PDF《with SCR》

3 SCR 烟气脱硝技术原理 选择性催化还原法(Selective Catalytic Reduction, 简称SCR)是指将氨、烃类等还原剂(电厂多用氨)喷入烟 气中, 利用催化剂将烟气中的NOx转化为N2和H2O. 在 氨选择催化反应过程中,NH3可以选择性地和NOx发生 反应, 而不是被O2氧化, 因此, 反应又被称为 选择性 . 其反应基本过程如图1所示. Figure 1. The basic process of SCR 图1. SCR 基本过程 在整个反应过程中,除了NH3与NOX的催化还原反 应外,中间涉及其他复杂的化学反应,主要有: 主反应 4NH3 + 4NO + O2 = 4N2 + 6H2O (1) (1) 4NH3 + 2NO2 + O2 = 3N2 + 6H2O (2) (2) 4NH3 + 6NO = 5N2 + 6H2O (3) (3) 4NH3 + 6NO2 = 7N2 + 12H2O (4) (4) 因为锅炉烟气中的大部分NOx均是以NO的形式存 在的,NO2一般约占NO浓度的5%,影响并不显著.所以,反应以(1)、(2)为主. 由于氨具有挥发性,很有可能逃逸.此外,在反应 条件改变时,还可能发生氨的氧化,反应如下: 4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O (5) 2NH3 = N2 + 3H2 (6) 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O (7) 2NH3 + 2O2 = N2O + 3H2O (8) 4NH3 + 4NO + 3O2 = 4N2O + 6H2O (9) 在SCR反应中,主要发生的是反应(1),副反应(6)、 (7)在350℃以上进行,450℃以上进行激烈,在450℃以 下可以假设其进行缓慢,以主反应为主.在适当的催化 剂下,反应(1)~(4)可以在200~400℃范围内进行,因此 催化剂的作用主要是降低主反应的活化能, 使其能在较 低温度下进行, 加快主反应速率的同时抑制副反应的进 行.

4 SCR 烟气脱硝数值模拟 SCR系统设计与运行的关键技术之一就是如何保 证SCR反应器入口的烟气流速分布、烟气温度分布以及 NOx与喷入氨的浓度分布相一致,以得到较高的脱硝效 率并避免氨逃逸.由于SCR系统复杂、设备庞大,如果 采用常规的研究方法进行试验台研究, 或对已投运装置 进行实物试验都是不经济也不现实的. 下面利用流场数 值计算软件对SCR反应器相关烟道系统的一系列烟气 流场变化进行数值模拟,确保速度分布最佳,压力降低 最小,实现SCR装置的预期性能目标. 4.1 数学模型的建立 在数值模拟中做了如下假设:(1)考虑流经催化 剂的气相流体流动充分发展,已经完全达到稳定状态 了,即流动为定常流动;

(2)不考虑烟气中灰分的影 响;

(3)不考虑流动中的化学反应及影响;

(4)整个 系统绝热;

(5)烟气各组分与氨气为理想气体. 4.2 基本方程 流体整个流动过程要受到物理守恒定律的支配, 基 本守恒定律包括质量守恒和动量守恒. 4.2.1质量守恒定律的表述 单位时间内流体微元体中质量的增加,等于同一 时间间隔内流入该微元体的净质量.按照这一定律,可 以得出质量守恒方程,又称连续方程:

0 ) ( ? ? ? ? ? ? i u i x t ? ? (9) 式中, ? 是密度;

t是时间;

i u (i=l,2,3)是速度 矢量在三个坐标方向的速度分量. 4.2.2 动量守恒定律的表述 微元体中流体的动量对时间的变化率等于外界作 用在该微元体上的各种力之和.动量守恒方程如下: i F i g i x j u j x i u j x i x p j u i u j x i u t ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? )] ( [ ) ( ) ( (10) 式中,P是静压;

? 是动力粘度;

i g ? 、 i F 是重力 体积力和其它体积力.动量守恒方程也称作运动方程, 还称为Navier-Stokes方程. 4.3 模拟计算结果与分析 4.3.1 无导流板时的 SCR 烟道流场 图2为无导流板SCR系统在BMCR工况下纵剖面的 流场图,图3为催化剂层入口截面烟气速度分布图.由 于烟气通过烟道拐角时的离心作用, 烟气速度分布不均 从图1中可见,烟气在烟道拐角处的最高流速达到 19m/s,最低只有2m/s左右.烟气进入反应器后.部分 烟气以16m/s左右的速度贴壁快速通过反应器,部分烟 气以4m/s的速度缓慢通过反应器, 有少量烟气速度低于 2m/s,并有漩涡存在.图3中可以看出,在催化剂层入 口处烟气速度分布不均,速度梯度相差很大,这样的小 均匀速度容易造成NOX和NH3反应不充分,催化剂得不 到充分利用.不能满足SCR系统的设计要求.因此,根 据烟气在SCR系统内的流动情况.增设导流板装置,从 而提高脱硝效率. 4.3.2 SCR 反应器左上弯道上设置