烧结烟气SCR脱硝系统的数值模拟及工程验证

烧结烟气 SCR 脱硝系统的数值模拟及工程验证钢铁行业排放的废气中 NOx 是主要的污染物之一。烟气脱硝是钢铁厂烧结、焦炉烟气处理的重要部分。选择性催化还原(SCR)技术具有高效脱硝的优点，已得到广泛应用。科研人员从数值模拟和冷态模拟两方面对 SCR 的脱硝特性及其优化方法进行了大量讨论。董建勋等利用数值模拟讨论了氨浓度分布对脱硝效率和氨逃逸的影响。汤元强通过数值模拟进行了 SCR 反应器内流场的优化。NISCHT 等采纳数值模拟和冷态实验结合的方法，分析了入口烟气流速、温度和氨氮比等对 SCR 反应器后部流场和压力场的影响。刘小波等对 SCR 反应器建立相应数学模型，在数值模拟中通过添加导流板优化流场，并验证了优化方案的合理性。朱天宇等利用计算流体动力学方法对 SCR 反应器内烟气流速、压力和浓度分布进行了优化。JIANG 等对 SCR 反应器的流场和浓度场进行了数值模拟，通过优化导流板设计，降低了烟气流速偏差和氨浓度偏差。SCR 技术因其高效的脱硝效率成为烧结烟气脱硝的首选工艺。但由于钢铁厂烧结烟气温度低、粉尘含量高、成分复杂、湿度大，若想将燃煤电厂中的 SCR 技术应用到钢铁厂还需要根据烟气情况及烟道形状进行优化设计。其中最需要解决的问题是烧结烟气温度较低，未达到 SCR 的最佳反应温度区。工业上一般对烧结烟气进行补热，使烟气温度提高到催化剂反应温度区。直接将焦炉烟气通到烧结烟气中会导致烧结烟气温度与流速分布不均匀，从而影响 SCR 的脱硝效率。ZHOU 等利用高温焦炉烟气横向射流紊动热混合方法解决了烧结烟气补热问题。本工作利用FLUENT 软件对某钢厂烧结烟气 SCR 脱硝系统进行数值模拟优化，并对优化方案进行工程验证。1 数值模拟方法1.1 计算模型某钢厂 600m2 烧结机增设的烟气 SCR 脱硝系统，烧结烟气经过喷射装置、导流板、整流器等设备后，进入 SCR 反应器，NOx在催化剂表面被 NH3 还原为 N2 后，到达烟气再热器[16]。烧结烟气再热流程见图 1。图 1 烧结烟气再热流程要求达到以下指标：1)在设计工况下，整个烧结烟气再热系统的压降不大于 1600Pa;2)第一层催化剂入口的流场分布满足：a)流速的标准偏差系数不大于±15%;b)烟气入射催化剂层的角度(与垂直方向的夹角)最大为±10°;c)NOx 与 NH3 摩尔比的标准偏差系数不大于 5%。标准偏差系数是 SCR 反应器内各截面处参数的标准偏差占该截面参数的平均值的百分比。1.2 几何模型计算流体动力学的模拟范...