本實(shí)用新型涉及一種漸擴(kuò)入口段(煙道與反應(yīng)器主體的連接段截面逐漸擴(kuò)大)的SCR脫硝反應(yīng)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，尤其是涉及一種SCR脫硝反應(yīng)器入口段的結(jié)構(gòu)及導(dǎo)流板的形式及布置方式。

背景技術(shù)：

SCR是一種高效的煙氣脫硝技術(shù)，廣泛應(yīng)用于鍋爐、爐窯及其他產(chǎn)生大量氮氧化物的工業(yè)設(shè)施的脫硝治理。SCR技術(shù)的脫硝效率受諸多因素影響，其中流場分布是最重要的技術(shù)指標(biāo)之一。流場分布均勻性的考核面為第一層催化劑表面上游0.5m處的橫截面上，要求該斷面處的煙氣速度分布的最大偏差系數(shù)(CV)≤15％，CV的定義為：

其中：

平均值

Vi：采樣值

N：采樣點(diǎn)數(shù)

SCR反應(yīng)器內(nèi)部煙氣流速較高，且受粉塵含量影響，為避免粉塵的沉積，煙氣通常從豎直煙道垂直向上，而后通過水平煙道進(jìn)入反應(yīng)器頂部區(qū)域，再往下流動(dòng)，依次經(jīng)過整流器和催化劑，最后從反應(yīng)器出口排出。煙氣入口通常與反應(yīng)器主體成垂直布置。常規(guī)的反應(yīng)器示意圖見圖1，可以看出為保證流場均勻，一般反應(yīng)器入口段的寬度H即為反應(yīng)器主體寬度H，且反應(yīng)器入口段呈水平布置，與垂直布置的反應(yīng)器主體呈90°角。經(jīng)導(dǎo)流板和整流器后，煙氣完成90度的轉(zhuǎn)向并形成較為均勻的速度分布，這種形式的反應(yīng)器的優(yōu)化工作只需要通過增設(shè)導(dǎo)流板來調(diào)整X方向上氣流的分布。

但是在某些特殊情況下，反應(yīng)器入口段不能采用水平布置形式，而采用一種漸擴(kuò)的形式，如圖2所示。其特征為煙氣入口段與反應(yīng)器主體在同一垂直方向上，反應(yīng)器入口段X方向的寬度H1漸擴(kuò)至H2、Y方向的寬度H3漸擴(kuò)至H4。也就是說需要同時(shí)調(diào)節(jié)X、Y方向上的速度分布才能滿足技術(shù)指標(biāo)要求。常規(guī)的導(dǎo)流板的形式和布置方式無法滿足流體分布指標(biāo)要求。

導(dǎo)流板的設(shè)計(jì)和優(yōu)化過程復(fù)雜，如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，反應(yīng)器的流場指標(biāo)不能滿足要求，而且還會(huì)帶來很大的磨損風(fēng)險(xiǎn)。導(dǎo)流板的設(shè)計(jì)和優(yōu)化工作通常需要較長時(shí)間，常常成為影響工程進(jìn)度的重要因素之一。因此，研發(fā)一種漸擴(kuò)入口段的高效SCR反應(yīng)器顯得尤為迫切。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的就是為解決上述問題，利用先進(jìn)的CFD軟件star-ccm+，并結(jié)合物理模型測試，設(shè)計(jì)了一種漸擴(kuò)入口段的高效SCR反應(yīng)器，示意圖見圖2。1.一種漸擴(kuò)入口段的高效SCR反應(yīng)器，反應(yīng)器由入口段、主體段和出口段構(gòu)成，反應(yīng)器整體呈對稱結(jié)構(gòu)，其特征在于：

反應(yīng)器入口段采用漸擴(kuò)的形式，即煙道與反應(yīng)器主體的連接段截面逐漸擴(kuò)大；

反應(yīng)器入口至少設(shè)置3層導(dǎo)流板，也就是1#～3#,1#導(dǎo)流板位于反應(yīng)器入口段上部，其頂部與反應(yīng)器入口段與煙道的交界面相接；

2#和3#導(dǎo)流板位于反應(yīng)器入口段的中部，由多對位于同一高度上的導(dǎo)流板構(gòu)成,2#和3#導(dǎo)流板的布置方向相互垂直；每對導(dǎo)流板截面成八字型布設(shè)。

2.進(jìn)一步，2#和3#導(dǎo)流板每對導(dǎo)流板間的最小距離為H12，兩對導(dǎo)流板間的最小距離為H11，導(dǎo)流板的截面寬度為H10，0<H11<2H10，0<H12<2H10。

