摘要:流场的分布是影响脱硝效率主要因素之一。在大型电站锅炉中,选择性催化还原烟气脱硝过程是十分复杂的,因此,采用CFD的方法计算导流板改进前后的流场,通过对比CV值说明改进前后的差异。结果表明,通过导流板能够明显提高导流板前后的流场均匀性。而氨浓度分布受负荷限制,在60%和84%负荷时,改进后氨浓度分布比较均匀,这为脱硝改造提供了理论依据。

关键词:火电;脱硝;导流板;流体力学

氮氧化物在强烈的紫外线作用下生成光化学烟雾,而选择性催化还原法是常用的脱硝方案。这种方法结构简单,运行可靠,脱硝效率高,没有副产品等,但是,烟气流经变径处时会使烟气速度发生突变,致使其流场分布不均衡,进而产生涡流,降低脱硝性能。因此,一般情况下,可在变径处加入导流板解决这个问题。

1均匀性评价指标与结果分析

本文计算中引入可以表征流场均匀性程度的相对标准偏差(CV值),对流场的均匀性程度进行量化分析。通过比较CV值,可以判断出流场均匀性程度。

相对标准偏差CV值的定义式为:

  

式(1)(2)中:CV为相对标准偏差(也被称为“变异系数”);S为标准偏差;为所有采样点的平均速度值;Vi为第i个采样点的速度值;n为采样点个数。

通过比较CV值,可以判断截面上流场的均匀性。CV值越小,均匀性越好;CV值越大,均匀性越差。当第一层催化剂层入口截面的速度CV值达到15%以下时,即认为流场的均匀性达到了令人满意的水平。中心面流场分布、催化剂入口截面氨浓度改造前后的数值计算结果如图1所示。

  

计算结果表明,改进前流体在烟气出口弯道处流速比较大。虽然原始设计设置了导流板,但是,速度在该位置处比较大,容易造成扰流。经过调整后的导流板附近区域流速有所降低,上下过渡比较均匀。这说明,改进后的流场更加均匀。

改进前后速度CV值和氨浓度CV值的对比情况如图2所示。

  

结果表明,原始方案催化剂入口截面上速度均方根偏差比较大,不符合SCR流场对均匀程度的要求。通过改进入口烟道、垂直烟道转弯处的导流叶片,催化剂入口截面速度均方根偏差全部小于原始,速度CV值偏差仅为2%,流场均匀程度有较大改善。

在CFD计算结果中,改造前后的氨浓度场差别不大,但是,在多个运行负荷的情况下,改造后氨浓度CV值比较小,因此,整体均匀性要比改进前好。

2结论

本文采用CFD方法模拟、分析导流板改进方案,通过对比84%,70%和60%运行负荷下的速度场CV值和氨浓度CV值,分析了原始方案中存在的问题。由此说明2种工况下的速度场和氨浓度场的均匀性,并为降低设计成本、缩短时间提供了理论参考依据。