SCR的案例
燃煤電站SCR煙氣脫硝CFD技術的研究進展
摘要：選擇性催化還原(SCR)煙氣脫硝技術雖然應用廣泛,但催化劑磨損、堵塞及還原劑與煙氣混合不均等問題時有發生,CFD技術可多角度模擬現場情況,有助于問題的解決.對國內外燃煤電站SCR煙氣脫硝CFD技術的研究進行了綜述,在對文獻進行梳理的基礎上,闡述了計算流體力學CFD軟件在SCR煙氣脫硝模擬中的應用情況。
其主要領域包括:流場模擬、組分濃度場模擬、氣固兩相流模擬、化學反應模擬等.指出合理均勻的流場是整個SCR系統經濟安全運行的基礎;耦合詳細反應機理的SCR模型與鍋爐燃燒、SNCR等模型的聯合模擬是未來研究的重點.
選擇性催化還原(SCR)煙氣脫硝技術作為一種高效的NOx控制技術,在燃煤電廠得到廣泛的應用。然而,由于燃煤機組負荷、煤質多變且現場運行缺乏理論指導,SCR煙氣脫硝系統在投運過程中往往出現較多問題。
雖然國內外學者對SCR數值模擬技術做了較多研究,但其仍未完全成熟,主要有以下因素:(1)SCR模擬一般是在假設反應器入口速度、組分濃度、溫度等邊界參數均勻分布的基礎之上進行的;(2)SCR反應器內復雜的化學反應及氣固兩相流動過程,靠單一的CFD軟件難以實現。本文對國內外關于SCR數值模擬的文獻進行了梳理和總結,在介紹SCR關鍵技術的同時指出其在工程運行中存在的問題,為數值模擬研究提供借鑒。
1流場的數值模擬
SCR煙氣脫硝系統如圖1所示。SCR煙氣脫硝反應器(以下簡稱SCR反應器)通常布置在省煤器與空氣預熱器之間,受場地及空間位置等因素的制約,SCR反應器前往往存在1個或多個變截面煙道。變截面煙道會加劇反應器內流場的不均勻性,并且增大系統的壓降。
在設計SCR煙氣脫硝系統時,對反應器內噴氨格柵截面和首層催化劑入口截面速度的均勻性有嚴格要求,即這2個截面速度相對偏差系數均應控制在15％以內。
展開 垃圾焚燒SCR脫硝裝置流場模擬分析 ￥20
</p><p class="ql-align-justify"><strong>三、計算結果及分析</strong></p><p class="ql-align-justify">經過模擬計算，添加導流及擾流措施，本SCR脫硝裝置的模擬運行狀態如下：</p><p><br></p><p><br></p><p class="ql-align-center"><br></p><p><br></p>
展開 利用AMESim的SCR系統尾氣處理泵的優化設計與仿真研究
在對SCR 系統尾氣處理泵( 即電磁計量泵) 工作原理及其運動進行理論分析的基礎上，利用AMESim 仿真軟件對其進行了建模與仿真，并建立了SCR 系統尾氣處理泵的運動方程、流量方程和仿真模型。通過改變不同的參數，研究分析尾氣處理泵的流量變化，使仿真結果進一步指導泵的研究和設計。
012-利用AMESim的SCR系統尾氣處理泵的優化設計與仿真研究.part1.rar
012-利用AMESim的SCR系統尾氣處理泵的優化設計與仿真研究.part2.rar
滬東重機發布首套低壓SCR裝置！主機無需任何改裝
圖片由滬東重機提供
9月18日，滬東重機有限公司在中船臨港柴油機研發及制造基地發布了具有自主知識產權的低壓選擇性催化還原（SCR）裝置。
2015年，滬東重機曾推出全球首臺應用于WinGD低速柴油機的高壓SCR產品。相較于3年前的高壓技術，此次推出的低壓SCR裝置的最大優勢是無需對主機進行任何改裝，靈活便捷，而且可以布置在機艙外，解決了產業化之路上長期因機艙空間有限而難以布置的難題。
該套低壓SCR裝置的試驗驗證主機是6S50ME-C-GI，適用運行的最低排氣溫度為220°C，NOx轉化效率最高可達90%。安裝該系統后，該試驗主機的氮氧化物排放量為2.58克/千瓦時，滿足國際海事組織（IMO）制定的Tier Ⅲ排放標準要求。
圖片由滬東重機提供