3.進(jìn)一步，B為2#導(dǎo)流板與垂直方向夾角，C為3#導(dǎo)流板與垂直方向夾角；5°<B≤45°,5°<C≤45°。

4.進(jìn)一步，2#和3#導(dǎo)流板之間的應(yīng)保留一定的安裝距離H7，0<H7≤50mm。

5.進(jìn)一步，反應(yīng)器側(cè)視圖中，斜邊與垂直方向夾角為E；反應(yīng)器前視圖中，斜邊與垂直方向夾角為F；當(dāng)F為0°時(shí)，也就是入口段前視圖為矩形時(shí)，只設(shè)置2#導(dǎo)流板，或者同時(shí)設(shè)置有2#和3#導(dǎo)流板。

6.進(jìn)一步，還設(shè)置有4#導(dǎo)流板，4#導(dǎo)流板位于反應(yīng)器入口段下部。4#導(dǎo)流板底部與整流器之間的高度H9為保留的安裝高度，0<H9≤50mm。

8.進(jìn)一步，在1#與2#，3#與4#之間任意部位增加導(dǎo)流板；增加導(dǎo)流板一定要設(shè)置傾斜部分以均勻分布流速，傾斜部分與垂直方向的夾角為A和D，A和D不超過60°。

CFD軟件數(shù)值模擬過程主要用到以下模型：

(1)氣相湍流模型

a)連續(xù)性方程：

b)X方向的動(dòng)量方程：

c)Y方向上的動(dòng)量方程：

d)Z方向上的動(dòng)量方程：

e)K方程：

f)ε方程：

其中，湍流粘性系數(shù)p為流體壓力；ρ為氣體密度；湍流產(chǎn)生項(xiàng)G_k為：

以上微分方程，可以寫成以下的通用形式：

其中，φ為因變量，Γ_φ為因變量φ的擴(kuò)散系數(shù)，S_φ為因變量守恒方程中所對應(yīng)的源項(xiàng)。

表示成統(tǒng)一的輸運(yùn)方程形式為：

式中各項(xiàng)從左到右依次為對流項(xiàng)、擴(kuò)散項(xiàng)和源項(xiàng)。

(2)多孔介質(zhì)模型

對于SCR反應(yīng)器內(nèi)的催化劑層壓降，通過將催化劑層看作多孔介質(zhì)進(jìn)行模擬。其壓降損失模擬公式如下：

式中Si—i方向上動(dòng)量源項(xiàng)，Pa/m；μ—流動(dòng)動(dòng)力粘度，Pa·s；α—介質(zhì)滲透性；vi—i向速度分量，m/s；ρ—密度，kg/m³；C₂—內(nèi)部阻力因子，1/m。

物理模型的設(shè)置采用流體特征量的無量綱化來定義，其中有雷諾數(shù)、歐拉數(shù)、巴斯數(shù)、傅里葉數(shù)以及模型幾何比例值。

本實(shí)用新型的主要內(nèi)容包括：(1)反應(yīng)器由入口段、主體段和出口段構(gòu)成，反應(yīng)器整體呈對稱結(jié)構(gòu)；(2)反應(yīng)器入口段采用漸擴(kuò)的形式，即煙道與反應(yīng)器主體的連接段截面逐漸擴(kuò)大。其中，側(cè)視圖中，斜邊與垂直方向夾角為E；前視圖中，斜邊與垂直方向夾角為F；(3)反應(yīng)器入口至少需設(shè)置3層導(dǎo)流板，也就是1#～3#,根據(jù)具體情況加設(shè)4#導(dǎo)流板。(4)2#和3#導(dǎo)流板是本次發(fā)明的關(guān)鍵設(shè)備，由多對位于同一高度上的導(dǎo)流板構(gòu)成,2#和3#導(dǎo)流板的布置方向相互垂直(2#導(dǎo)流板沿Y方向布置，3#導(dǎo)流板沿X方向布置)。每對導(dǎo)流板截面成八字型布設(shè),每對導(dǎo)流板間的最小距離為H12，兩對導(dǎo)流板間的最小距離為H11，導(dǎo)流板的截面寬度為H10，0<H11<2H10，0<H12<2H10。B為2#導(dǎo)流板與垂直方向夾角，C為3#導(dǎo)流板與垂直方向夾角。5°<B≤45°,5°<C≤45°。2#、3#導(dǎo)流板位于接近漸擴(kuò)段高度的1/2處,也就是H6≈H8≈(1/2)H5。2#和3#導(dǎo)流板之間的應(yīng)保留一定的安裝距離H7，0<H7≤50mm。如F為0°時(shí)，也就是入口段前視圖為矩形時(shí)，可以只設(shè)置2#導(dǎo)流板。

