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近年來，京津冀、長三角和珠三角等重點(diǎn)區(qū)域霧霾問題嚴(yán)重，“超低排放50355”新標(biāo)準(zhǔn)被提上日程，各行業(yè)開始進(jìn)行脫硝、除塵、脫硫提效改造。原先應(yīng)用于高濃度NOx循環(huán)流化床鍋爐上的低氮燃燒技術(shù)、SNCR及低氮燃燒+SNCR技術(shù)已經(jīng)不能滿足NOx排放值小于50mg/m3的要求，為了控制NOx的排放濃度，必須采用SNCR+SCR聯(lián)合脫硝技術(shù)對NOx進(jìn)行控制。

與單一的SNCR和SCR脫硝相比，該技術(shù)具有脫硝效率高、催化劑用量小、SCR反應(yīng)器體積小、系統(tǒng)阻力小、腐蝕性小、成本適度等優(yōu)點(diǎn)，故在循環(huán)流化床鍋爐得到了廣泛的應(yīng)用。流場分布是影響脫硝裝置脫硝效率及氨逃逸率、催化劑使用壽命的關(guān)鍵因素之一，因此脫硝工程必須對流場進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

李競岌等采用數(shù)值模擬方法對循環(huán)流化床鍋爐SNCR脫硝的噴入點(diǎn)位置、數(shù)量及噴射參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化分析，得出還原劑噴入點(diǎn)布在旋風(fēng)分離器進(jìn)口段內(nèi)側(cè)、噴入點(diǎn)至少四個(gè)、增大霧化粒徑、增大噴霧錐角有利于增強(qiáng)煙氣和還原劑的混合效果。趙永泉等、王岳軍等也對循環(huán)流化床鍋爐的SNCR脫硝流場進(jìn)行了數(shù)值模擬分析研究。

目前，大部分研究都僅對單獨(dú)的SNCR或SCR進(jìn)行流場優(yōu)化，關(guān)于SNCR+SCR聯(lián)合脫硝的流場優(yōu)化研究較少。本文擬采用CFD軟件對某75t/h循環(huán)流化床鍋爐的SNCR+SCR流場進(jìn)行分析，為其現(xiàn)場設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

1幾何模型及數(shù)學(xué)模型

某75t/h燃煤型循環(huán)流化床鍋爐100%BMCR工況下的煙氣量為85000m3/h，按照1∶1的比例建立模型，主要包括燃燒床層部分、掛式過熱器、2個(gè)旋風(fēng)分離器、省煤器、導(dǎo)流板、整流格柵、催化劑層及SCR脫硝出口煙道下游的空預(yù)器部分，如圖1所示。

為了簡化計(jì)算，暫不考慮模型內(nèi)粉塵顆粒的影響，先選用模型計(jì)算得出氣相流場，后加入DPM模型及組分輸運(yùn)模型追蹤氨水的蒸發(fā)過程以及與煙氣的混合過程。另外，省煤器、空預(yù)器、催化劑層均設(shè)置為多孔介質(zhì)，由于前二者內(nèi)部涉及熱交換，故設(shè)置有內(nèi)熱源。

2參數(shù)研究

2.1速度分布

優(yōu)化前煙道中未設(shè)置導(dǎo)流板，僅催化劑層上游設(shè)置了整流格柵，優(yōu)化方案在SCR裝置進(jìn)出口煙道彎頭處設(shè)置了相應(yīng)的導(dǎo)流板，并在整流格柵上游斜煙道上設(shè)置了阻流板，模擬結(jié)果如圖2～圖4所示。圖2為旋風(fēng)分離器入口速度分布俯視圖，煙氣近切線方向進(jìn)入分離器，之后沿外側(cè)螺旋向下運(yùn)動(dòng)，最后經(jīng)過分離器的中心內(nèi)筒流出。

圖3為優(yōu)化前后整個(gè)系統(tǒng)的煙氣流線圖，可看出，由于SCR脫硝上游煙道布置了合理的導(dǎo)流裝置，煙氣可以更均勻的豎直向下通過催化劑區(qū)域。

圖4顯示了優(yōu)化前后首層催化劑上游的速度分布，優(yōu)化前外側(cè)速度過大，最大速度達(dá)到12.24m/s，而低速區(qū)僅為0～1m/s，高煙速區(qū)容易導(dǎo)致催化劑磨損，低煙速區(qū)容易導(dǎo)致催化劑積灰，整個(gè)截面速度相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為20.2%，速度分布均勻性差;優(yōu)化后斷面最大速度降低為4.90m/s，速度分布均勻性得到顯著改善，截面速度相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為6.2%，遠(yuǎn)小于15%的脫硝設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，有利于減輕催化劑的磨損和積灰。