以某電站鍋（guō）爐脫硝（xiāo）係統為（wéi）例，對催化劑磨損（sǔn）、脫硝（xiāo）效率（lǜ）低等問題進行分析研究，通過數值模擬計算的方法，確定煙道（dào）內流場及灰（huī）場分（fèn）布，對上述問題影響較大，*後提（tí）出對三角筋及導流（liú）板進行改造，極大地改善了（le）氣（qì）流和灰場的分布，減輕了催化劑的磨損，確保脫硝係統安全、、經濟運行。

隨著電力生產的（de）高速發展，能源消耗劇增，隨之而來的環境汙染也日趨嚴（yán）重，能源問題和環境問題已成為社會與經濟發（fā）展的重要（yào）問題之一。在此大背景下，電力行業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（gé）控製在50mg/Nm3以（yǐ）下，為此對SCR係統提出更為嚴苛的要求。為了應對上述（shù）環保壓力，需要在原有備用層位置加裝一層催化劑，這（zhè）種三層催化劑運行方式會在煙氣流場（chǎng）、催化（huà）劑磨損、脫硝效率低（dī）等方麵帶（dài）來新的問題。

隨著計算流體動力學CFD技術的不斷進步，國內外很（hěn）多廠家都在脫硝反應（yīng）器設計中涉及流體流動、熱交（jiāo）換（huàn）、化學反應等現象（xiàng）應用CFD技術進行數值模擬。數值模擬不僅可以得到和冷態試驗同一（yī）標準的流動（dòng）特性，還可（kě）有效（xiào）地對煙氣的溫度分布、NOx分（fèn）布、NH3/NOx分布以（yǐ）及飛灰濃度分布進行預測。針對脫硝係統催化劑局部磨損嚴重的問題，利用數值模擬（nǐ）計算的方式尋求*優改造策略（luè），避免局部催化劑磨穿（chuān）失效（xiào）導致脫硝效率下降、氨逃（táo）逸（yì）上升等問題，從整體上提高脫硝係統的性能。

1鍋爐概況

某公司#1機組鍋爐為上海鍋爐廠有限公司製（zhì）造的超臨界參數（shù）變壓（yā）運行直流爐，其型號為DG1160.5/17.4-Ⅱ13，一次中間再熱、四角（jiǎo）切（qiē）圓燃燒、單爐（lú）膛、固態排渣、全鋼構架、全懸（xuán）吊結（jié）構、平衡通風、露天布置、Π型鍋（guō）爐。鍋爐（lú）煙氣脫硝裝置采用“高含塵布置方式”的選擇性催化還原法（fǎ），在設計煤種、鍋爐（lú）*大工況、處（chù）理比較（jiào）高煙氣量條件下，脫硝效率不小（xiǎo）於85%，脫硝裝置出口NOx濃度不高於50mg/Nm3（6%氧含量（liàng），幹（gàn）煙（yān）氣），布（bù）置3層催（cuī）化劑。脫硝係統結構設計見圖1所示。圖（tú）1SCR係統結構示意圖（tú）

煙（yān）氣從省煤器出（chū）口進（jìn）入漸擴段煙（yān）道，經下轉角煙道進入垂直的上升煙道，在其（qí）中和還原劑氨混合，經上轉角（jiǎo）段煙道、整流格柵（shān）和鋼梁進（jìn）入催化劑層。

2數學（xué）模型和計算方法

2.1數（shù）學模型

由於整個脫硝係統不涉及換（huàn）熱（rè），故作為絕（jué）熱過程來進行模（mó）擬，煙氣的溫度不變，從而相關的物理參數也取（qǔ）常數。脫硝入口設（shè）置為速度入口邊界，假（jiǎ）設入口處流速分布均勻，脫硝出口設置為壓力出口邊界，按照（zhào）常規運行（háng）值進行設定。采用修正k模型模擬氣（qì）體湍流流動，采用物質（zhì）輸運模型模（mó）擬多種（zhǒng）物質的混合，采用拉格朗日-顆粒隨（suí）機軌道模型模擬飛（fēi）灰顆粒的運行，相關（guān）的具體值見表1所示。