滬東重機方面表示，其解決了渦輪增壓器后廢氣溫度低導致NOx轉化效率低的難題；通過自主研發的尿素分解單元可延長尿素在高溫煙氣中的停留時間，促進尿素溶液蒸發分解，解決了低溫下尿素分解不完全的問題；利用CFD仿真技術設計了先進的混合單元，可在極短的距離內完成氨氣與煙氣的混合，有效解決了阻力損失的問題；主控操作界面中增加了催化劑再生運行模式，通過燃燒器加熱催化劑解決了低溫下硫酸氫氨沉積、堵塞催化劑的問題。
來自船廠、航運公司、船舶設計院所、主機廠商、高校以及船級社等逾百名人士參加了發布會。
來源： 李儼兒
展開 
發動機SCR流場分析
發動機SCR流動分析.pdf
煙氣脫硝（SCR)技術及相關計算
本文主要介紹了煙氣脫硝（SCR）技術及相關計算。
鎮海煉化│丙烷脫氫裝置空氣系統問題探討
為充分利用SCR脫硝催化劑，將催化劑大模塊解體成小模塊，拆開脫硝催化劑大模塊后發現催化劑孔道已被堵塞，見圖3。
用0.6MPa的工廠風逐一吹掃小模塊孔道，吹掃干凈后復裝成大模塊重新投入使用。
SCR脫硝催化劑檢修前后數據見表3。
運行中SCR脫硝催化劑床層壓差逐漸升高，氨逃逸率升高，脫硝效率降低。吹掃后，SCR脫硝催化劑床層壓差、脫硝活性和氨逃逸率恢復至初始狀態，說明清除積灰能夠恢復SCR脫硝催化劑的脫硝性能，驗證了該SCR脫硝催化劑屬可逆失活。
取SCR脫硝催化劑孔道內的積灰，用ICP掃描光譜儀分析得知，積灰組成以硅、鋁、鈣、鐵、鉻為主，為保溫材料、鐵銹和脫氫催化劑粉塵。借鑒某發電廠的經驗，在SCR脫硝催化劑床層處增加高頻聲波吹灰器系統，其發聲功率達30kW，發聲頻率在10~10000Hz，能與設備內部任意形式的積灰產生共振，可以有效清除積灰、解決堵塞。使用高頻聲波吹灰器系統后，SCR脫硝催化劑床層壓差未出現明顯上升的現象。
05
使用不同SCR脫硝催化劑的對比
為了推進丙烷脫氫裝置SCR脫硝催化劑國產化、降低裝置運營成本，選擇某國產催化劑與原進口催化劑進行對比，結果見表4。
發現該國產催化劑與進口催化劑存在一定的差距。
原進口催化劑對NO和NO2的脫除率高，更換該國產SCR脫硝催化劑后，NO和NO2脫除率以及總體脫硝效率降低。針對丙烷脫氫裝置空氣系統的特殊性，國產SCR脫硝催化劑需要開發專一性強的產品才能滿足市場要求。
展開 某SCR脫硝項目，其進口帶一段水平煙道，模擬分析水平煙道積灰風險 ￥20
本次模擬對象為某SCR脫硝項目，其進口帶一段水平煙道，控制水平煙道積灰的要素有兩個：
1、氣流優化：減少積灰條件
流速控制：
最低流速：保持煙道內流速＞12~15 m/s（一般工況）或＞18m/s（高灰分煙氣），避免粉塵沉降。
均勻分布：通過CFD模擬優化進口導流板或均流格柵，確保斷面速度偏差＜15%。
湍流抑制：減少直角彎頭，改用大曲率彎管（R/D≥1.5）或內設導流葉片，避免局部渦流導致積灰。
2、結構設計：從源頭防積灰
傾角設計：水平煙道設置≥5°~10°傾斜度，并在低端設集灰斗（帶鎖氣閥定期排灰）。
內壁光滑化：采用內襯耐磨陶瓷或玻璃鋼板，降低壁面粗糙度（Ra＜0.2μm），減少粉塵附著。
避免結構死角：取消支撐梁凸起，改用外保溫支撐；法蘭連接處需平滑過渡。
本項目進口煙道與反應器同寬且彎頭較多，氣流為上部來流側部進氣，該脫硝項目為高溫高塵，窯尾煙氣粉塵濃度較高，對反應器入口水平直段底部極易產生積灰風險；通過添加導流板及結構調整對流場進行優化，相對提高反應器入口水平直段底部風速，并使首層催化劑上風速均布性及系統阻力滿足技術要求。
此外，在保證灰斗容積不變的前提下，在原始方案的基礎上將灰斗進行抬高，控制該處局部阻力不變，優化整體結構。
圖1 三維模型
圖中in01~in03和t2分別為壓力監測面，x0為首層催化劑上200處監測面。
本項目工況下煙氣量為1194688m3/h，由于本項目煙氣為含塵濃度較高的含塵煙氣，根據窯尾煙氣成分及含塵濃度，計算煙氣濃度為0.7188kg/m3；出口采用壓力出口（pressure-outlet），出口壓力設定為0Pa，湍流模型采用standard k-e模型，近壁面處采用無滑移邊界條件。
