以某電（diàn）站鍋爐脫硝係（xì）統為例，對催化（huà）劑磨損、脫硝效（xiào）率低等問題進（jìn）行分析研究（jiū），通過（guò）數值模擬計算的方法（fǎ），確定煙道內流場及灰場分布，對上述問題影響較大，*後提出對三角筋及導流板（bǎn）進行改造，極大（dà）地改善了氣流和灰（huī）場的分布，減（jiǎn）輕了催化劑（jì）的磨損，確保脫（tuō）硝係統安（ān）全、、經濟運行。

隨著電力生產的高速發展，能源消耗劇增，隨之而來的環境汙染也日趨嚴重，能源問題（tí）和環境問題（tí）已成為社會與經濟（jì）發展（zhǎn）的重要問題之（zhī）一。在此大（dà）背景下，電力行（háng）業已經開始推行燃煤機組超低排放改造，要求NOx排放濃（nóng）度嚴格控（kòng）製在50mg/Nm3以下，為此對SCR係統（tǒng）提出更為嚴苛（kē）的（de）要求（qiú）。為了應對上述環保壓力，需要在原有備用層位置加裝一（yī）層催化劑，這種三（sān）層催化劑運行方式會在煙氣流場、催化劑（jì）磨損（sǔn）、脫（tuō）硝效率低等方麵帶來新的（de）問題。

隨著計算（suàn）流體動力（lì）學CFD技術的不斷進步，國內外很多廠家都（dōu）在脫硝反應器設計（jì）中涉及流體流動、熱交換、化學反應等現（xiàn）象應用CFD技術進行數值模擬。數值模擬不僅可以得到和冷態試驗同一標準的流動特性（xìng），還可有效地對煙氣的溫度分布、NOx分布、NH3/NOx分布以（yǐ）及飛灰（huī）濃（nóng）度分布進行預測。針對脫硝係統催化劑局部磨損嚴重的問題，利用數值模（mó）擬計算的方式尋求（qiú）*優改造策略，避免（miǎn）局部催化劑（jì）磨穿失效導致（zhì）脫硝效率下降、氨逃逸上升等問題，從整體上提高脫硝係統的性能。

1鍋爐概況（kuàng）

某公司（sī）#1機組鍋爐為上海鍋爐廠有限公司製造的超臨界（jiè）參數（shù）變（biàn）壓運行直流爐，其（qí）型（xíng）號為DG1160.5/17.4-Ⅱ13，一（yī）次中間再熱、四角切圓燃燒、單爐膛、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結（jié）構、平衡通風、露天布置、Π型鍋爐。鍋爐煙氣脫硝裝置（zhì）采用“高含塵布置（zhì）方（fāng）式”的選擇性催化還原（yuán）法，在設計煤種、鍋爐*大工況、處理比較高煙氣量條（tiáo）件下（xià），脫硝效率不小於85%，脫硝裝置出口NOx濃度不高於（yú）50mg/Nm3（6%氧含量，幹煙氣（qì）），布置3層（céng）催化（huà）劑。脫硝係（xì）統結構設計見圖1所示。圖1SCR係（xì）統結構示意圖

煙氣從省（shěng）煤器出口進入漸擴段煙道，經下轉角煙道（dào）進入垂直的上（shàng）升煙道，在其中和還原（yuán）劑氨混合，經上轉角（jiǎo）段煙道（dào）、整（zhěng）流格柵和鋼梁進入催化劑層。

2數學模型和計算方法

2.1數學模型

由於整個脫硝係統（tǒng）不（bú）涉及換熱，故作為絕熱過程來進行模擬，煙氣的溫度不變（biàn），從而相（xiàng）關的物理參數也取常數（shù）。脫硝入口設置為速度入（rù）口邊界，假設（shè）入口處（chù）流速分布均勻，脫硝出口設置為壓力出口邊界，按照常規運行值進行設定。采用修正k模型模擬氣體湍流流動，采用物質輸運模型模擬多種物質（zhì）的混合，采用拉（lā）格朗日-顆粒隨機軌道模型模擬飛（fēi）灰顆粒的運行，相關的具體值見表1所示。

表1數值模擬主（zhǔ）要參數設定

.2計算方法

k方程

3SCR煙道內主要界麵流場和（hé）灰場分布（bù）及改造方案

為了弄清煙氣和飛（fēi）灰在SCR煙（yān）道內的流動特性，通過數值模擬的計算方法模（mó）擬出SCR煙道內主要截麵流場和灰（huī）場（chǎng）分布，如圖（tú）2所示。

由圖2可知，煙氣速度大的位置主要集中在兩組橫梁的梁前，飛灰濃度大的位置主要集中在前牆和先進組鋼梁之間。因此，先進組（zǔ）鋼梁前至SCR反應器前牆位（wèi）置煙氣流速和飛灰濃度均處於較高水平，造成這一位置催化劑磨損強度較大，因（yīn）此，本次模（mó）擬改造方案是通過（guò）優化催化劑入口的流場和灰場，達到減弱（ruò）催化劑局部磨損較重的現象。催化劑入（rù）口飛灰（huī）濃度分（fèn）布（bù）是由SCR整體煙道設計決（jué）定。其中由於飛灰的慣性遠（yuǎn）高於煙氣，容易在轉角煙道分離出主流煙氣，上升煙道的上下（xià）轉角導（dǎo）流（liú）板是灰場的重要影響因素。具體見圖3所示。

