火电厂脱硝整流系统整流格栅的优化

火电厂脱硝整流系统整流格栅的优化

    在我国，火电行业是氮氧化物的最大排放源，其平均排放浓度高达 600 mg/Nm 3 ，是实施减排降耗的重点行业近几年，随着我国火电装机容量的逐渐增加，火电站的氮氧化物排放量也逐年增加。以 2010 年为例，我国火电装机容量约 6. 5 亿千瓦(约占全国当年发电总量的 74. 5 %)，排放氮氧化物约 950 万吨(约占当年全国总氮氧化物排放量的 39 %)。截止 2010 年底，我国已投入运行的火力电站烟气脱硝机组仅有约有 5 000 万千瓦，占全国总火电机组容量的 7. 7 %，火电 NO x 年排放量逼近 1 000 万吨，造成的综合经济损失达 600 亿。为控制我国火电行业氮氧化物的排放，国务院在 2010 年颁布了 《火电厂氮氧化物防治技术政策》和 《火电厂大气污染排放标准 (二次征求意见稿)》，规定自 2010 年起开始执行:“新建及 2004 年后投产的火力电站氮氧化物排放不高于 100 mg/Nm 3 ; 2003 年前投产的火力电站氮氧化物排场不高于 200 mg/Nm 3 ”的 NO x 排放标准旨在运用经济杠杆促使电力电站逐步增加烟气脱硝设，控制氮氧化物的排放。可见，火力电站烟气脱硝技术的研究和应用是我国火电行业未来大力发展的趋势。

脱硝脱硫整流格栅板	脱硫脱硝整流格栅板

    在烟气脱硝系统中发挥重大作用的是整流格栅板。采用耐磨锰钢制造的脱硫脱硫整流格栅板能够促进节能减排的大力推广，是为国家碧水蓝天的美好环境贡献力量的有效保证。整流格栅作为选择性催化还原(SCR)脱硝系统中控制催化剂层上方烟气速度矢量方向的功能组件，起到避免与竖直流通方向成交大角度的高速烟气冲蚀催化剂层和防止烟气中飞灰颗粒物损伤催化剂层的重要所用。采用三维计算流体力学仿真工具，对与烟气速度矢量方向控制密切相关的整流格栅结构进行了优化设计。首先研究了在极限入射角的情况下，计算得出得到满足系统设计要求的整流格栅的最优高度(厚度)。然后，研究了整流格栅安装位置对催化剂层上方烟气速度矢量方向的影响和预防飞灰颗粒物堵塞催化剂层。CFD 仿真结果表明，优化设计下的整流格栅能减小烟气速度矢量方向与竖直流通方向的夹角以及减少烟气飞灰中颗粒物的运动方向与竖直流通方向的夹角，从而起到减弱飞灰颗粒物对催化剂层的冲蚀、延长催化剂寿命的作用。

    烟气首先垂直向下通过省煤器，大颗粒粉尘沉降于灰斗，气流经过弯道导流板上行至喷氨格栅(AIG)，继而经过弯道导流板和整流格栅进入 SCR脱硝反应器的催化剂。流出 SCR 脱硝反应器的烟气经过变径和弯道被送至空气预热器。氨气在反应器中催化剂的作用下，选择性地与 NO x (主要为 NO和少量的 NO 2 )发生反应，将 NO x 转换成无害的氮气(N 2 )和水蒸气(H 2 O)，从而完成脱硝 。现有的脱硝装置催化剂层为多孔介质结构，材质较脆弱，易受与流通方向不一致的高速烟气和灰飞颗粒物的冲蚀，导致催化剂层的材质结构破碎和堵塞  。温度在高负荷(400 ℃)以上时，烟气飞灰中含有重金属汞、铬、铅等颗粒物撞击催化剂层壁面，会粘附在催化剂表面，导致催化剂中毒。SCR 脱硝系统流场中烟气速度矢量方向与飞灰颗粒物的速度矢量方向的控制难度较大，一般只能勉强达到工艺设计指标，即烟气速度矢量方向与竖直流通方向夹角小于10 °。目前，工程设计中常用的整流格栅是由边长为S mm 的正方形钢结构构成的 m × n 阵列格栅。整流格栅高度为 H mm，固定在第一层催化剂层上方的烟道壁面。

    整流格栅安装位置的优化方案 整流格栅优化安装位置的优化设计方案为将整流格栅安装位置由原始设计的安装在催化剂层上方 6 500 mm 处(催化剂层上方烟道弯道出口处)，移动至贴近催化剂层上表面。这样可以避免由于速度大小分布不均匀导致的压力分布不均匀，由于烟道的弯道和导流板(产生较大的背压区域)对烟气流场速度的影响，产生了高速流场区域与低速流场区域分层的间隔分布。

     火力电厂 SCR 脱硝系统整流格栅装置为研究对象，针对 SCR 脱硝系统烟道中催化剂层上表面烟气速度矢量方向分布不均匀与飞灰颗粒物运动方向与催化剂层流通方向存在较大夹角的问题，对 SCR 脱硝系统重要功能组件整流格栅进行了优化设计。CFD 仿真结果表明 SCR 脱硝系统采用了优化设计后的催化剂层飞灰颗粒保护的整流格栅，可以减小烟气速度矢量方向以及烟气飞灰中颗粒物的运动方向与竖直流通方向的夹角，可以减小烟气与飞灰颗粒物对催化剂层的冲蚀和堵塞作用，保持催化剂的活性和防止飞灰中的重金属粘附催化剂壁面导致催化剂层中毒。