以某電（diàn）站鍋爐脫硝（xiāo）係統為（wéi）例，對催化劑磨損（sǔn）、脫硝效率低等問題進行（háng）分析研（yán）究，通過數值模擬（nǐ）計算的方（fāng）法（fǎ），確定煙道內流場及灰場分布，對上述問題（tí）影響較大，*後提出對三角筋及（jí）導流板（bǎn）進行改造，極大（dà）地改善了氣流和灰場的分布（bù），減輕了催化劑的磨損，確（què）保脫硝係（xì）統安全、、經濟運行。

隨著電力生產的高速（sù）發展，能源消耗劇增，隨之而來的環境汙（wū）染也日（rì）趨嚴重，能源問題和環境問題已成為社會與經濟發（fā）展的重要問題之一。在此大背景下，電力行業（yè）已經開始推行燃煤機組超低排放改造，要求NOx排放濃度嚴格控製在50mg/Nm3以下，為此對SCR係統提出（chū）更為嚴苛的要求。為了應對上述環保壓力，需要在原有備用層位置加裝一層催（cuī）化劑，這種三層催化劑運行方式會在煙氣流場、催化劑磨損、脫硝效率低等方麵帶來新（xīn）的問題。

隨著計算流體動力學CFD技術的（de）不斷進（jìn）步，國內外很多廠家都在脫硝反應器設計中涉及流體流動、熱交換、化學反應等現象應（yīng）用CFD技術進行數值模擬。數值模擬不僅可以得到和（hé）冷態試驗同一標準的流動特（tè）性，還可有效地對煙氣（qì）的溫度分布、NOx分布、NH3/NOx分布（bù）以及飛灰濃度分布進（jìn）行預測。針對脫硝係統催化劑局（jú）部磨損嚴重的問題，利用數值模擬計算的方式尋求*優改造策略（luè），避免（miǎn）局部催化劑磨穿失效導致脫硝效（xiào）率下降、氨逃逸上升等問題（tí），從整體上提高脫硝係統的性能。

1鍋爐概況

某公司#1機組鍋爐為（wéi）上海鍋爐廠有限公（gōng）司製造的（de）超臨界參（cān）數變壓運行直流爐（lú），其型號為DG1160.5/17.4-Ⅱ13，一次中間再熱、四角切圓燃燒、單爐膛、固態（tài）排渣、全（quán）鋼構架、全懸吊結構、平衡通風、露天（tiān）布置（zhì）、Π型鍋爐。鍋爐（lú）煙氣脫硝裝置采用“高含塵布置方式（shì）”的選擇性催化（huà）還原法，在設計煤（méi）種、鍋爐*大工況、處理比較高煙氣量條（tiáo）件下（xià），脫硝效率不小於85%，脫硝裝置出口NOx濃度不高（gāo）於50mg/Nm3（6%氧含量（liàng），幹煙氣），布置3層催化（huà）劑。脫硝係統結構設計見圖1所示。圖1SCR係（xì）統（tǒng）結構示意圖

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

2數學模型和計算（suàn）方法

2.1數（shù）學模型

由於整（zhěng）個脫硝係統不涉及換熱，故作為（wéi）絕熱過程來進行模擬，煙氣的溫度不變，從而相關的物理參（cān）數也取常數。脫硝入口（kǒu）設置為速度入（rù）口邊界，假設入口（kǒu）處（chù）流速分布均勻，脫硝（xiāo）出口設置（zhì）為（wéi）壓力出口（kǒu）邊界，按照常規運行值進行設定。采用修正k模型模擬氣體湍流流動，采用物質輸運模（mó）型模擬多種物質的混合，采用拉格朗日-顆粒隨機軌道模型（xíng）模擬飛灰顆粒的運行，相關的具體（tǐ）值見表1所示。

表1數值模擬主（zhǔ）要參（cān）數設定

.2計算方法

k方（fāng）程

3SCR煙道內主要界麵流場（chǎng）和灰場分（fèn）布及改造方案

為了弄清煙氣和飛灰在SCR煙道內（nèi）的流動（dòng）特性，通過數值模擬的計算方法模擬出SCR煙道內主要（yào）截麵流場和灰場分布，如圖2所示。

由（yóu）圖2可知，煙（yān）氣速度大的位（wèi）置主要集中在兩組橫梁的梁前，飛灰濃度大的位置（zhì）主要集中在前（qián）牆和（hé）先進組鋼梁之間。因此，先進（jìn）組鋼梁前（qián）至SCR反應器前牆位置煙氣流（liú）速和飛灰濃度均處於較高水平，造成這一位置催化劑磨損強度較（jiào）大，因此，本（běn）次（cì）模擬改造方（fāng）案是通過優化催化劑入口的流場和灰場，達到減弱催化劑局部磨損較重的現象。催化劑入口（kǒu）飛灰濃度（dù）分布（bù）是由SCR整體煙道設計決定。其中由於飛（fēi）灰的慣性遠高於煙氣（qì），容易在轉角煙道分離出主流煙氣，上（shàng）升煙（yān）道的上下轉角導流板是灰場的重要影響因（yīn）素。具體（tǐ）見圖3所示。

