SCR脫硝
關注創建者：匿名 創建時間：2025-12-01
SCR脫硝的實例教程
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 </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 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 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 
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<p class="ql-align-center"><br></p><p class="ql-align-center"><br></p><p class="ql-align-justify"><strong>一、項目簡介</strong></p><h3>本次模擬對象為垃圾焚燒SCR脫硝裝置，常見的流場問題及優化措施</h3><p>問題1：煙氣分布不均</p><p>原因：煙道轉彎、變徑導致離心力或慣性力
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。
SCR脫硝項目在試運行時，風機發生振動問題。振動問題的產生與風機運行頻率有一定關系——小于35Hz以下，煙道系統工作正常；大于35Hz以下，煙道系統出現異響。振動發生時，導致聯軸器襯套膜片斷裂。為保證正常投產運行，需要找出風機振動原因，解決振動問題。為了了解風機上游煙道與下游煙道氣體流動特征，需要對流動進行CFD模擬。
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%。
活荷載：考慮檢修人員、工具、積灰荷載（尤其SCR脫硝中灰分較高），通常按規范取2-5 kN/m2。
動荷載：風機振動、煙氣流動脈動荷載（需結合流體力學分析），地震荷載。
設計規范：
1. 《建筑荷載設計規范》（GB 50009-2012）
2. 《鋼結構設計標準》（GB 50017-2017）
3.
1.3 尾部煙氣脫硝
在 CFB 鍋爐增加尾部煙氣脫硝系統，可在不受鍋爐負荷變化的條件下穩定實現 NOx 超低排放，通常在鍋爐尾部煙道增加選擇性催化還原(SCR)脫硝裝置，或增加尾部煙氣凈化裝置，如活性焦脫硝、臭氧脫硝等。
我國有大量中小型燃煤熱電聯產機組，其中很大一部分使用 CFB 鍋爐，其負荷波動取決于機組對外的供熱量變化。
當然，燃機也可以安裝脫硝裝置，如果加裝 SCR 脫硝裝置后，燃機的氮氧化物排放水平可以比實施超低排放改造后的煤機更優。下表為都采用超低排放后的數據對比：
所以，如果氣電也同樣采用脫硝，氣電的氮氧化物排放比煤電少 60%。
為了保證SCR脫硝系統寬負荷運行，主要技術路線有2類：通過改造鍋爐熱力系統或煙氣系統，提高低負荷階段SCR反應器入口溫度；選用寬溫催化劑，在常規V-W-TiO2催化劑基礎上，通過添加其他元素改進催化劑性能，提高低溫下催化劑活性。
2.1.2 汽輪機側
深度調峰狀態，汽輪機側須重點關注汽輪機設備適應性以及供熱機組以熱定電等問題。
二、焦爐煙氣中氮氧化物的控制
對焦爐煙氣內的氮氧化物進行控制主要是從其燃燒過程與終端治理兩方面進行，其中在燃燒過程中對NOX進行控制的常見措施包括廢棄循環、分段加熱以及對實際燃燒溫度進行控制等措施；
對焦爐煙氣內NOX進行終端治理的措施常見的是SCR脫硝法，由于焦爐煙氣溫度偏低，一般在220℃-270℃，采用SCR脫硝技術處理成本較高，會增加焦化企業的經濟投入負擔，并且對使用的煤氣類型也有一定要求
31、JMR-1740 催化燃燒裝置CO的去除
32、定型機廢氣二級靜電處理流程
33、硫化氫廢氣除去工藝
34、鍋爐廢氣處理雙堿法工藝
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37、噴漆廢氣處理工藝
38、半干法脫硫工藝
39、SCR
