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摘要：本文主要针对SCR脱硝反应器物理场特性进行分析，思考了SCR脱硝反应器物理場特性的主要内容，以及结构优化设计的相关问题，希望能够为今后的相关研究提供参考。
关键词：SCR脱硝反应器，物理场，特性，结构，优化
前言
在思考SCR脱硝反应器物理场特性的过程中，要明确其目的是更好的提升其整体的效果，因此，我们有必要进一步探讨结构优化的设计问题，提高结构优化设计的整体质量。
1、SCR脱硝反应器概述
国内电站实际应用SCR（选择性催化还原）烟气脱硝技术过程中，经常出现中、低负荷下SCR反应器入口烟温低于SCR催化剂的最佳反应温度窗口，严重时甚至低于正常反应温度等问题，导致SCR反应器运行效率明显偏低，严重影响余热锅炉的脱硝效率、N0x排放浓度和氨逃逸率。因此，需要在不影响余热锅炉整体运行下，有效提高SCR反应效率，维持SCR催化剂的较高活性，保证原SCR反应器系统高效稳定运行的是很有必要的。
2、模拟系统设计
NOx严重危害人体健康，还是光化学烟雾和酸雨的主要诱因，而大气氮氧化物污染物的主要来源是电站锅炉燃煤排放。随着新标准（GB13223-2011）的实施，国家对火电厂NOx排放要求日趋严格。目前，控制NOx排放的主要措施有2种：燃烧控制和烟气脱硝。非选择性催化还原法（selectivenon-catalyticreduction，SNCR）和选择性催化还原法（selectivecatalyticreduction，SCR）是当下主要的烟气脱硝方法。因SCR脱硝技术脱硝效率比较高且运行较可靠，在国内外大型燃煤机组烟气脱硝中应用最为广泛。然而，目前大型燃煤机组普遍存在因喷氨控制不准确，SCR反应器内流场分布不均，催化剂层入口处NH3、NOx混合状况不佳等原因造成的喷氨过量和大量氨逃逸的问题。氨泄漏一方面会直接给电厂带来经济损失，另一方面还会使催化剂老化，催化剂积灰减小催化面积，并导致空气预热器结渣，给电厂带来间接经济损失，并带来安全问题。
在实际工艺中，SCR烟气脱硝反应器通常布置在锅炉省煤器出口与空气预热器入口之间以满足反应温度要求。经稀释的氨气通过固定在氨喷射格栅上的喷嘴均匀地喷入烟气中，与烟气混合后一起进入填充有催化剂的SCR反应器。NOx与NH3在催化剂的作用下，选择性地与烟气中的NOx（主要为NO和少量的NO2）发生化学反应，将NOx转换成无害的氮气与水蒸气，从而完成脱硝过程。
SCR烟气脱硝反应器模拟系统主要由烟风道、导流板、整流格栅及催化剂层、给灰系统、供氨与喷氨系统、测试及数据采集系统几部分组成。
2.1烟风道
为了确保SCR脱硝反应器模型中的流场压降、速度及浓度分布与原型反应器保持工况相似，按照几何相似的准则把原型反应器按10∶1缩小。SCR烟气脱硝系统中气体的流动为管内流动，按照粘滞力相似准则，原型与模型的雷诺数相等，选取空气作为模拟烟气的介质确定相关物理量。
模型系统烟道采用钢材与透明有机玻璃组成的模块化结构，以法兰连接，便于观察流场，并可以根据试验研究与优化设计的需要方便地调整模拟系统的整体构成、局部结构及内部装置的结构型式与布置方式。模型系统出口布置xgf-6.5-Ⅱ引风机为整个通道提供流场动力与负压保证，以模拟原型反应器环境。
2.2导流板
脱硝率和氨逃逸率是衡量SCR脱硝性能的两个重要指标，其很大程度上取决于进入催化剂层之前氮氧化物和氨气混合浓度及速度分布的均匀程度。在实际过程中，为保证烟气与氨气混合均匀，在脱硝系统烟道中加装均流装置———导流板。该系统总共采用3级导流板，第1级布置在烟道入口（1号导流板），第2级布置在左上部（2号导流板），第3级布置在右上部（3号导流板）。这些导流板的结构型线、布置位置、每级导流板的数量等均可按照试验研究与优化设计的需要进行调整。
2.3整流格栅及催化剂层
催化剂进口前端采用均布多孔网格作为整流装置，可使混合后的烟气与氨均匀地喷射到催化剂上，以保证脱硝率和降低氨逃逸率。催化剂层以铝合金条形材做支撑网格，以多孔网格多层迭加平铺的形式布置，调整多孔网格数可达到调整阻力的目的。考虑到与原型反应器一致，在两层催化剂层之后还留有一层备用。