表1數值模擬主要參數設定（dìng）

.2計算方法

k方程（chéng）

3SCR煙道（dào）內主要界麵流場和灰（huī）場分布及改造方案（àn）

為了弄清煙氣和飛灰在SCR煙道內的流動特性，通過（guò）數值模擬的計算方法模擬出SCR煙道內主要截麵流場和灰場分（fèn）布，如圖2所示（shì）。

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（fēi）灰濃度大的位置主要集中在前（qián）牆和先進組（zǔ）鋼梁之（zhī）間（jiān）。因此，先進組鋼梁前至（zhì）SCR反應（yīng）器前牆位置煙氣流速和飛（fēi）灰濃度（dù）均處於較高水平，造成這（zhè）一位置催化劑磨損強度較大，因此（cǐ），本次模擬改造方案是通過優化催化劑入口的流場和灰場，達到減弱催化劑局部磨損較重的現象。催化劑入口飛灰濃度分布是由SCR整體煙（yān）道設計決定。其中由於飛灰的慣性遠高於煙氣，容易在轉角煙道分離出主流煙氣，上升煙道的上下轉角導流板是灰場的重要影響因（yīn）素。具體見圖3所示。

圖2原始SCR結構內流場和灰場分布

圖3催化劑上方流場分布（bù）

橫梁結構分橫縱兩（liǎng）種布置，與氣流方向垂（chuí）直的是橫梁結構，與氣流方向平行的是縱（zòng）梁結構。橫梁結構（gòu）主要由“工”字型鋼和防積灰三角（三（sān）角筋）組成。其中，“工”字型鋼主要起承重作用；防積灰三角的（de）主要作用就是（shì）防止飛灰顆粒因慣性及離心力作用跟隨氣流積聚在後（hòu）牆側，對靠後牆側的催化（huà）劑造成嚴重（chóng）磨損。

綜上所述，隨即提出兩條（tiáo）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（jīn）切（qiē）除；二是（shì）對上升煙（yān）道上下轉角煙道的導流（liú）板進行改造（zào）。

4數值模擬結果及分析

橫梁結構中設計三角筋，其（qí）目的是控製飛灰顆（kē）粒向後牆聚集，防止嚴重磨損後（hòu）牆的催（cuī）化劑，但卻對煙道內的（de）流場造成了破壞。圖4是切（qiē）除三角筋後流場和（hé）灰場的分布。

導流板的數目對脫（tuō）硝反應器入口的煙氣速度有直接影響，當導流板較多時，煙氣速度（dù）較小（xiǎo），煙氣與催化劑接觸時間增（zēng）加，提（tí）高了脫硝效（xiào）率；但是導流（liú）板過多時，煙氣與催化劑（jì）接觸時間過長，可（kě）能會發生氮氧化物的氧（yǎng）化反應，另外煙道（dào）的阻力會上升，風機（jī）單耗也會升高（gāo）；當導流板較少時，不（bú）能很好的發揮（huī）導流（liú）作用，煙（yān）氣速度較大，煙氣與催化劑接觸時（shí）間短，脫硝效率低。原脫硝係統在煙道上下轉角分別設計了2塊導流（liú）板，改造時（shí）分別采用4塊導流板進行模（mó）擬（nǐ）。效果見圖5所示。

圖4改造（zào）三角筋後的流場和灰場分布

圖5改造上下轉角導流板後的流場和灰場分布

由圖可知，通過（guò）改造上下轉角導流板，改造後SCR整體沿程煙道的流場和灰場均（jun1）得（dé）到改善，特別是催化劑前飛灰分布均勻性顯著提高（gāo）。

圖6是上下轉角導流板改造前、後截麵3上（位（wèi）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（qì）前牆位置的飛灰顆粒數目及粒徑的高峰區被抹平，證（zhèng）明該位置的高濃度飛灰區被（bèi）有效的消（xiāo）除。

催化劑的磨損取（qǔ）決於上方飛灰顆粒撞擊催化劑的（de）作用力，而作用力受催化劑上方飛灰攜帶動量決定。而區域內飛灰的速度和（hé）質量分布決定了該（gāi）區（qū）域飛灰攜（xié）帶的動量。因此，本項目將飛灰攜帶動量的均勻性作為衡量催化劑磨損分（fèn）布的依據（jù），圖7為改（gǎi）造上下轉角導（dǎo）流（liú）板前、後催化劑上方飛灰顆粒動量分布。

圖7改造上下（xià）轉角導流板前、後催化劑上方飛灰顆粒動量分布

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

5結論及展望

(1)催化劑（jì）上方三角筋和工字鋼（gāng）結構在緊挨催化劑的SCR反應器煙道，它是催化劑入口（kǒu）流場影響的重要因素。

(2)催化劑入口飛灰濃度分布是由SCR整體煙道設計決定，其中，上升煙道上下轉角導流板是灰（huī）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（jú）部進行改造，可以模（mó）擬改造後煙道內（nèi）流場、灰場的分布，對於解決催（cuī）化劑磨損（sǔn）、脫硝效率低等問題極具參考價值。