[發明專利]一種高效SCR脫硝反應器

在審

• 申請號: 201611101052.3
• 申請日: 2016-12-05
• 公開（公告）號: CN106731789A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 楊一鳴;何洪;李堅
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B01D53/86
• 分類號: B01D53/86;B01D53/90;B01D53/56
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發明涉及一種SCR脫硝反應器內部結構，尤其是涉及一種SCR脫硝反應器頂部結構及整流器結構。

背景技術

SCR是一種高效的煙氣脫硝技術，廣泛應用于鍋爐、爐窯及其他產生大量氮氧化物的工業設施的脫硝治理。SCR技術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指標之一。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(CV)≤15％，CV的定義為：

其中：

平均值

Vi：采樣值

N：采樣點數

SCR反應器內部煙氣流速較高，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入反應器頂部區域，再往下流動，依次經過整流器和催化劑，最后從反應器出口排出。也就是說高速的煙氣需要經過至少180度的轉向，才能到達第一層催化劑。常規的反應器示意圖見圖1和圖2，在不設置導流板的情況下，其頂部區域的流場分布很不均勻，如圖5和圖6所示，其CV值通常在30％以上，從而影響了脫硝效率。因此，通常常規的反應器頂部(整流器以上部位)需要加裝大量的導流板以改善流場，使之滿足技術指標要求。

導流板的設計和優化過程復雜，如果設計不當，反應器的流場指標不能滿足要求，而且還會帶來很大的磨損風險。導流板的設計和優化工作通常需要較長時間，常常成為影響工程進度的重要因素之一。另外，導流板的加工精度，安裝是否準確，都會影響最終的流場分布。目前我國需要進行脫硝治理的行業眾多，脫硝工程數量龐大，因此，研發一種結構簡單，易于加工，流場分布性能好的SCR反應器顯得尤為迫切。

發明內容

本發明的目的就是為解決上述問題，提供一種結構簡單、易于加工，流場分布好的SCR反應器，示意圖見圖3。利用先進的CFD軟件star-ccm+，并結合物理模型測試，本發明對對傳統反應器的內部結構重新進行了設計。

一種高效SCR脫硝反應器，其特征在于：反應器頂部采用斜頂結構，即反應器頂板與水平方向成一夾角A，A的范圍為9°～20°；

整流器采用傾斜結構，即其前視圖為直角梯形，且直角梯形的一個腰與水平方向平行，另一個腰與水平方向成一夾角B，B的范圍為0.5°～3°；

且與水平方向平行的腰在另一個腰的下方；

反應器和整流器的上述設計使得與水平煙道之前的通道成漸括通道，且整流器上底的頂點與反應器與水平煙道連接點重合。

如圖3所示，頂點1與4之間的線段構成上底，頂點2與3之間的線段構成下底，頂點3與4之間的線段構成的腰與水平方向成一夾角。且整流器頂點4與反應器與水平煙道連接點7重合。

進一步，且反應器頂部的斜頂結構與水平煙道連接點7在同一條豎直線上。

進一步，整流器下底在上方的頂點與反應器在下面的頂點在同一條豎直線上，兩者之間的高度也就是H7為保留的安裝高度，控制在30mm以內。

CFD軟件數值模擬過程主要用到以下模型：

(1)氣相湍流模型

a)連續性方程：

b)X方向的動量方程：

c)Y方向上的動量方程：

d)Z方向上的動量方程：

e)K方程：

f)ε方程：

其中，湍流粘性系數p為流體壓力；ρ為氣體密度；湍流產生項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的擴散系數，S_φ為因變量守恒方程中所對應的源項。

表示成統一的輸運方程形式為：

式中各項從左到右依次為對流項、擴散項和源項。

(2)多孔介質模型

對于SCR反應器內的催化劑層壓降，通過將催化劑層看作多孔介質進行模擬。其壓降損失模擬公式如下：

式中Si—i方向上動量源項，Pa/m；μ—流動動力粘度，Pa·s；α—介質滲透性；vi—i向速度分量，m/s；ρ—密度，kg/m³；C₂—內部阻力因子，1/m。

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