(5)1#、4#導(dǎo)流板為本次發(fā)明的輔助設(shè)備?？梢愿鶕?jù)情況僅設(shè)置1#導(dǎo)流板；1#導(dǎo)流板位于反應(yīng)器入口段上部，其頂部與反應(yīng)器入口段與煙道的交界面相接。4#導(dǎo)流板位于反應(yīng)器入口段下部，且其底部與反應(yīng)器入口段與反應(yīng)器主體段的交界面上方。

也可以在根據(jù)具體情況(需要實(shí)現(xiàn)更為均勻的流場分布效果)，在1#與2#，3#與4#之間任意部位增加導(dǎo)流板。導(dǎo)流板的形式可以是多樣的，但是一定要設(shè)置傾斜部分以均勻分布流速，其與垂直方向的夾角為A和D，A和D一般不超過60°。

本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)以下功能：

通過調(diào)整1#～4#導(dǎo)流板，即可滿足流場技術(shù)指標(biāo)要求(CV值小于15％)，見圖11和圖12。

附圖說明

圖1是傳統(tǒng)SCR反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型的SCR反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實(shí)用新型的SCR反應(yīng)器入口段及導(dǎo)流板布置示意圖。

圖4是本實(shí)用新型的SCR反應(yīng)器入口段及導(dǎo)流板透視圖(a對應(yīng)于1#、2#、4#導(dǎo)流板，b對應(yīng)于1#、3#、4#導(dǎo)流板，c對應(yīng)于1#、2#、3#、4#導(dǎo)流板)。

圖5是傳統(tǒng)SCR反應(yīng)器內(nèi)部整體流速分布圖(未設(shè)置煙道導(dǎo)流板，CV＝34％)。

圖6是傳統(tǒng)SCR反應(yīng)器催化劑上游流速分布圖(未設(shè)置煙道導(dǎo)流板，CV＝34％)。

圖7是傳統(tǒng)SCR反應(yīng)器內(nèi)部整體流速分布圖(設(shè)置煙道導(dǎo)流板，CV＝15％)。

圖8是傳統(tǒng)SCR反應(yīng)器催化劑上游流速分布圖(設(shè)置煙道導(dǎo)流板，CV＝15％)。

圖9是本實(shí)用新型的SCR反應(yīng)器內(nèi)部整體流速分布圖(未設(shè)置煙道導(dǎo)流板，CV＝33％)。

圖10是本實(shí)用新型的SCR反應(yīng)器催化劑上游流速分布圖(未設(shè)置煙道導(dǎo)流板，CV＝33％)。

圖11是本實(shí)用新型的SCR反應(yīng)器內(nèi)部整體流速分布圖(設(shè)置煙道導(dǎo)流板，CV＝8.3％)。

圖12是本實(shí)用新型的SCR反應(yīng)器催化劑上游流速分布圖(設(shè)置煙道導(dǎo)流板，CV＝8.3％)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。

反應(yīng)器由入口段、主體段和出口段構(gòu)成，反應(yīng)器整體呈對稱結(jié)構(gòu)。

反應(yīng)器入口段采用漸擴(kuò)的形式，即煙道與反應(yīng)器主體的連接段截面逐漸擴(kuò)大。其中，側(cè)視圖中，斜邊與垂直方向夾角為E；前視圖中，斜邊與垂直方向夾角為F。

反應(yīng)器入口至少需設(shè)置3層導(dǎo)流板，也就是1#～3#,根據(jù)具體情況加設(shè)4#導(dǎo)流板。

2#和3#導(dǎo)流板是本次發(fā)明的關(guān)鍵設(shè)備，由多對位于同一高度上的導(dǎo)流板構(gòu)成,2#和3#導(dǎo)流板的布置方向相互垂直(2#導(dǎo)流板沿Y方向布置，3#導(dǎo)流板沿X方向布置)。每對導(dǎo)流板截面成八字型布設(shè),每對導(dǎo)流板間的最小距離為H12，兩對導(dǎo)流板間的最小距離為H11，導(dǎo)流板的截面寬度為H10，0<H11<2H10，0<H12<2H10。B為2#導(dǎo)流板與垂直方向夾角，C為3#導(dǎo)流板與垂直方向夾角。5°<B≤45°,5°<C≤45°。2#、3#導(dǎo)流板位于接近漸擴(kuò)段高度的1/2處,也就是H6≈H8≈(1/2)H5。2#和3#導(dǎo)流板之間的應(yīng)保留一定的安裝距離H7，0<H7≤50mm。如F為0°時(shí)，也就是入口段前視圖為矩形時(shí)，可以只設(shè)置2#導(dǎo)流板。

