垃圾焚烧SCR脱硝装置流场模拟分析 原创

一、项目简介

本次模拟对象为垃圾焚烧SCR脱硝装置，常见的流场问题及优化措施

问题1：烟气分布不均

原因：烟道转弯、变径导致离心力或惯性力，使烟气偏向一侧。

措施：加装导流板（Turning Vanes），这是最常用的优化手段，用于平稳地引导烟气，均匀分布。

问题2：氨/烟混合不均

原因：喷氨格栅（AIG）设计不合理，或氨喷射流与主烟气动量不匹配。

措施：优化喷氨格栅各喷口的流量分配；在AIG下游加装静态混合器，增强湍流混合；确保足够的混合距离（AIG到催化剂层之间的直管段长度）。

问题3：飞灰沉积和磨损

原因：存在低速区、死角或尖锐凸起。

措施：优化烟道和反应器形状，消除死角；对可能发生磨损的部位（如导流板迎风面）采用防磨设计（如加装防磨片）。

问题4：温度不均或偏低

原因：锅炉负荷波动，炉膛燃烧不均，省煤器出口烟温不均。

措施：从锅炉运行调整入手；在烟道设计上，可采用烟气旁路或省煤器分级等技术来精确控制SCR入口烟温。

根据已知的流场问题和措施，分析该装置运行的关键指标，即如何尽可能保证反应器内催化剂表面的烟气速度及氨浓度（NH3/NOx）均布性，以确保脱硝效率和氨逃逸量满足要求；现通过CFD模拟，并添加适当的导流板及扰流板，确保SCR反应器中的气流均布及氨氮混合均匀。

 其中指标是：1、催化剂入口端面速度分布均匀，相对标准偏差＜15%；

                     2、NH3/NOx摩尔比浓度偏差＜10%；

                     3、烟气入射角度控制在10°以内；

二、计算模型及边界条件

2.1 计算模型建立

根据图纸建立三维模型，包括进口管道、SCR反应器及出口管道，模型如下：

图中：in01为压力监测面，SCR-in为第一层催化剂上200mm处监测面。

图1 三维模型

2.2 边界条件

计算参数如下图，工况下，烟气量为286601m3/h，进口速度为18.28m/s，温度为180℃，进口尺寸2.75m(长)*1.8m(宽）,水力直径计算为2.176m，湍流强度计算为2.81%，气体密度为0.779kg/m3，气体粘度为2.50E-05Pa·s，出口采用压力出口（pressure-outlet），出口压力设定为0Pa，湍流模型采用standard k-e模型，近壁面处采用无滑移边界条件；催化剂采用多孔介质模型；喷氨格栅氨气入口采用速度边界，进口速度为26.37m/s，喷氨过程采用组分运输模型。

三、计算结果及分析

经过模拟计算，添加导流及扰流措施，本SCR脱硝装置的模拟运行状态如下：