大型锅炉烟道烟气流场的模拟与优化设计文献综述

1. 文献综述（或调研报告）：

随着“超低排放”行动的深入,国家对燃煤锅炉的排放标准限定越来越严,目前各燃煤电厂都在对其锅炉的烟气处理设备进行改造和升级。燃煤锅炉的烟气处理设备的内部流场状况对污染物脱除效率、设备及其部件磨损和积灰、不良副产品的生成具有重要影响,成为烟气处理设备改造和升级的关键。因此,研究锅炉烟气处理设备内部流场和相关成分浓度场状况，分析其中问题的成因，以制定相应的改造方案，具有十分重要的工程实践意义。

当前，随着环境问题的日益突出，燃煤锅炉的烟气处理问题也愈发的为大家所重视，国内外学者都对其进行了一定程度上的研究。

潘伶等为了优化无锡某电厂SCR 脱硝装置内部流场，使用数值模拟的手段研究了导流板和整流格栅对其内部流场的影响，发现调整导流板和整流格栅对改善内部烟道流场分布、减弱气流对烟道的璧面和催化剂层的冲击具有重要的作用。内部导流板和整流格栅设置不合理，不仅会导致内部流场分布不均，还会加大内部运行阻力。通过优化内部导流板和整流格栅结构，可以改善气流流动、减少涡流，使其内部流场均匀，降低流动阻力。

张彭等通过试验方法和数值模拟方法研究某电厂选择性还原脱硝反应器内部流场时发现，脱硝反应器后墙整流格栅与顶棚之间过大的高度差是导致反应器后墙流速过高的主要原因。烟气气流从垂直烟道上方的转向弯头进入反应器时，由于气流惯性会沿着项棚向反应器后侧流动。又由于后墙整流格栅与顶棚高度差大，进入后墙侧的烟气量过多，导致了后墙流速高。文中还分析了不同的整流格栅和顶棚之间的高度差对后墙侧烟气流速的影响，过小的高度差会导致后墙区域流速偏低，合理的顶棚高度差应在20~60mm。

郭婷婷等通过数值模拟方法分析烟气和氨气在反应器内速度场和浓度场对SCR技术脱硝效率的影响时，发现喷氨截面烟气流场的均匀性对氨氮比的均匀性具有至关重要的影响。烟气流速小的地方，氨氮比大，反应后剩余的氨气随着烟气排出，造成氨逃逸。烟气流速大的区域氨氮比小，烟气中的氮氧化物不能被充分还原，出口NOx浓度升高。文中进一步研究了在利用导流板和整流格栅在初步治理好烟气流场的情况下，通过在喷氨区域增加合适涡流混合器可以实现NH/NOx的充分均匀混合。

DiFrancesco,C. E等研究SCR催化剂寿命与氨氮摩尔比、流场均匀性以及烟气温度关系时，发现随着各参数不均匀性的增加，催化剂寿命缩短，其中对催化剂寿命影响最为重要的参数是流场均匀性。这主要是因为流场不均时会在SCR装置内形成局部高速区和低速区。局部流速过高时，烟气及烟气中的灰冲刷催化剂，造成催化剂磨损；局部气流流速过低时，会在SCR装置内部形成涡流，涡流使得烟气中的灰不能继续向下游流动，积聚在催化剂上，导致催化剂中毒。

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从目前的研究报告上来看，国内外学者对大型锅炉烟道烟气流场的分析与优化已经有了详细的分析。尤其在国内，大量的发电厂利用SCR技术脱硝装置的投运在满足环保要求的同时，还保证对锅炉设备的不利影响降至最小，并能确保粉煤灰正常的综合利用，在不影响其建设、蒸汽生产负荷的同时，使锅炉排放的烟气中NOx含量能够达到国标要求。在通常情况下，一台大型电站锅炉的烟气从本体出来后，一般布置有左右对称的两个的SCR脱硝装置，因此大部分的研究只需研究其中的一侧即可，但因为本研究对象的锅炉省煤器出口下游有再热器温度调节挡板，会导致两侧SCR进口段的烟气流速、流向的不均匀，并相互影响，所以本课题需要对锅炉省煤器出口下游的两侧SCR脱硝装置的流场（含浓度场）进行整体性，类似的研究工作尚未见报道，这也是本课题的主要技术特点之一。

参考文献：

[1]Zihong Xia, Jian Li, Tingting Wu, et al．CFD simulation of MSW combustion and SNCR in a commercial incinerator[J]. Waste Management, 2014, 34: 1609-1618.