1#、4#導(dǎo)流板為本次發(fā)明的輔助設(shè)備。可以根據(jù)情況僅設(shè)置1#導(dǎo)流板；1#導(dǎo)流板位于反應(yīng)器入口段上部，其頂部與反應(yīng)器入口段與煙道的交界面相接。4#導(dǎo)流板位于反應(yīng)器入口段下部，且其底部與反應(yīng)器入口段與反應(yīng)器主體段的交界面上方。

也可以在根據(jù)具體情況(需要實(shí)現(xiàn)更為均勻的流場分布效果)，在1#與2#，3#與4#之間任意部位增加導(dǎo)流板。導(dǎo)流板的形式可以是多樣的，但是一定要設(shè)置傾斜部分以均勻分布流速，其與垂直方向的夾角為A和D，A和D一般不超過60°。

進(jìn)一步，4#導(dǎo)流板底部與整流器之間的高度也就是H9為保留的安裝高度，0<H9≤50mm。

本實(shí)用新型具體實(shí)施方案如下：

(1)反應(yīng)器參數(shù)

反應(yīng)器由入口段、主體段和出口段構(gòu)成，反應(yīng)器整體呈對稱結(jié)構(gòu)；

反應(yīng)器橫截面氣體流速應(yīng)控制在6m/s以下。

處理氣量沒有限制。

(2)反應(yīng)器入口段參數(shù)

反應(yīng)器入口段采用漸擴(kuò)的形式，即煙道與反應(yīng)器主體的連接段截面逐漸擴(kuò)大。其中，側(cè)視圖中，斜邊與垂直方向夾角為E；前視圖中，斜邊與垂直方向夾角為F；E和F至少有一個(gè)不為0°。E≤45°，F(xiàn)≤45°。

(3)反應(yīng)器入口段導(dǎo)流板參數(shù)

反應(yīng)器入口至少需設(shè)置3層導(dǎo)流板，也就是1#～3#,根據(jù)具體情況加設(shè)4#導(dǎo)流板。

2#和3#導(dǎo)流板是本次發(fā)明的關(guān)鍵設(shè)備，由多對位于同一高度上的導(dǎo)流板構(gòu)成,2#和3#導(dǎo)流板的布置方向相互垂直(2#導(dǎo)流板沿Y方向布置，3#導(dǎo)流板沿X方向布置)。每對導(dǎo)流板截面成八字型布設(shè),每對導(dǎo)流板間的最小距離為H12，兩對導(dǎo)流板間的最小距離為H11，導(dǎo)流板的截面寬度為H10，0<H11<2H10，0<H12<2H10。B為2#導(dǎo)流板與垂直方向夾角，C為3#導(dǎo)流板與垂直方向夾角。5°<B≤45°,5°<C≤45°。2#、3#導(dǎo)流板位于接近漸擴(kuò)段高度的1/2處,也就是H6≈H8≈(1/2)H5。2#和3#導(dǎo)流板之間的應(yīng)保留一定的安裝距離H7，0<H7≤50mm。如F為0°時(shí)，也就是入口段前視圖為矩形時(shí)，可以只設(shè)置2#導(dǎo)流板。

1#、4#導(dǎo)流板為本次發(fā)明的輔助設(shè)備。可以根據(jù)情況僅設(shè)置1#導(dǎo)流板；1#導(dǎo)流板位于反應(yīng)器入口段上部，其頂部與反應(yīng)器入口段與煙道的交界面相接。4#導(dǎo)流板位于反應(yīng)器入口段下部，且其底部與反應(yīng)器入口段與反應(yīng)器主體段的交界面上方。

也可以在根據(jù)具體情況(需要實(shí)現(xiàn)更為均勻的流場分布效果)，在1#與2#，3#與4#之間任意部位增加導(dǎo)流板。導(dǎo)流板的形式可以是多樣的，但是一定要設(shè)置傾斜部分以均勻分布流速，其與垂直方向的夾角為A和D，A和D一般不超過60°。

通過調(diào)整1#～4#導(dǎo)流板，即可滿足SCR反應(yīng)器流場指標(biāo)要求。

煙氣量為60萬Nm³/h，橫截面氣體流速為4.2m/s，E為15°，F(xiàn)為6°，A為6°～25°，B為20°，C為15°，D為7°～20°，H7＝50mm，CV為8.3％。

煙氣量為20萬Nm³/h，橫截面氣體流速為4.0m/s，E為11°，F(xiàn)為0°，A為0°～9°，B為20°，不設(shè)置3#導(dǎo)流板，D為0°～7°，H7＝30mm，CV為11.0％。