SCR外置烟道飞灰沉积特性与流场优化数值仿真

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.23014

发电技术 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (1): 145-153.DOI: 10.12096/j.2096-4528.pgt.23014

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SCR外置烟道飞灰沉积特性与流场优化数值仿真

李凯¹^,², 章平衡¹, 孟志浩¹, 曹允宁¹, 徐尧¹, 刘莉¹, 李廉明¹

^1.嘉兴新嘉爱斯热电有限公司，浙江省嘉兴市 314016
^2.浙江大学能源工程学院，浙江省杭州市 310027

收稿日期:2023-06-13 修回日期:2023-08-24 出版日期:2025-02-28 发布日期:2025-02-27
通讯作者: 李廉明
作者简介:李凯(1991)，男，博士，工程师，研究方向为烟气深度净化技术，lksjtu@qq.com；
李廉明(1986)，男，博士，正高级工程师，研究方向为生物质热电联产、废弃物处理等，本文通信作者，lilianming@zjmi.com。
基金资助:
浙江省科技计划项目(2021C03164)

Numerical Simulation of Fly Ash Deposition Characteristics and Flow Field Optimization for SCR External Flue

Kai LI¹^,², Pingheng ZHANG¹, Zhihao MENG¹, Yunning CAO¹, Yao XU¹, Li LIU¹, Lianming LI¹

^1.Jiaxing New Jies Thermal Power Co. , Ltd. , Jiaxing 314016, Zhejiang Province, China
^2.College of Energy Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, Zhejiang Province, China

Received:2023-06-13 Revised:2023-08-24 Published:2025-02-28 Online:2025-02-27
Contact: Lianming LI
Supported by:
the Science and Technology Plan of Zhejiang Province(2021C03164)

摘要/Abstract

摘要：

目的选择性催化还原(selective catalytic reduction，SCR)脱硝因脱硝效率高，运行可靠等优点，被广泛应用于锅炉烟气脱硝，然而高灰布置下脱硝烟气尚未进行除尘处理，烟气中的飞灰会使催化剂堵塞并对其产生磨损。为减轻飞灰颗粒对选择性催化还原催化剂的磨损与堵塞，设计并研究了SCR外置烟道对烟气中的飞灰颗粒进行捕集分离。方法基于仿真软件及其用户定义函数功能，开展了SCR外置烟道飞灰沉积特性与流场优化的数值仿真。结果烟气流速从1 m/s上升至2 m/s时，飞灰沉积率由24.0%下降至1.88%，随着流速的增大，飞灰沉积率快速下降；50 μm以下飞灰颗粒难以被捕集，但随着飞灰粒径的增大，飞灰沉积率快速上升，飞灰被SCR外置烟道捕集，脱硝反应器入口流速分布极为不均；在流场分析的基础上，提出脱硝反应器入口流场优化方案，通过导流板的优化设计改善了流场分布，使脱硝反应器入口的速度不均匀系数从93.7%下降至14.7%。结论研究结果可为SCR外置烟道现场运行提供可靠的理论指导。

关键词: 燃煤电厂, 锅炉烟气, 选择性催化还原(SCR), 飞灰沉积, 流场优化, 数值模拟

Abstract:

Objectives Selective catalytic reduction (SCR) denitrification is widely used in denitrification of boiler flue gas due to its high denitrification efficiency and reliable operation. However, under high-ash arrangements, the denitrification flue gas has not yet been de-treated, and fly ash in the flue gas will block the catalyst and cause wear on it. In order to reduce the wear and clogging of fly ash particles on SCR catalysts, an SCR external flue is designed and studied to trap and separate fly ash particles in flue gas. Methods Based on simulation software and its user defined function, numerical simulation of fly ash deposition characteristics and flow field optimization for SCR external flue is carried out. Results When the flue gas flow rate increases from 1 to 2 m/s, the fly ash deposition rate decreases from 24.0% to 1.88%. Therefore, as the increase of flow rate, the fly ash deposition rate decreases rapidly. It is difficult to trap fly ash particles below 50 μm. However, with the increase of the fly ash particle size, the fly ash deposition rate increases rapidly, and the fly ash is trapped by the SCR external flue. The flow velocity distribution at the inlet of the denitrification reactor is extremely uneven. Based on the flow field analysis, an optimization plan for the flow field at the inlet of the denitrification reactor is proposed. The flow field distribution is improved through the optimized design of the guide plate, and the velocity unevenness coefficient at the inlet of the denitrification reactor is reduced from 93.7% to 14.7%. Conclusions The research results may provide reliable theoretical guidance for the field operation of SCR external flue.

Key words: coal-fired power plants, boiler flue gas, selective catalytic reduction (SCR), fly ash deposition, flow field optimization, numerical simulation

中图分类号:

TK 223

李凯, 章平衡, 孟志浩, 曹允宁, 徐尧, 刘莉, 李廉明. SCR外置烟道飞灰沉积特性与流场优化数值仿真[J]. 发电技术, 2025, 46(1): 145-153.

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图/表 13

图1 原SCR催化剂布置示意图

Fig. 1 Schematic diagram of the original SCR catalyst layout

图2 SCR外置烟道示意图

Fig. 2 Schematic diagram of SCR external flue

表1 烟气和飞灰颗粒参数

Tab. 1 Parameters of flue gas and fly ash particles

参数	数值
烟气流速/(m/s)	1~2
烟气密度/(kg/m³)	0.617
烟气粘度/(Pa⋅s)	2.82×10^-5
飞灰颗粒粒径/μm	50~250
飞灰密度/(kg/m³)	1 840
飞灰质量流量/(kg/s)	4.4×10^-3

图3 数值计算结果与文献结果的对比验证

Fig. 3 Comparison of numerical calculation results and literature results

图4 烟气流速对飞灰沉积率的影响

Fig. 4 Effect of flue gas velocity on deposition rate of fly ash

图5 初始设计烟道截面及脱硝反应器入口截面速度云图

Fig. 5 Velocity contours of initial design flue section and inlet section of denitration reactor

图6 初始设计反应器入口截面中心线速度分布

Fig. 6 Velocity distribution of reactor section center in initial design

图7 飞灰粒径对飞灰沉积率的影响

Fig. 7 Effect of particle size on fly ash deposition rate

图8 折弯导流板优化布置方案

Fig. 8 Optimal arrangement scheme of bending guide plate

表2 导流板结构尺寸优化方案 (mm)

Tab. 2 Optimization scheme of guide plate size

部位	方案
部位	1	2	3	4	5	6
U	800	650	600	550	520	490
V	800	750	900	750	880	910
W	800	900	700	900	950	1 000
X	900	1 050	1 200	1 100	1 000	950
Y	700	650	600	700	650	650

图9 方案1—6下SCR催化剂入口的速度不均匀系数

Fig. 9 Velocity inhomogeneity coefficient of SCR catalyst inlet under case 1-6

图10 导流板优化后烟道截面与反应器入口截面速度云图

Fig. 10 Velocity contours of flue section and reactor inlet section after guide plate optimization

图11 导流板优化后反应器入口截面中心线速度分布

Fig. 11 Velocity distribution of reactor section center after guide plate optimization

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SCR外置烟道飞灰沉积特性与流场优化数值仿真

Numerical Simulation of Fly Ash Deposition Characteristics and Flow Field Optimization for SCR External Flue

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