SCR 脱硝系统扭叶片混合器流场研究

摘 要：为提高SCR脱硝烟道进口烟气的流场均匀性，增加烟道中NH3/NOX与烟气混合程度，提出一种扭叶片混合器，利用FLUENT软件对四种不同算例情况下的扭叶片混合器流场进行研究，发现加大扭叶片扭度，烟道出口NO浓度均匀性得到进一步改善，改善效果要比增加扭叶片数量效果明显很多。扭叶片阻力总体来说很小，对于脱硝烟道系统不失为一种很好的混合器，可以考虑推广应用。

关键词：混合器；流场；SCR；扭叶片

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.012

1 引言

影响 SCR 技术脱硝效率的因素有很多，如混合程度、NH3逃逸量、催化剂性能、NH3/NOX 摩尔比和停留时间等[1-3]，但这些因素起作用的前提是 NH3与烟气在 SCR 反应器催化剂入口处已达到充分的混合，但是实际一些脱硝设备AIG到催化剂之间的烟道长度不够长，不能保证足够的烟气扩散、稀释和混合时间。近年国内也有学者对SCR（选择性催化还原）脱硝系统的静态混合器进行了研究，并认为其可以改善SCR 反应器入口处的烟气速度分布及NH3/NOX分布的均匀性。将烟气和NH3/NOX混合均匀可提高烟气的脱硝效率，延长催化剂的更替周期，减少催化剂的预装量，降低投资和运行管理的成本，是火电厂节能减排的重中之重。

本文主要研究脱硝系统烟道内氮氧化物和氨气起混合作用的扭叶片混合器的混合效果和扭叶片阻力大小情况。 本文分四个算例研究扭叶片，算例1研究单个烟道内无任何混合器情况下，出口NO混合情况及烟道阻力大小；算例2研究放入扭葉片混合器后烟道出口NO混合情况和扭叶片阻力大小；算例3 将算例2 的扭叶片仅数量增加1倍，研究烟道出口NO混合情况和扭叶片阻力大小；算例4 将算例2中扭叶片扭度增加，其它不变，研究烟道出口NO混合情况和扭叶片阻力大小。 通过计算结果分析规律，为以后设计扭叶片混合器提供参考。

2 计算结果与分析

2.1 算例1单个烟道模拟结果

2.1.1 几何模型及边界条件

烟道几何尺寸为20000 mm×12000 mm×2400 mm，边界条件：设置烟道入口烟气流速12m/s，出口压力-600Pa， 烟气温度655K，烟道入口NO浓度相对标准偏差为21.4%。

2.1.2 NO浓度场和压力场

经计算，烟道出口NO浓度相对标准偏差为10.9%，也就是说随着烟道长度的加长，NO气体能够与烟气混合程度越充分，烟道内沿程阻力为3Pa。

2.2 算例2 扭叶片1模拟结果

2.2.1 几何模型及边界条件

扭叶片混合器距离烟道进口5000mm；烟道几何尺寸和边界条件与算例1相同。

2.2.2 NO 浓度场和压力场

经计算，烟道出口NO浓度相对标准偏差为7.5%，相对于烟道进口NO均匀性改善了很多；相对于无任何混合器的烟道，出口NO浓度相对标准偏差改善了3.4%。此组扭叶片阻力为7Pa。

2.3 算例3 扭叶片2模拟结果

2.3.1 几何模型及边界条件

此模型仅将算例2的扭叶片数量增加1倍，扭叶片及烟道几何尺寸和边界条件与算例2相同。

2.3.2 NO浓度场和压力场

经计算，烟道出口NO浓度相对标准偏差为7.2%，相对于算例2 出口NO浓度相对标准偏差改善了0.3%，扭叶片数量的增加使出口烟道NO浓度均匀性得到了一定的改善。此组扭叶片阻力为11Pa。

2.4 算例4 扭叶片3模拟结果

2.4.1 几何模型及边界条件

此模型仅将算例2的扭叶片扭度加大，扭叶片数量及烟道几何尺寸和边界条件与算例2相同。

2.4.2 NO浓度场和压力场

经计算，烟道出口NO浓度相对标准偏差为6.4%，相对于算例2烟道出口NO浓度相对标准偏差改善了1.1%，可见加大扭叶片扭度可使NO混合程度加强。此组扭叶片阻力为18Pa。

3 结论

通过研究发现，烟道随着长度的增加，NO 混合就会越充分，在其他条件不变的情况下，烟道长度越长越有利于NO的混合；扭叶片混合器改善了原有烟道出口NO浓度均匀性，扭叶片混合器后随着距离的增加，NO混合效果明显；增加扭叶片混合器数量可使烟道出口NO浓度均匀性得到一定改善；加大扭叶片扭度，烟道出口NO浓度均匀性得到进一步改善，改善效果要比增加扭叶片数量效果明显很多。扭叶片阻力总体来说很小，对于脱硝烟道系统不失为一种很好的混合器，可以考虑推广应用。

参考文献：

[1]陈山.大型电站锅炉烟气脱硝选择催化还原系统优化研究[D]. 杭州：浙江大学，2007.

[2]高莲，马晓池.选择性催化还原废气脱硝技术[J].化工环保， 2005，25（05）：358-360.

[3]Busca G，Lietti L，Ramis G，et al.Chemical and mechanistic aspects of the selective catalytic reduction of NOX by ammonia over oxide catalysts： A review[J].Applied Catalysis B： Environmental，1998，18（01）：1-36.

作者简介：王美巧（1984-），女，辽宁大连人，硕士，工艺工程师，主要从事烟气脱硝流场模拟及相关设计工作。