摘要：SCR工藝脫硝效率與NH3/NOx摩爾比，催化劑床層上方氣流分布，NH3與煙氣混合程度密切相關(guān)。借助物理模型模擬某電廠300MW中型機(jī)組尾部SCR煙氣脫硝反應(yīng)器，對動態(tài)噴氨格柵對催化劑床層上下方測試斷面Ⅰ、Ⅱ的煙氣流速偏差和NH3(CO2)的濃度偏差進(jìn)行測試。


結(jié)果表明：Ⅰ斷面最大和最小煙氣流速分別為4.47m/s和3.75m/s，最大偏差16.11%;Ⅱ斷面最大和最小煙氣流速分別為4.21m/s和3.42m/s，最大偏差18.76%。I斷面最大和最小CO2濃度分別為4.1%和3.4%，最大偏差為17.07%;Ⅱ斷面最大和最小CO2濃度分別為4.0%和3.2%，最大偏差20.0%，因此采用動態(tài)噴氨格柵對SCR反應(yīng)器的高效運(yùn)行具有積極作用。

關(guān)鍵詞：動態(tài)噴氨格柵;SCR;煙氣流速;濃度;偏差

SCR工藝與其他脫硝工藝相比具有較高的脫硝效率，目前已成為燃煤電廠尾部煙氣治理的主流技術(shù)[1]。SCR脫硝效率與NH3/NOx摩爾比，催化劑床層上方氣流分布，NH3與煙氣混合程度密切相關(guān)[2-4]。

其中，NH3/NOx摩爾比可以通過SCR反應(yīng)器進(jìn)口和出口處的NOx在線監(jiān)測儀器數(shù)據(jù)反饋至可編程邏輯控制器，結(jié)合鍋爐運(yùn)行工況經(jīng)計算后進(jìn)行實(shí)時調(diào)整，催化劑床層上方氣流分布可通過設(shè)置在反應(yīng)器入口處的導(dǎo)流板和整流器來改善氣流分布狀況，但對于提升NH3與煙氣的混合程度一直沒有較好的解決方案[5-6]。

NH3與煙氣的混合程度不僅影響脫硝效率，還會影響反應(yīng)器出口NH3逃逸量[7-8]。在NH3與煙氣混合程度不均勻的情況下，出口NOx在反應(yīng)器截面上存在較大的濃度偏差，致使計算得到NH3/NOx摩爾比不準(zhǔn)確，最終會導(dǎo)致SCR反應(yīng)器的低效運(yùn)行[9-12]。

本研究利用物理模型模擬SCR工藝脫硝過程，測試動態(tài)噴氨格柵對NH3與煙氣混合效果，為實(shí)際工程中SCR反應(yīng)器的優(yōu)化設(shè)計提供技術(shù)依據(jù)。

1模型設(shè)計與材料

本試驗(yàn)采用的物理模型模擬某電廠300MW機(jī)組尾部SCR煙氣脫硝反應(yīng)器，該模型材質(zhì)為有機(jī)玻璃，模型尺寸與SCR反應(yīng)器實(shí)體尺寸比例為1∶10，反應(yīng)器物理模型如圖1所示，由水平煙道、豎直煙道、動態(tài)噴氨格柵、催化劑床層等部分組成。

由于試期驗(yàn)只討論動態(tài)噴氨對NH3與煙氣的混合效果影響，因此煙氣和NH3分別采用舞臺煙霧發(fā)生器和CO2標(biāo)準(zhǔn)氣體代替。試驗(yàn)設(shè)置兩處測試斷面Ⅰ和Ⅱ，分別位于催化劑床層上方和下方，測試內(nèi)容為混合煙氣速度分布以及CO2濃度分布。混合煙氣速度采用TESTO425熱敏風(fēng)速儀測試，CO2濃度采用TES-TO535CO2測定儀測試。


圖1反應(yīng)器物理模型

動態(tài)噴氨格柵由若干個噴氨單元組成，每個噴氨單元包含多個氨氣噴嘴，噴嘴的正下方同軸連接有葉片單元體，葉片單元體由4個大小相同的薄板構(gòu)成。

葉片單元體在煙氣壓力、流速不穩(wěn)定等因素及振動波推力的影響下，產(chǎn)生廣延恒溫的漩渦，多個葉片單元體的不定向晃動還會形成強(qiáng)烈的紊流效應(yīng)，通過漩渦的強(qiáng)力旋轉(zhuǎn)和卷吸可以在干流方向上有效地混合不同密度、溫度、濃度的介質(zhì)，并能夠在最短的煙道中確保氨氣與煙氣的均勻混合。

