基于CFD示踪模拟的SCR系统喷氨优化调整研究.docx

?

?

基于CFD示踪模拟的SCR系统喷氨优化调整研究

?

?

陆伟

摘要：该文以某660MW超超临界燃煤电站SCR系统为研究对象，对24路喷氨支管子单元划分为A、B、C、D4组，分别以SO2、CH4、NH3、SO3为示踪气体研究喷射入口与系统出口的对应关系。研究表明，喷射入口与系统出口截面总体上具有良好的对应性，靠近反应器中心线的位置两者对应关系较好，靠近烟道壁面位置两者对应关系相对较差，这与烟道的结构型式有着较大关联。基于喷射入口与系统出口的映射关系可以有效地指导喷氨支管阀门的针对性调整，有利于超低排放形势下机组的高效运行。

关键词：SCR示踪气体映射关系喷氨优化

：X701.3：A：1672-3791（2017）07（c）-0029-02

目前，我国燃煤电站处于超低排放改造的攻坚阶段，国家严格要求到2020年全面实现超低排放改造，即实现SCR脱硝系统出口NOx浓度排放小于50mg/Nm3，这对SCR系统的优化运行调整带来了严峻的挑战[1]。根据文献[2-3]研究表明，要实现SCR系统的高效运行，必须保证系统内良好的氨氮混合匹配度，而在实际运行过程中，SCR系统烟道任意截面内NOx浓度的分布是非常不均匀的，因此必须对喷氨格栅各路支管阀门的开度进行针对性调整，以全面提升系统的脱硝性能。

长期以来，国内外科研单位在进行喷氨优化调整时，很大程度上是通过测量SCR系统出口截面内的NOx浓度分布、NH3逃逸特性[4]，然而，由于SCR系统本体结构相对复杂，很难直观地找到喷氨支管阀门与出口截面区域烟气特性的对应关系，实际调整中存在很大的经验性、盲目性，调整工作耗时长、精度差、效率低，因此，有必要寻找一种较为先进的方法以指导SCR系统的喷氨优化调整。

该文提出了基于CFD示踪模拟的SCR系统噴氨优化调整指导方法，通过建立SCR系统三维全尺寸几何模型，采用不同的示踪气体分别定义喷氨格栅AIG入口喷射参数，通过示踪气体入口喷射特性与出口分布特性的映射关系，实现精确指导喷氨支管阀门与出口截面区域烟气特性的对应关系，对超低排放形势下SCR系统的喷氨优化调整具有重要意义。

1研究对象与方法

该文以某660MW超超临界燃煤电站SCR系统为研究对象，其选取液氨作为还原剂。该机组共有A、B两个SCR反应器，烟气从省煤器出口进入SCR系统，依次经过多组导流板、喷氨格栅、AIG混合管、整流格栅等进入SCR反应器发生脱硝反应，随后“洁净”的烟气进入下游空预器。超低排放形势下，SCR反应器采用了三层催化剂满布置的改造方案，该SCR系统采用分区控制式喷氨格栅，单侧各有24个手动蝶阀分别调控24个“H型”喷氨格栅子单元，同时AIG下游布置AIG混合管以加强氨氮混合强度。

该文基于Gambit建立SCR系统全尺寸几何模型（单侧），包括内部导流板、喷氨格栅、AIG混合管、整流格栅、催化剂层等；对AIG及混合管、整流格栅、导流板附近流域进行网格加密处理，近壁处采用壁面函数法近似处理，规则流域采用六面体网格，复杂流域采用四面体网格，经独立性检验最终确定网格划分总数约350万。

2结果与讨论

开展满负荷工况下的数值模拟研究，对喷氨格栅AIG24个“H型”喷氨格栅子单元入口边界分组自定义，具体为：子单元1～6喷射示踪气体为SO2，子单元7～12喷射示踪气体为CH4，子单元13～18喷射示踪气体为NH3，子单元19～24喷射示踪气体为SO3。定义各示踪气体的物性参数保持一致，入口喷射速度亦保持一致，由此获得的AIG截面示踪气体分布特性。通过AIG截面可以很清晰看出，不同烟道流域内对应喷入了不同的示踪气体。

基于上述实验工况，该文截取分析了对象机组SCR系统出口烟道截面内示踪气体的分布特性，如图1所示，可发现，对应示踪气体入口喷射位置与出口分布位置总体上具有较好的空间对应性，但是随着烟气的流动过程，示踪气体不可避免地产生了扩散作用。

进一步分析靠近SCR系统烟道中心线的AIG单元喷射与扩散特性，尽管存在扩散作用，但核心浓度区的对应性良好，这说明对于靠近反应器中心侧位置的烟气流域范围内，喷氨格栅喷射位置与对应出口位置的空间对应性较好，而分析远离SCR系统烟道中心线的AIG单元喷射与扩散特性可以看出，该区域内示踪气体核心浓度区均偏向两侧的烟道壁面，喷射入口及出口的空间对应性相对较差，该文猜测，这与对象机组SCR系统出口烟道位置的渐缩口有着较大关联。对此，在进行SCR系统喷氨优化调整时，根据两者的对应关系进行关键喷氨阀门的针对性精准锁定，从而对应的调整喷氨支管以提升系统运行性能。

3结论与建议

（1）SCR系统喷氨格栅AIG喷射入口与系统出口截面总体上具有良好的对应性，SCR系统优化运行调整中，可基于两者的映射关系对喷氨支管阀门进行针对性调整。

（2）