火電廠脫硝整流系統(tǒng)整流格柵的優(yōu)化

    在我國，火電行業(yè)是氮氧化物的最大排放源，其平均排放濃度高達(dá) 600 mg/Nm 3 ，是實(shí)施減排降耗的重點(diǎn)行業(yè)近幾年，隨著我國火電裝機(jī)容量的逐漸增加，火電站的氮氧化物排放量也逐年增加。以 2010 年為例，我國火電裝機(jī)容量約 6. 5 億千瓦(約占全國當(dāng)年發(fā)電總量的 74. 5 %)，排放氮氧化物約 950 萬噸(約占當(dāng)年全國總氮氧化物排放量的 39 %)。截止 2010 年底，我國已投入運(yùn)行的火力電站煙氣脫硝機(jī)組僅有約有 5 000 萬千瓦，占全國總火電機(jī)組容量的 7. 7 %，火電 NO x 年排放量逼近 1 000 萬噸，造成的綜合經(jīng)濟(jì)損失達(dá) 600 億。為控制我國火電行業(yè)氮氧化物的排放，國務(wù)院在 2010 年頒布了 《火電廠氮氧化物防治技術(shù)政策》和 《火電廠大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn) (二次征求意見稿)》，規(guī)定自 2010 年起開始執(zhí)行:“新建及 2004 年后投產(chǎn)的火力電站氮氧化物排放不高于 100 mg/Nm 3 ; 2003 年前投產(chǎn)的火力電站氮氧化物排場不高于 200 mg/Nm 3 ”的 NO x 排放標(biāo)準(zhǔn)旨在運(yùn)用經(jīng)濟(jì)杠桿促使電力電站逐步增加煙氣脫硝設(shè)，控制氮氧化物的排放。可見，火力電站煙氣脫硝技術(shù)的研究和應(yīng)用是我國火電行業(yè)未來大力發(fā)展的趨勢。

脫硝脫硫整流格柵板	脫硫脫硝整流格柵板

    在煙氣脫硝系統(tǒng)中發(fā)揮重大作用的是整流格柵板。采用耐磨錳鋼制造的脫硫脫硫整流格柵板能夠促進(jìn)節(jié)能減排的大力推廣，是為國家碧水藍(lán)天的美好環(huán)境貢獻(xiàn)力量的有效保證。整流格柵作為選擇性催化還原(SCR)脫硝系統(tǒng)中控制催化劑層上方煙氣速度矢量方向的功能組件，起到避免與豎直流通方向成交大角度的高速煙氣沖蝕催化劑層和防止煙氣中飛灰顆粒物損傷催化劑層的重要所用。采用三維計(jì)算流體力學(xué)仿真工具，對與煙氣速度矢量方向控制密切相關(guān)的整流格柵結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先研究了在極限入射角的情況下，計(jì)算得出得到滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的整流格柵的最優(yōu)高度(厚度)。然后，研究了整流格柵安裝位置對催化劑層上方煙氣速度矢量方向的影響和預(yù)防飛灰顆粒物堵塞催化劑層。CFD 仿真結(jié)果表明，優(yōu)化設(shè)計(jì)下的整流格柵能減小煙氣速度矢量方向與豎直流通方向的夾角以及減少煙氣飛灰中顆粒物的運(yùn)動方向與豎直流通方向的夾角，從而起到減弱飛灰顆粒物對催化劑層的沖蝕、延長催化劑壽命的作用。

    煙氣首先垂直向下通過省煤器，大顆粒粉塵沉降于灰斗，氣流經(jīng)過彎道導(dǎo)流板上行至噴氨格柵(AIG)，繼而經(jīng)過彎道導(dǎo)流板和整流格柵進(jìn)入 SCR脫硝反應(yīng)器的催化劑。流出 SCR 脫硝反應(yīng)器的煙氣經(jīng)過變徑和彎道被送至空氣預(yù)熱器。氨氣在反應(yīng)器中催化劑的作用下，選擇性地與 NO x (主要為 NO和少量的 NO 2 )發(fā)生反應(yīng)，將 NO x 轉(zhuǎn)換成無害的氮?dú)?/span>(N 2 )和水蒸氣(H 2 O)，從而完成脫硝 。現(xiàn)有的脫硝裝置催化劑層為多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)，材質(zhì)較脆弱，易受與流通方向不一致的高速煙氣和灰飛顆粒物的沖蝕，導(dǎo)致催化劑層的材質(zhì)結(jié)構(gòu)破碎和堵塞  。溫度在高負(fù)荷(400 ℃)以上時(shí)，煙氣飛灰中含有重金屬汞、鉻、鉛等顆粒物撞擊催化劑層壁面，會粘附在催化劑表面，導(dǎo)致催化劑中毒。SCR 脫硝系統(tǒng)流場中煙氣速度矢量方向與飛灰顆粒物的速度矢量方向的控制難度較大，一般只能勉強(qiáng)達(dá)到工藝設(shè)計(jì)指標(biāo)，即煙氣速度矢量方向與豎直流通方向夾角小于10 °。目前，工程設(shè)計(jì)中常用的整流格柵是由邊長為S mm 的正方形鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)成的 m × n 陣列格柵。整流格柵高度為 H mm，固定在第一層催化劑層上方的煙道壁面。

    整流格柵安裝位置的優(yōu)化方案 整流格柵優(yōu)化安裝位置的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案為將整流格柵安裝位置由原始設(shè)計(jì)的安裝在催化劑層上方 6 500 mm 處(催化劑層上方煙道彎道出口處)，移動至貼近催化劑層上表面。這樣可以避免由于速度大小分布不均勻?qū)е碌?/span>壓力分布不均勻，由于煙道的彎道和導(dǎo)流板(產(chǎn)生較大的背壓區(qū)域)對煙氣流場速度的影響，產(chǎn)生了高速流場區(qū)域與低速流場區(qū)域分層的間隔分布。

     火力電廠 SCR 脫硝系統(tǒng)整流格柵裝置為研究對象，針對 SCR 脫硝系統(tǒng)煙道中催化劑層上表面煙氣速度矢量方向分布不均勻與飛灰顆粒物運(yùn)動方向與催化劑層流通方向存在較大夾角的問題，對 SCR 脫硝系統(tǒng)重要功能組件整流格柵進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。CFD 仿真結(jié)果表明 SCR 脫硝系統(tǒng)采用了優(yōu)化設(shè)計(jì)后的催化劑層飛灰顆粒保護(hù)的整流格柵，可以減小煙氣速度矢量方向以及煙氣飛灰中顆粒物的運(yùn)動方向與豎直流通方向的夾角，可以減小煙氣與飛灰顆粒物對催化劑層的沖蝕和堵塞作用，保持催化劑的活性和防止飛灰中的重金屬粘附催化劑壁面導(dǎo)致催化劑層中毒。