烟气脱硝设计中的流体均布分析

王泽璞

摘 要：流场的分布是影响脱硝效率主要因素之一。在大型电站锅炉中，选择性催化还原烟气脱硝过程是十分复杂的，因此，采用CFD的方法计算导流板改进前后的流场，通过对比CV值说明改进前后的差异。结果表明，通过导流板能够明显提高导流板前后的流场均匀性。而氨浓度分布受负荷限制，在60%和84%负荷时，改进后氨浓度分布比较均匀，这为脱硝改造提供了理论依据。

关键词：火电；脱硝；导流板；流体力学

中图分类号：X773 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.23.096

氮氧化物在强烈的紫外线作用下生成光化学烟雾，而选择性催化还原法是常用的脱硝方案。这种方法结构简单，运行可靠，脱硝效率高，没有副产品等，但是，烟气流经变径处时会使烟气速度发生突变，致使其流场分布不均衡，进而产生涡流，降低脱硝性能。因此，一般情况下，可在变径处加入导流板解决这个问题。

1 均匀性评价指标与结果分析

本文计算中引入可以表征流场均匀性程度的相对标准偏差（CV值），对流场的均匀性程度进行量化分析。通过比较CV值，可以判断出流场均匀性程度。

相对标准偏差CV值的定义式为：

式（1）（2）中：CV为相对标准偏差（也被称为“变异系数”）；S为标准偏差； 为所有采样点的平均速度值；Vi为第i个采样点的速度值；n为采样点个数。

通过比较CV值，可以判断截面上流场的均匀性。CV值越小，均匀性越好；CV值越大，均匀性越差。当第一层催化剂层入口截面的速度CV值达到15%以下时，即认为流场的均匀性达到了令人满意的水平。中心面流场分布、催化剂入口截面氨浓度改造前后的数值计算结果如图1所示。

计算结果表明，改进前流体在烟气出口弯道处流速比较大。虽然原始设计设置了导流板，但是，速度在该位置处比较大，容易造成扰流。经过调整后的导流板附近区域流速有所降低，上下过渡比较均匀。这说明，改进后的流场更加均匀。

改进前后速度CV值和氨浓度CV值的对比情况如图2所示。

结果表明，原始方案催化剂入口截面上速度均方根偏差比较大，不符合SCR流场对均匀程度的要求。通过改进入口烟道、垂直烟道转弯处的导流叶片，催化剂入口截面速度均方根偏差全部小于原始，速度CV值偏差仅为2%，流场均匀程度有较大改善。

在CFD计算结果中，改造前后的氨浓度场差别不大，但是，在多个运行负荷的情况下，改造后氨浓度CV值比较小，因此，整体均匀性要比改进前好。

2 结论

本文采用CFD方法模拟、分析导流板改进方案，通过对比84%，70%和60%运行负荷下的速度场CV值和氨浓度CV值，分析了原始方案中存在的问题。由此说明2种工况下的速度场和氨浓度场的均匀性，并为降低设计成本、缩短时间提供了理论参考依据。

参考文献

[1]赵宗让.电厂锅炉SCR烟气脱硝系統设计优化[J].中国电力，2005，38（11）.

[2]杨冬，徐鸿.SCR烟气脱硝技术及其在燃煤电厂的应用[J].电力环境保护，2007（1）.