圖2原始（shǐ）SCR結構內流場和（hé）灰場分（fèn）布

圖3催化劑上方流場（chǎng）分布

橫梁結構分橫縱兩種（zhǒng）布（bù）置，與氣流方向垂直的是橫梁（liáng）結構，與（yǔ）氣流方向平行的是縱梁結構。橫梁結構主要由（yóu）“工”字型（xíng）鋼和防積灰三角（三角（jiǎo）筋）組成。其中，“工”字（zì）型鋼主要起承重作用；防積灰三角的主要作用就（jiù）是防止飛灰顆粒因慣性及離心力作用跟隨氣流積聚在後牆側，對靠（kào）後牆側的催化劑造成嚴重磨損。

綜上所（suǒ）述（shù），隨即提出兩條措施進行整改：一是（shì）對整流格柵進行改造，具體（tǐ）為將防積灰三角即三（sān）角筋切除；二是對上升煙道上下轉角煙道的導流板進行（háng）改造。

4數值模擬結果及分析

橫梁結構中設計三角（jiǎo）筋，其目的是（shì）控製飛灰顆粒（lì）向（xiàng）後牆聚（jù）集，防止嚴重磨損後牆的催化劑，但卻對煙道內的流場造成了破壞。圖4是切除（chú）三角筋後流場和灰場的（de）分布。

導流（liú）板的數目對（duì）脫（tuō）硝（xiāo）反應器入口的煙氣速度有直接影響，當導流板較多時，煙氣速度（dù）較小，煙氣與催化劑接觸時間增加，提高了脫硝效率；但是導流板（bǎn）過（guò）多（duō）時，煙氣與催化劑接（jiē）觸時間過長，可（kě）能會發生氮（dàn）氧化物（wù）的氧化反應（yīng），另外煙道的阻力會上升，風機單耗也會升高；當導流板較少時，不能很好的發揮導流作用，煙氣速（sù）度較大，煙氣與催化劑（jì）接觸時間短，脫硝效率低。原脫硝係統在煙道上下轉角分別設計了2塊導流板，改造時分別采用4塊導流板進行模擬。效果見圖5所示。

圖4改造三角筋後的流場和灰場分布

圖5改造上（shàng）下（xià）轉角導流板後的流場和灰場分布

由圖可知，通過改造上下轉角導（dǎo）流板，改造後SCR整（zhěng）體沿程煙道的（de）流場（chǎng）和灰（huī）場均得到改善，特別是催（cuī）化劑前飛灰分布均勻性顯著提高。

圖（tú）6是上（shàng）下轉角導（dǎo）流板改造前、後截麵3上（位置見圖4）飛灰（huī）濃度及（jí）平均粒徑沿著Y方向（煙道深度方（fāng）向）的分布（bù）。

圖6截麵3上飛灰顆粒數（shù）目及平均粒徑分布

由圖6可知，經過改造，先進組鋼梁前至SCR反應（yīng）器前牆位置的（de）飛（fēi）灰顆粒數目及粒徑（jìng）的高峰區被（bèi）抹平（píng），證明該位置的高濃（nóng）度（dù）飛灰區（qū）被（bèi）有效的消除。

催化劑的磨損取決於上方飛灰顆（kē）粒撞擊催化劑的作用力，而作用力受催化劑上方飛灰攜帶動量決定。而區域內飛灰的速度和質量（liàng）分布決定了（le）該區域飛灰攜帶的動量。因此（cǐ），本項目將飛（fēi）灰攜（xié）帶動量（liàng）的均勻性作為衡（héng）量催化劑磨損分布的依據，圖7為改造上下轉角（jiǎo）導流板前、後催化劑（jì）上方飛灰顆粒動量分布。

圖7改（gǎi）造上下（xià）轉角導流板前、後催化劑上方飛灰顆粒動量分（fèn）布

由圖7可知，在將飛灰濃度場調勻後，催化劑上方飛灰動量峰（fēng）值效應得到明顯減弱（ruò），若結合流場的鋼梁改造，有（yǒu）能力將所有區域動量降至10mg·m/s以下。

5結論及展望

(1)催化劑上方三角筋和工字鋼（gāng）結構在緊挨催化劑的（de）SCR反應器煙道，它是催化劑入口流場影響的（de）重要因素（sù）。

(2)催化劑入口飛灰濃度分布是由SCR整體煙道設計決定，其中，上升煙道上（shàng）下轉角導流（liú）板是灰場（chǎng）的重（chóng）要影響因素。

(3)通過數值（zhí）模擬計算的方法，對脫硝係統內局（jú）部進行改造，可以模擬改造後煙道（dào）內流場、灰場的分布，對於解決催化（huà）劑磨損、脫硝效率低等問題極具（jù）參考價值。