展開 某鋼鐵廠SCR脫硝，根據相對標準偏差研究催化劑上表面的偏差值，通過改進結構使偏差及阻力滿足要求 ￥15
某鋼鐵廠SCR脫硝項目中，以其中脫硝主體設備為研究對象，按照1：1對脫硝設備建立三維模型，并按要求設置進氣口管道和出氣口管道，進口為inlet，出口為outlet。
兩點說明：1.《火電廠煙氣脫硝工程技術規范》中規定對氣流均布可采用數值模擬的方法計算，但對于判定的標準并無規定。因此可借鑒我國通用的氣流分布均勻性的評定方法——相對標準偏差法進行判定，以下將有介紹。2.由于催化劑基材板厚0.7mm，板間距7mm，在整個催化劑模塊內相當于密實排布，而催化劑模塊在長×寬為10080mm×5000mm的脫硝殼體內也是無間隙排布。因此催化劑上平面可類比成等開孔率的分布板。若氣流在催化劑上平面分布均勻，則進入催化劑內部會更加均布。在脫硝模型中去掉催化劑模型，改為監測催化劑上平面100mm（模型中所標33m）處的氣流均布性能，該簡化是合理的。
三維模型圖及斷面監測位置
脫硝設備氣流模擬模型
在模型中速度監測斷面位置（33m位置打點斷面）
設備內部構件
計算模型
湍流模型采用標準k-e模型，湍流流場的計算采用有限體積法離散控制方程，算法采用SIMPLE算法，對流項采用一階迎風格式，近壁面采用壁面函數法處理。假定流體是不可壓縮的，作定常流動，整個模擬過程為等溫過程。
邊界條件
煙氣溫度為350℃，煙氣密度約為0.566kg/m3，煙氣動力粘度系數=3.14×10-5Pa?s
因有兩個進口，所以單個進口煙氣流量為325000m3/h。
入口斷面的當量水力直徑D：
D=2.294m，
湍流強度I：
I=2.77
入口邊界條件設置為速度入口，出口邊界條件設為壓力出口，壁面采用無滑移邊界條件。
計算結果及分析
定義
目前國際上還沒有統一的評定氣流分布均勻性的標準方法。
展開 船舶NOx減排升級，航運企業面臨大考
據了解，主要的船舶氮氧化物減排方式中，加裝選擇性催化還原（SCR）系統可降低排放90%，加裝廢氣再循環（EGR）系統可降低排放20%~80%；使用清潔能源可降低排放20%~80%。此外，隨著海事環保法規的不斷出臺，降低船舶氮氧化物排放的技術也不斷推陳出新，如進氣濕化技術、油水乳化技術、直接噴水技術等，其中有的技術還處于模型研究和試驗室試驗研究階段，進入工程應用還需要很長一段時間。
上海一家船舶配套設備技術公司負責人介紹說，采用SCR系統雖然運營成本相對較高（消耗尿素成本高），但因為初始投資成本相對較低，技術相對成熟，比較受航運企業青睞；選用EGR系統的初始成本相對高，需要對發動機結構進行重新設計，會影響發動機性能，且處理后有廢渣，目前船舶柴油機配套較少；使用清潔能源如液化天然氣（LNG）可以同時滿足氮氧化物和硫氧化物的排放控制要求，但LNG燃料系統初始投資成本高，LNG罐會占用貨艙空間，而且LNG的加注受限，航運企業需要綜合考慮貨物運輸以及船舶的航線來確定。該負責人表示，對航運企業來說，會更多關注初始投資和運行成本的高低、操作的方便性和系統的可靠性等。對船廠來說，會更多考慮設備的布置、電力消耗、系統設計等。
前述航運企業負責人表示，采用SCR系統降低氮氧化物排放的實船案例相對多一些，所以，可能會有更多的航運企業選擇SCR系統。然而，一套SCR系統初置成本為100多萬元，運行過程中還會產生運行費用，這對航運企業來說，將是很大的成本負擔。此外，我國船舶SCR系統生產廠家和產量比較有限，即使航運企業有心安裝SCR系統來減排，可能最終也不得不依靠大量購買進口產品。
展開 Fluent 凝固融化/多相流 車用尿素在寒冷環境下加熱分析 ￥20
發動機生產商開始使用SCR技術（ Selective Catalytic Reduction Technology選擇性催化還原技術）來達到環保部門的要求。