2試驗(yàn)設(shè)計及測點(diǎn)布置

在測試斷面建立坐標(biāo)體系，將橫縱兩個方向定為x軸和y軸，10等分兩軸，由于煙氣在流動方向上具有對稱性，因此取斷面中心線兩側(cè)1/4截面作為研究對象即可，將該1/4截面等分成若干部分，以網(wǎng)格中心點(diǎn)作為測量點(diǎn)，分別記作X0Y0、X1Y1點(diǎn)以此類推，如圖2所示，通過熱敏風(fēng)速儀和CO2測定儀分別在中心黑點(diǎn)位置測量每個網(wǎng)格的數(shù)據(jù)，同時記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

根據(jù)本試驗(yàn)測試目的，主要考察混合煙氣速度和CO2濃度延測試斷面中軸線、斷面邊線和對角線的分布特點(diǎn)。因此，將中軸線定為x方向，邊線定為y方向，對角線定為z方向，以便從圖表上反應(yīng)混合煙氣速度和CO2濃度在測試斷面不同位置的變化特點(diǎn)。


圖2測試斷面速度與濃度測點(diǎn)布置

3結(jié)果與討論

測試斷面煙氣流速分布見圖3，CO2濃度分布見圖4。

圖3測試斷面煙氣流速分布

從圖3可以看出，x方向上煙氣流速中心處較大，邊緣處較小;y方向上煙氣流速邊緣處較大，中心處較小;z方向上煙氣流速中心和邊緣處較大。從測試數(shù)據(jù)可以看出，I斷面最大和最小煙氣流速分別為4.47、3.75m/s，最大偏差16.11%，Ⅱ斷面最大和最小煙氣流速分別為4.21、3.42m/s，最大偏差18.76%。

因此，采用動態(tài)噴氨格柵可將SCR反應(yīng)器催化劑床層上下方煙氣流速偏差控制在20%以內(nèi)。由于物理模型上部水平通道模擬煙氣剛度較大，同時水平煙道右側(cè)上部導(dǎo)流板內(nèi)側(cè)起到了增壓管作用，造成此位置導(dǎo)流板出口壓力過大，而模擬煙氣不能從此處進(jìn)入，集中到通道右側(cè)上部外側(cè)流動，導(dǎo)致通道右側(cè)上部外側(cè)轉(zhuǎn)彎處模擬煙氣流速增大。

同時由于模擬煙氣進(jìn)入整流器前外側(cè)流速遠(yuǎn)大于內(nèi)側(cè)流速，從而造成外側(cè)煙氣向內(nèi)側(cè)流動，形成了平行于整流器的煙氣流動狀態(tài)。從模型通道內(nèi)部流場分布來看，由于設(shè)置的動態(tài)噴氨格柵對煙氣的微整流作用并在一定程度上降低了煙氣回流效應(yīng)，因此有利于煙氣在催化劑床層上方的均勻分布。

圖4測試斷面CO2濃度分布

從圖4可知，x方向上CO2濃度中心和邊緣處較大;y方向上CO2濃度同樣也是中心和邊緣處較大;z方向上CO2濃度邊緣處較大。從測試數(shù)據(jù)可以看出，I斷面最大和最小CO2濃度分別為4.1%和3.4%，最大偏差17.07%，Ⅱ斷面最大和最小CO2濃度分別為4.0%和3.2%，最大偏差20.0%。因此，采用動態(tài)噴氨格柵可將SCR反應(yīng)器催化劑床層上下方CO2濃度偏差控制在20%以內(nèi)。

4結(jié)語

借助物理模型模擬某電廠300MW中型機(jī)組尾部SCR煙氣脫硝反應(yīng)器，對動態(tài)噴氨格柵對催化劑床層上下方測試斷面Ⅰ、Ⅱ的煙氣流速偏差和NH3(CO2)的濃度偏差進(jìn)行測試。

結(jié)果表明：Ⅰ斷面最大和最小煙氣流速分別為4.47m/s和3.75m/s，最大偏差16.11%，Ⅱ斷面最大和最小煙氣流速分別為4.21m/s和3.42m/s，最大偏差18.76%。I斷面最大和最小CO2濃度分別為4.1%和3.4%，最大偏差為17.07%，Ⅱ斷面最大和最小CO2濃度分別為4.0%和3.2%，最大偏差20.0%，因此采用動態(tài)噴氨格柵對SCR反應(yīng)器的高效運(yùn)行具有積極作用。

參考文獻(xiàn)略

《電力科技與環(huán)保》作者：郭浩，陳國偉，李發(fā)軍，馬倩雪