圖2原始（shǐ）SCR結構（gòu）內流場和灰場分布

圖3催化劑上方流場分布

橫梁結構分橫縱兩種布置，與氣流（liú）方向垂直的是橫梁結構，與氣流方向平行的是縱梁結（jié）構。橫（héng）梁結構主要（yào）由“工（gōng）”字型鋼和防積灰三角（三（sān）角筋（jīn））組（zǔ）成。其中，“工”字型（xíng）鋼主（zhǔ）要起承重作用；防積灰三角的主要作用就是防止飛灰顆粒因（yīn）慣性及離（lí）心力作用跟（gēn）隨氣流積（jī）聚在（zài）後牆側，對靠（kào）後牆（qiáng）側的催化（huà）劑造成嚴重磨（mó）損。

綜（zōng）上所述，隨（suí）即提出兩條措施進行整改：一是對整流格柵進行改造，具體為將防積灰三角即三角筋切除；二是對上（shàng）升（shēng）煙道上下轉角煙道的導流板進行改造。

4數值模擬結（jié）果及分析

橫梁（liáng）結構中設計三角筋，其（qí）目（mù）的是控製飛灰顆粒向後牆聚集，防止嚴重（chóng）磨損後牆的催化劑（jì），但卻對煙道內的流場造成了破壞。圖4是切除三角筋後（hòu）流場和灰場的分布。

導（dǎo）流板的數目對（duì）脫硝反應器入口的煙（yān）氣速度有直接影響，當導流板較多時，煙氣（qì）速度較小，煙氣與催（cuī）化劑接觸時間增加，提（tí）高了脫硝（xiāo）效率；但是導流（liú）板過多時（shí），煙氣與催化劑接觸（chù）時間過長，可能會發生氮（dàn）氧化物的氧化（huà）反應（yīng），另外煙道的阻（zǔ）力會上（shàng）升，風機單耗也會升高；當（dāng）導流（liú）板（bǎn）較少（shǎo）時，不能很好的發揮導流作用，煙氣速度較大，煙氣（qì）與催化劑接觸時間短，脫硝效率低。原脫硝係統在煙道上下（xià）轉角分別設計了（le）2塊導流板，改造時分（fèn）別采用（yòng）4塊導流板進行模擬。效果見圖5所示。

圖4改造三角筋（jīn）後的流場和灰場分布

圖5改造上下轉角導（dǎo）流板（bǎn）後的流（liú）場和灰場分布

由圖可（kě）知，通過改造上下轉角導（dǎo）流板，改造後SCR整體沿程煙道的流場（chǎng）和灰場均（jun1）得到改善，特別是催（cuī）化劑前飛灰分布均勻性顯著提高。

圖6是上下轉角導流板改造前、後截麵3上（位置見圖4）飛灰濃度及平均粒徑沿著Y方向（煙道深度方向）的分布。

圖6截麵3上飛灰顆粒（lì）數目及平均粒徑分布

由圖6可知，經過改造，先進組鋼梁前至SCR反應器前牆位置的飛灰顆粒（lì）數目及粒徑的（de）高峰區被抹平，證明該位置的高濃（nóng）度飛灰區被有效的消除。

催化（huà）劑的磨損取決於上方飛灰顆粒撞擊催化劑的作用力，而作用力受催化（huà）劑上方飛灰攜帶動量決定。而區域內飛灰的速度和質量分（fèn）布決定了該區域飛灰攜（xié）帶的（de）動量。因（yīn）此，本項（xiàng）目將飛灰攜帶動量（liàng）的均（jun1）勻性作為衡量催化劑磨損分布的（de）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改造上下轉角導流（liú）板前、後催化劑上方飛灰顆粒動量分布（bù）

由圖7可知，在將飛灰（huī）濃度場調勻後，催化劑上方飛（fēi）灰動量峰值效應得（dé）到明顯減弱，若結合流場的鋼梁改造，有能力將所有（yǒu）區域動量降至10mg·m/s以下。

5結論及展望

(1)催化劑上方三角筋和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因素。

(2)催化劑入（rù）口飛灰濃度（dù）分布是由SCR整體煙道設計決定，其中，上升煙道上下轉角導流板是灰場的（de）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，可以模擬改造後煙道內流場、灰場的分布，對（duì）於解決催化劑磨損、脫硝效率低等問題極具參考價值。