柴油機尾氣處理液(國內俗稱為：汽車尿素，車用尿素，汽車環保尿素)，是SCR技術中必須要用到的消耗品。
SCR系統包括尿素罐（裝載柴油機尾氣處理液），SCR催化反應罐。SCR系統的運行過程是：當發現排氣管中有氮氧化物時，尿素罐自動噴出柴油機尾氣處理液，柴油機尾氣處理液和氮氧化物在SCR催化反應罐中發生氧化還原反應，生成無污染的氮氣和水蒸氣排出。
在國內，對于柴油機尾氣處理液的生產目前尚屬于新興行業。
尿素液在寒冷環境中會凍結，在汽車啟動時，用冷卻液對其進行加熱，融化后的尿素液才可以起到作用。下面將用一個簡單模型說明如何分析尿素液的融化過程，對設計熱管的排布和計算融化時間有指導作用。
下圖中，紅色的為熱管（冷卻液管），灰色為100*100mm的一個水箱。尿素液冷凍后的液面位置為80mm處。
在環境溫度為-50℃下，冷卻液管固定溫度50℃，觀察1000s后尿素的融化過程。
由于使用這個案例來熟悉如何設置多相流和融化凝固模型，所以將問題簡化為一個2D模型。如下圖的一個截面作為計算域。
最終的計算結果如下：
圖1. 尿素的體積分數，不管過多久，尿素的體積分數在80mm下都為1.
圖2. 溫度分布，尿素的融化溫度為262K
圖3， 速度分布，上部的速度分布是空氣的，下部的是融化的尿素的
圖4. 融化過程，200s, 500s, 1000s 后的流體體積分數。紅色部分為流體
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固態繼電器作用和原理
尖峰脈沖加 在D3~D6的交流對角線與SCR的控制極和陰極間，D3~D6的直流對角線接在光電耦合器的輸出端。當從A、B輸入低壓小電流信號時，二極管發光，光敏 管導通，于是從A運算放大器中輸出的尖峰脈沖觸發SCR導通，角載RL得電。A、B無信號輸入時，光電耦合器BG2截止，尖峰脈沖通不過而使SCR不能導通。
固態繼電器原理圖二：
當無輸入信號時，GD中的光敏三極管裁止，VT1是交流電壓零點檢測器，通過R3獲得基極電流而飽和導通，將VTH的門極箝在低電位而處于關斷狀態。當有 輸人信號時，光敏三極管導通，此時VTH的狀態由VT1決定，如此電源電壓大于過零電壓時，分壓器R3、R2的分壓點P電壓大于VBE1，VT1飽和導 通，SCR門極因箝位在低電位而截止，TR的門極因沒有觸發脈沖而處于關斷狀態。只有當電源電壓小于過零電壓，P點電壓小于VBE1時G1截止，SCR門 極獲得觸發信號而導通。在TR的門極獲得觸發脈沖，TR就導通．從而接通負載電源。
固態繼電器的作用
固態繼電器其實是利用半導體器件代替傳統電接點作為切換裝置的具有繼電器特性的無觸點開關器件，單相SSR為四端有源器件，其中兩個輸入控制端，兩個輸出端，輸入輸出間為光隔離，輸入端加上直流或脈沖信號到一定電流值后，輸出端就能從斷態轉變成通態。
專用的固態繼電器可以具有短路保護，過載保護和過熱保護功能，與組合邏輯固化封裝就可以實現用戶需要的智能模塊，直接用于控制系統中。
固態繼電器接線圖
固態繼電器接線圖
展開 Nastran計算的幾點經驗總結
解決方法（一）
在輸入文件(BDF文件)的FMS中添加EXPAND卡片，擴充 DBALL DBset：
RESTART VERSION=1,KEEP
ASSIGN MASTER='jobx.MASTER'
EXPAND DBALL LOGICAL = (ADDB1(500000))
INIT SCRATCH LOGICAL=(SCR1(300000)),
SCR300=(SCRA(300000))
……
用以擴充DBALL DBset的大小，加粗字體的EXPAND卡片中的500000可以改為其它合適的數值，然后重啟動計算。
解決方法（二）：
在輸入文件(BDF文件)的FMS中添加：
INIT MASTER LOGICAL=(MASTER(5000))
INIT DBALL LOGICAL=(DBALL(3000000))
