目前燃煤电厂烟气脱硝以******的选择性催化还原脱硝(SCR)技术为主。截止到2016年，我国燃煤电站SCR脱硝装置的安装率超过85%。在超低排放的要求下，已有脱硝系统普遍采用的提效措施是改善流场、加强混合效果，并加装第三层催化剂(原设计2层)。其中，通过CFD技术对流场进行优化设计是“性价比”******的一项关键技术，值得在所有SCR脱硝改造项目中推广应用。

我公司可通过合理的导流板、整流格栅、喷氨格栅、混合器的设计，提高催化剂入口烟气流速均匀性、氨气分布均匀性、降低整体系统阻力。

1、CFD技术简介

CFD是Computational Fluid Dynamics的简称，中文全称为：计算流体动力学。

2、CFD技术在SCR脱硝系统的应用

2.1 优化分析的目的

在SCR系统设计中使用CFD软件，能实现下述的设计目的：

1) 研究烟气流动情况优化烟气流场，确定******设计外形、******内容布置方式;

2) 确定喷氨格栅及混合装置的形式、位置，保证氨的混合均匀性;

3) 检验和预测系统压力损失，保证压降***小化;

4) 优化烟气温度场、速度场分布;

2.2 模拟范围的选取原则

常规情况下，对于火电厂燃煤锅炉而言，SCR脱硝装置的布置在省煤器与空预器之间，之所以在这个位置居多，原因是这段烟温处于脱硝催化剂的活性温度范围。

在进行CFD模拟的时候，所选型的模型范围也是自省煤器出口至空预器进口。省煤器出口作为模型入口边界，空预器进口作为模型出口边界。

2.3 模拟分析的大致过程

选取模型后，通过三维建模、网格划分、边界条件设置和计算模型选取，***后经过数值求解得到我们需要的可视化的图像结果。大致过程如下图：

图：SCR脱硝系统流场计算的大致过程

计算结束后，我们可以获取整个计算模型内部任何位置的烟气流速、烟气方向、氨气浓度、温度、压力等等数据。

在所有位置里，我们******关心的是催化剂表面这个位置，此处的烟气流速均匀性、氨气浓度均匀性对脱硝效率、催化剂磨损、控制氨逃逸起到决定性作用。

速度均匀意味着通过催化剂层每个孔道的烟气流经时间是一致的，不会出现个别孔道通过时间较快未反应完全且磨损严重的情况。

浓度均匀意味着通过催化剂每个孔道氨氮比是一致的，否则则会出现，氨氮比高的孔未反应掉的氨气逃逸，氨氮比低的孔NOx未被脱除完全。

2.4 SCR脱硝优化的定量目标

图：CFD研究******规范标准

其中，速度相对标准偏差，对于超低排放来说建议设定更低：<10%。

如果结算结果的数据不满足上述要求，可以通过调整烟道的布置方式，导流板整流格栅的修改来对烟气流场进行优化。大多数情况对流场的优化主要是导流板、整流格栅这些内部结构，尤其对于改造项目很多烟道的布置方式只能由现场情况决定。但是好的烟道外形设计是流场优化的先天优势。

2.5 从流场优化的角度，SCR烟道反应器设计注意事项

1）避免喷氨格栅上游与倾斜的烟道出口过于临近。这样会造成喷氨格栅上游流速偏差过大，难以控制氨的混合均匀性。对于条件受限不得不采用这种设计的项目，建议在烟道转弯段的进出口均布置导流板，降低烟气流速的偏差。如下图：

2）避免竖直烟道与反应器设计过近;烟气从竖直烟道到反应器******通过两个90°弯头来过渡，烟道与反应器过于靠近相当于一个180°转弯，流场难以均布;对于条件受限不得不采用这种设计的项目，建议采用改变烟道上部走势的特殊处理。如下图：

3）反应器后侧顶板与整流格栅不建议留有空间，会造成反应器后侧烟气流速过高。如下图：

对于此处已设计留有空间的项目，建议停炉改造期间检查顶层催化剂磨损情况。如发现反应器后侧的催化剂磨损严重，可通过在反应器上部布置导流板对流场进行优化调整。

4）不建议催化剂备用层预留在***上层。如下图：

这种预留上层的布置方式，要特别注意上层支撑梁的积灰问题，大块的积灰落下对下面催化剂来说是致命的。对于已采用催化剂预留在上层的项目，建议停炉检修期检查上层支撑梁两侧是否有积灰，检查支撑梁下方的催化剂有无堵灰，强烈建议对预留层支撑梁两侧进行密封。

5）模型尽量建立完全，反应器出口之后的优化虽对脱硝效率没影响，但对下游的空预器有影响，空预器进口烟气流速偏差过大将对空预器换热效果造成影响。一个反面的案例如下：

3、***后值得一提的是，尽管CFD模拟结果对脱硝流场设计提供保证，但考虑到烟气工况多变，还是建议所有SCR项目在调试阶段都进行喷氨优化调整试验，该试验对于保证脱硝效率和控制氨逃逸有重要意义。