2.4给灰系统
由于脱硝催化剂活性的温度要求，SCR脱硝系统布置在省煤器和空气预热器之间较为合适。该区域属于高含尘区域，烟气中含有的灰分不但会造成设备和催化剂层的磨损，而且当烟气流速低时可能会造成催化剂层堵塞。因此，需要进行灰分沉降试验。
飞灰可以采用滑石粉或来自煤粉锅炉的飞灰，在风机出口加装除尘布袋以收集排出的飞灰。
3、模拟试验
以某地电厂在建的2×600MW火电机组脱硝系统为对象，在BMCR、75%THA和50%THA3种工况下利用高速摄像头拍摄模拟氨气（在烟道入口布置2台舞台烟雾机同时喷入烟雾示踪剂，以实现反应器内流动的可视化）及飞灰在模型中的分布情况。
模拟系统中风道的水平段、第1、2层催化剂前的速度分布比较均匀，其中水平段的速度分布标准差为11.5%～13.9%，第1层催化剂前的速度分布标准差为13.8%～13.9%，第2层催化剂前的速度分布标准差为13.6%～13.9%，均小于14%。模拟系统中的第1、2层催化剂前的CO2浓度分布均匀，第1层催化剂前的浓度分布标准差为3.32%～4.42%，第2层催化剂前的浓度分布标准差为3.53%～4.69%，CO2的浓度分布标准偏差<5%，分布均匀，用CO2模拟氨气完全符合要求。在BMCR工况下进行飞灰分布特性试验。
飞灰在风道内以及催化剂层上分布均匀，说明该模拟系统根据数值模拟结果所确定的模型外形、尺寸及各调节挡板的安装位置与几何尺寸合理。在50%THA工况下进行流场可视化试验，直观观察风道中空气的分布规律，并进一步验证定量测试的结果。结果表明，气流在装置风道内分布均匀且经过整流格栅后具有较好的垂直度，能满足设计及实际运行要求。
4、结束语
综上所述，在SCR脱硝反应器物理场特性的研究过程中，一定要把握其重点和要点，本文总结了SCR脱硝反应器物理场特性的内容和结构优化设计方法，可供参考。
参考文献：
[1]姜烨，高翔，吴卫红，张涌新.选择性催化还原脱硝催化剂失活研究综述[J].中国电机工程学报，2017，33（14）：18-31+13.
关键词：SCR脱硝反应器，物理场，特性，结构，优化
前言
在思考SCR脱硝反应器物理场特性的过程中，要明确其目的是更好的提升其整体的效果，因此，我们有必要进一步探讨结构优化的设计问题，提高结构优化设计的整体质量。
1、SCR脱硝反应器概述
国内电站实际应用SCR（选择性催化还原）烟气脱硝技术过程中，经常出现中、低负荷下SCR反应器入口烟温低于SCR催化剂的最佳反应温度窗口，严重时甚至低于正常反应温度等问题，导致SCR反应器运行效率明显偏低，严重影响余热锅炉的脱硝效率、N0x排放浓度和氨逃逸率。因此，需要在不影响余热锅炉整体运行下，有效提高SCR反应效率，维持SCR催化剂的较高活性，保证原SCR反应器系统高效稳定运行的是很有必要的。
2、模拟系统设计
NOx严重危害人体健康，还是光化学烟雾和酸雨的主要诱因，而大气氮氧化物污染物的主要来源是电站锅炉燃煤排放。随着新标准（GB13223-2011）的实施，国家对火电厂NOx排放要求日趋严格。目前，控制NOx排放的主要措施有2种：燃烧控制和烟气脱硝。非选择性催化还原法（selectivenon-catalyticreduction，SNCR）和选择性催化还原法（selectivecatalyticreduction，SCR）是当下主要的烟气脱硝方法。因SCR脱硝技术脱硝效率比较高且运行较可靠，在国内外大型燃煤机组烟气脱硝中应用最为广泛。然而，目前大型燃煤机组普遍存在因喷氨控制不准确，SCR反应器内流场分布不均，催化剂层入口处NH3、NOx混合状况不佳等原因造成的喷氨过量和大量氨逃逸的问题。氨泄漏一方面会直接给电厂带来经济损失，另一方面还会使催化剂老化，催化剂积灰减小催化面积，并导致空气预热器结渣，给电厂带来间接经济损失，并带来安全问题。