INIT SCRATCH LOGICAL=(SCR1(3000000)),
SCR300=(SCRA(3000000))
用以重新設置DBALL DBset的大小，加粗字體的3000000可以改為其它合適的值，然后重新計算。
三、f06文件過大，達到40GB，根本沒法打開查看
f06沒法用記事本、寫字板打開，即使能用其它軟件打開，也很慢，嚴重影響對計算情況的掌握。解決思路是取消打印節點和單元的各種輸出量，這只要在輸入文件中相關的輸出量卡片加入plot選項即可。
展開 固態繼電器作用和原理
尖峰脈沖加 在D3~D6的交流對角線與SCR的控制極和陰極間，D3~D6的直流對角線接在光電耦合器的輸出端。當從A、B輸入低壓小電流信號時，二極管發光，光敏 管導通，于是從A運算放大器中輸出的尖峰脈沖觸發SCR導通，角載RL得電。A、B無信號輸入時，光電耦合器BG2截止，尖峰脈沖通不過而使SCR不能導通。
固態繼電器原理圖二：
當無輸入信號時，GD中的光敏三極管裁止，VT1是交流電壓零點檢測器，通過R3獲得基極電流而飽和導通，將VTH的門極箝在低電位而處于關斷狀態。當有 輸人信號時，光敏三極管導通，此時VTH的狀態由VT1決定，如此電源電壓大于過零電壓時，分壓器R3、R2的分壓點P電壓大于VBE1，VT1飽和導 通，SCR門極因箝位在低電位而截止，TR的門極因沒有觸發脈沖而處于關斷狀態。只有當電源電壓小于過零電壓，P點電壓小于VBE1時G1截止，SCR門 極獲得觸發信號而導通。在TR的門極獲得觸發脈沖，TR就導通．從而接通負載電源。
固態繼電器的作用
固態繼電器其實是利用半導體器件代替傳統電接點作為切換裝置的具有繼電器特性的無觸點開關器件，單相SSR為四端有源器件，其中兩個輸入控制端，兩個輸出端，輸入輸出間為光隔離，輸入端加上直流或脈沖信號到一定電流值后，輸出端就能從斷態轉變成通態。
專用的固態繼電器可以具有短路保護，過載保護和過熱保護功能，與組合邏輯固化封裝就可以實現用戶需要的智能模塊，直接用于控制系統中。
固態繼電器接線圖
固態繼電器接線圖
展開 100萬噸焦化2×60 孔焦爐煙氣脫硫脫硝工程
噴氨格柵：氨與稀釋風混合后經噴氨格柵進入SCR煙道，自格柵式小噴嘴噴出。噴氨格柵分若干個支管，每根管子上開一定數量的及尺寸的孔，氨稀釋空氣將由此處噴入煙道與煙氣混合，整個煙道截面被分為若干個控制區域，每個控制區域由一定數量的噴氨管組成，并設有閥門控制對應區域的流量，以匹配煙氣中NOx的濃度分布。噴氨格柵的位置及噴嘴形式應根據煙道及反應器的布置情況，經流場模擬分析后確定。
由在氨區輸送過來的15—20%濃度的氨水溶液進入氨水計量分配模塊。計量分配模塊中的主管路上裝有電磁流量計、壓力變送器和電動閥等，通過流量計的讀數來控制調節閥的開度，從而控制脫硝系統的氨水溶液的流量。經過計量后的氨水溶液在由模塊中的分配母管分為2路，分別通向氨水汽化器配套的3支專用噴，經過噴的霧化噴入氨水蒸發器內，在蒸發器內由底部通入的高溫煙氣汽化，生成氨/空氣混合氣體，并被帶出到噴氨格柵，通過噴氨格柵的控制調節將氨稀釋空氣噴入反應器前的煙道內。
還原劑供應系統的主要工藝流程為：氨水輸送泵→氨水計量模塊→氨水噴→氨水汽化器→噴氨格柵。
3.3.3煙氣系統
煙氣系統是指從煙氣出口至SCR反應器本體入口和SCR反應器本體出口之間的連接煙道，包括出口煙氣擋板、導流板、煙道支吊架、人孔門、膨脹節等部件。
3.3.4SCR反應器
SCR反應器是指未經脫硝的煙氣與NH3混合后通過安裝催化劑的區域產生反應的區間。SCR反應器本體內裝有低溫無毒蜂窩式催化劑，催化劑布置為3+1層（三層催化劑，一層備用），混合好的煙氣與氨進入反應器本體后，反應本體尺寸為5000×4200×24000（長寬高），在催化劑的催化作用下煙氣中的NOX與氨進行還原反應，生成N2和水，達到脫硝的目的。
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