yīng）器前牆位置煙氣流速和飛灰濃度均處於較（jiào）高水平，造成這一（yī）位置催化劑磨（mó）損強度較大，因此，本次模擬改造方案是通過優化催化劑入口的流場和灰場，達（dá）到減弱催化（huà）劑局部磨損較重的現象。催化（huà）劑入口飛灰濃（nóng）度分布是由SCR整體煙道設計決定。其中由於飛灰的慣性遠高於煙氣，容易在轉（zhuǎn）角煙道分離出主（zhǔ）流煙氣，上升煙道的上下轉角（jiǎo）導流板是灰場的重要影響因素。具體見圖3所示。

圖2原始SCR結構內（nèi）流場和灰場分布

圖3催（cuī）化（huà）劑上（shàng）方流（liú）場分布（bù）

橫梁（liáng）結構分橫縱（zòng）兩種布置，與氣流（liú）方向垂直的是橫梁結構，與氣流方向平行的是（shì）縱梁結構。橫（héng）梁結構主要由（yóu）“工”字型鋼和防積灰三（sān）角（三角（jiǎo）筋（jīn））組成。其中（zhōng），“工”字型鋼主要起承重作用；防積灰三角的主要作用就（jiù）是防止飛（fēi）灰顆粒（lì）因慣（guàn）性及離心力作（zuò）用跟隨（suí）氣流（liú）積聚在後牆側，對靠後（hòu）牆側的催化劑（jì）造成嚴（yán）重磨損。

綜上所述，隨即提出兩條措施進行整（zhěng）改：一是對整流格柵（shān）進行改造，具體為將防積灰三角（jiǎo）即三角筋切除；二是對上升煙（yān）道上下轉角煙道的（de）導流板進行改造。

4數值模擬結（jié）果及分析

橫梁結構中設計三角筋，其目的是控製飛灰顆粒向後牆聚集，防止嚴重磨損後（hòu）牆的催化劑，但卻（què）對（duì）煙道內的流場造成了破壞。圖4是切除三角筋後流場（chǎng）和灰場的（de）分布。

導流（liú）板的數目對脫硝反應器入口的煙氣速度有（yǒu）直接影響，當導流板較多時，煙氣速度較小，煙氣與催（cuī）化劑（jì）接觸時間（jiān）增加，提高了脫硝效率；但是導流板過多時，煙氣與催化劑接觸時間過長，可能會發生氮氧（yǎng）化物的氧化反應，另外煙道的阻力會上升，風機單耗也會升高；當導流（liú）板較少時，不能很好的（de）發揮導流作用，煙氣速度（dù）較大，煙氣（qì）與（yǔ）催化劑接觸時間短，脫硝效率低。原脫硝係統在煙道上下轉角分別（bié）設計了2塊導流板，改（gǎi）造時分別采用4塊導流板進（jìn）行模擬。效果見圖5所示（shì）。

圖4改造（zào）三角筋後的流場和灰（huī）場分布

圖5改造上下轉角（jiǎo）導流板後的流場和灰場分布

由圖可知，通過改（gǎi）造上（shàng）下轉角導流板，改造後SCR整體沿（yán）程煙道的流場和灰場均得到改善，特別是催化劑前飛灰分布均勻（yún）性顯著提高（gāo）。

圖6是（shì）上（shàng）下轉角導流板改造前、後（hòu）截麵3上（位置見圖4）飛灰濃度及平均粒（lì）徑沿著Y方向（煙道深度方向）的分布。

圖6截麵3上飛灰顆（kē）粒數目（mù）及（jí）平均粒徑分布

由圖6可知（zhī），經過（guò）改造，先進（jìn）組鋼（gāng）梁前至SCR反應（yīng）器前牆位置的飛灰顆粒數目及粒徑的高峰區被抹平，證明該位置的高濃度飛灰區（qū）被有效的消（xiāo）除。

催化劑的磨損取決於上方飛灰（huī）顆粒撞擊（jī）催化劑的作用力，而作用力受催化劑上方飛灰攜（xié）帶動量決定。而區域內飛灰的速度和質量分（fèn）布決（jué）定了該區域飛灰攜帶的動量。因此，本項目將飛（fēi）灰攜帶動量的均勻性作為衡量催（cuī）化劑磨損分布的依據，圖7為改造上下轉角導流板前、後催化劑上方飛灰顆粒動量分布。

圖7改造（zào）上下轉角（jiǎo）導流板前（qián）、後催化劑（jì）上（shàng）方飛灰顆粒動量分布

由圖（tú）7可知，在將飛灰濃（nóng）度場調勻後，催化（huà）劑上方飛灰動量（liàng）峰（fēng）值（zhí）效應得到明顯減弱，若結合流場的鋼梁改（gǎi）造，有能（néng）力將所有區域動量降至10mg·m/s以下（xià）。

5結論及展望

(1)催化劑上方三角筋和（hé）工字鋼結構在緊挨催化劑的SCR反應器煙道，它是催化劑入口流場影響的重要（yào）因素。

(2)催化劑（jì）入口飛（fēi）灰濃度分布是由SCR整體煙道設計決定，其中，上（shàng）升煙道上下轉角導流板是灰場的重要影響因素。

(3)通過數值模擬計算的方法，對脫硝係統內局部進行改造，可以（yǐ）模（mó）擬改造後煙道內（nèi）流場、灰場的（de）分布，對於解決（jué）催化劑磨損、脫硝效率低（dī）等問題極具參考價值。