在实际工艺中，SCR烟气脱硝反应器通常布置在锅炉省煤器出口与空气预热器入口之间以满足反应温度要求。经稀释的氨气通过固定在氨喷射格栅上的喷嘴均匀地喷入烟气中，与烟气混合后一起进入填充有催化剂的SCR反应器。NOx与NH3在催化剂的作用下，选择性地与烟气中的NOx（主要为NO和少量的NO2）发生化学反应，将NOx转换成无害的氮气与水蒸气，从而完成脱硝过程。
SCR烟气脱硝反应器模拟系统主要由烟风道、导流板、整流格栅及催化剂层、给灰系统、供氨与喷氨系统、测试及数据采集系统几部分组成。
2.1烟风道
为了确保SCR脱硝反应器模型中的流场压降、速度及浓度分布与原型反应器保持工况相似，按照几何相似的准则把原型反应器按10∶1缩小。SCR烟气脱硝系统中气体的流动为管内流动，按照粘滞力相似准则，原型与模型的雷诺数相等，选取空气作为模拟烟气的介质确定相关物理量。
模型系统烟道采用钢材与透明有机玻璃组成的模块化结构，以法兰连接，便于观察流场，并可以根据试验研究与优化设计的需要方便地调整模拟系统的整体构成、局部结构及内部装置的结构型式与布置方式。模型系统出口布置xgf-6.5-Ⅱ引风机为整个通道提供流场动力与负压保证，以模拟原型反应器环境。
2.2导流板
脱硝率和氨逃逸率是衡量SCR脱硝性能的两个重要指标，其很大程度上取决于进入催化剂层之前氮氧化物和氨气混合浓度及速度分布的均匀程度。在实际过程中，为保证烟气与氨气混合均匀，在脱硝系统烟道中加装均流装置———导流板。该系统总共采用3级导流板，第1级布置在烟道入口（1号导流板），第2级布置在左上部（2号导流板），第3级布置在右上部（3号导流板）。这些导流板的结构型线、布置位置、每级导流板的数量等均可按照试验研究与优化设计的需要进行调整。
2.3整流格栅及催化剂层
催化剂进口前端采用均布多孔网格作为整流装置，可使混合后的烟气与氨均匀地喷射到催化剂上，以保证脱硝率和降低氨逃逸率。催化剂层以铝合金条形材做支撑网格，以多孔网格多层迭加平铺的形式布置，调整多孔网格数可达到调整阻力的目的。考虑到与原型反应器一致，在两层催化剂层之后还留有一层备用。
2.4给灰系统
由于脱硝催化剂活性的温度要求，SCR脱硝系统布置在省煤器和空气预热器之间较为合适。该区域属于高含尘区域，烟气中含有的灰分不但会造成设备和催化剂层的磨损，而且当烟气流速低时可能会造成催化剂层堵塞。因此，需要进行灰分沉降试验。
飞灰可以采用滑石粉或来自煤粉锅炉的飞灰，在风机出口加装除尘布袋以收集排出的飞灰。
3、模拟试验
以某地电厂在建的2×600MW火电机组脱硝系统为对象，在BMCR、75%THA和50%THA3种工况下利用高速摄像头拍摄模拟氨气（在烟道入口布置2台舞台烟雾机同时喷入烟雾示踪剂，以实现反应器内流动的可视化）及飞灰在模型中的分布情况。
模拟系统中风道的水平段、第1、2层催化剂前的速度分布比较均匀，其中水平段的速度分布标准差为11.5%～13.9%，第1层催化剂前的速度分布标准差为13.8%～13.9%，第2层催化剂前的速度分布标准差为13.6%～13.9%，均小于14%。模拟系统中的第1、2层催化剂前的CO2浓度分布均匀，第1层催化剂前的浓度分布标准差为3.32%～4.42%，第2层催化剂前的浓度分布标准差为3.53%～4.69%，CO2的浓度分布标准偏差<5%，分布均匀，用CO2模拟氨气完全符合要求。在BMCR工况下进行飞灰分布特性试验。
飞灰在风道内以及催化剂层上分布均匀，说明该模拟系统根据数值模拟结果所确定的模型外形、尺寸及各调节挡板的安装位置与几何尺寸合理。在50%THA工况下进行流场可视化试验，直观观察风道中空气的分布规律，并进一步验证定量测试的结果。结果表明，气流在装置风道内分布均匀且经过整流格栅后具有较好的垂直度，能满足设计及实际运行要求。
4、结束语
综上所述，在SCR脱硝反应器物理场特性的研究过程中，一定要把握其重点和要点，本文总结了SCR脱硝反应器物理场特性的内容和结构优化设计方法，可供参考。
参考文献：
[1]姜烨，高翔，吴卫红，张涌新.选择性催化还原脱硝催化剂失活研究综述[J].中国电机工程学报，2017，33（14）：18-31+13.