脱硝SCR精准喷氨改造之CFD流场优化

脱硝SCR精准喷氨改造之CFD流场优化

 

燃煤电厂脱硝精准喷氨概念提了十几年，但由于流场改造条件、仪表快速测量、系统控制逻辑等问题，一直都是在试错中逐步前进。技术相对成熟也就是这三五年时间。

CFD流场优化是精准喷氨改造的关键一步，无论是当年的超低排脱硝改造，还是现在的精准喷氨改造，都在强调CFD流场分布的重要性。 

虽然两者都要做CFD流场优化，但是这两者关注的点是有一定差别的。

常规脱硝改造关注的是催化剂入口截面的参数指标。通常，指标要求如下：

1）催化剂入口上游0.5m处截面烟气速度分布相对标准偏差小于15%；

2）催化剂入口上游0.5m处截面氨氮摩尔比分布相对标准偏差小于5%；

3）催化剂入口上游0.5m处截面温度分布偏差小于±10℃；

4）烟气入射催化剂偏角小于±10°；

 

精准喷氨对流场分布有其独特的要求，优化难度更大。

其中2项硬性要求是：

（一）入口喷氨流线和出口分区监测必须要有一一对应关系；

注意，这里是“必须一一对应”，而不是 “最好一一对应”。

这将直接决定喷氨分区控制是否精准，此项不满足，就别谈什么精准控氨了。前后都不对应，你拿什么逻辑去精准控制？

所以，这一条要求对流场模拟提出了巨大挑战。既要优化喷氨格栅并合理设计分区，又要慎重选择当前氨烟混合器的去留，并设计合适的氨烟混合器。

有的工程师校核完脱硝流场之后，发现催化剂入口各项指标对应关系很好，这可能只是一个假象。

必须要对各分区喷氨流线前后对应关系进行校核和优化，这样才能确保喷氨能够实现精准。

 

 

（二）各喷氨格栅分区来流速度偏差不能过大，不能超出分区电动阀调节能力

根据我个人经验，偏差尽量不要超过80%，越均匀越好。

比方说，来流平均速度10m/s，那么，各分区烟气平均速度最大不超过18m/s。当然这个只是经验数据，因为分区流速太小尚可通过调整对应分区电动阀关小喷氨流量，但是分区流速过大，很可能超过电动阀调节能力。

此外分区阀门开度是由分区烟气流速和NOx浓度共同决定的。如果流量又高，浓度又大，此时分区调节阀开到最大仍然不能达到氨氮摩尔比的要求，那就只能任其NOx超标了。如果不想NOx超标就得氨逃逸超标，反正总有一个不尽人意。 

除了上面的两点要求，作为流场优化工程师，只躲在家里干CFD流场是不行的，必须要了解现场，了解业主需求，考察现场目前遇到的问题。比如说CFD算出来发现流场挺好，但业主反映催化剂磨损了、空预器堵了、喷氨过量了等等，这些问题需要结合现场去分析，很可能是导流板磨穿了、导流板积灰了、模拟边界定的不合理等等造成的。另外，锅炉燃烧负荷不同，脱硝反应器来流速度分布、温度分布、NOx浓度分布可能差别很大。

这与CFD工程师常规理解可能是不一样的。

理论上各工况负荷下的脱硝入口速度场分布规律是一致的。

根据相似模化实验原理，雷诺数大于2*10的5次方后，流动进入“自模化”区，速度分布规律不受流速变化的影响。

但是从全流程角度出发，锅炉从燃烧产生烟气到脱硝入口不是所有区域都满足自模化要求的，这就导致各工况速度分布可能差别很大。

见下图某机组各负荷入口速度分布现场测试结果。

 

像这种情况，也是一个行业难题，很难实现喷氨格栅全负荷来流均匀一致。这就要考分区自动调阀实时控制，从而一定程度上弥补变负荷分区流量分配变化大带来的影响。

理论上在省煤器出口增设大型绕流混合器也可以重整气流、提升NOx和温度分布均匀性，但并不是所有项目都具备这样的条件，入口水平段距离太低不具备改造条件。 

如果仅从技术角度出发去给建议，咱建议流场越均匀越好。

但脱硝精准喷氨改造又是个系统工程项目，还要考虑改造成本、施工难度、工期要求、竞标优势、项目利润等等。

需要强调的是：CFD流场优化很重要，但也只是实现精准喷氨的先决要素之一。

流场不好能不能实现精准喷氨？

能。

但是很难。

前提是前后分区对应关系必须一致，顶多就是阀门调节幅度大一些。如果流场均匀性太差，调节幅度超过分区控制阀门的能力，那也是不行的，所以说好的流场一定是实现精准喷氨的基础。 

如果对应关系混乱，精准喷氨必定失败。