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中型機組尾部SCR煙氣脫硝反應器，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反應器的高效運行具有積極作用。

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反應器進口和出口處的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)合鍋爐運行工況經(jīng)計算后進行實時調(diào)整，催化劑床層上方氣流分布可通過設置在反應器入口處的導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摩爾比不準確，最終會導致SCR反應器的低效運行[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，為實際工程中SCR反應器的優(yōu)化設計提供技術(shù)依據(jù)。

1模型設計與材料

本試驗采用的物理模型模擬某電廠300MW機組尾部SCR煙氣脫硝反應器，該模型材質(zhì)為有機玻璃，模型尺寸與SCR反應器實體尺寸比例為1∶10，反應器物理模型如圖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標準氣體代替。試驗設置兩處測試斷面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熱敏風速儀測試，CO2濃度采用TES-TO535CO2測定儀測試。


圖1反應器物理模型

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烈的紊流效應，通過漩渦的強力旋轉(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試驗設計及測點布置

在測試斷面建立坐標體系，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)格中心點作為測量點，分別記作X0Y0、X1Y1點以此類推，如圖2所示，通過熱敏風速儀和CO2測定儀分別在中心黑點位置測量每個網(wǎng)格的數(shù)據(jù)，同時記錄試驗數(shù)據(jù)。

根據(jù)本試驗測試目的，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。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，以便從圖表上反應混合煙氣速度和CO2濃度在測試斷面不同位置的變化特點。


圖2測試斷面速度與濃度測點布置

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)上部導流板內(nèi)側(cè)起到了增壓管作用，造成此位置導流板出口壓力過大，而模擬煙氣不能從此處進入，集中到通道右側(cè)上部外側(cè)流動，導致通道右側(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入整流器前外側(cè)流速遠大于內(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，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中型機組尾部SCR煙氣脫硝反應器，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反應器的高效運行具有積極作用。

參考文獻略

《電力科技與環(huán)?！纷髡撸汗?，陳國偉，李發(fā)軍，馬倩雪