CN206837859U

CN206837859U - 一种低尘高效scr反应器

Info

Publication number: CN206837859U
Application number: CN201621355957.9U
Authority: CN
Inventors: 杨鸣; 杨一鸣; 李洁; 李坚; 何洪
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2016-12-12
Filing date: 2016-12-12
Publication date: 2018-01-05
Anticipated expiration: 2026-12-12

Abstract

一种低尘高效SCR反应器，适用于烟气中粉尘含量较低(≤50mg/Nm³)的SCR反应器。其特征在于：(1)本反应器为对称结构，且横截面为正方形；(2)本反应器入口段为渐扩烟道，入口段斜边与水平方向成一夹角A，A的范围应在45°以下；(3)第一和第二多孔板位于渐扩烟道内，第一块多孔板与第一截面的距离为H1；第一截面为入口烟道与反应器入口段交界面；即第二块多孔板与第二截面的距离为H2，第二截面为反应器入口段与反应器主体段的交界面；其范围为：0≤H1≤(1/2)H3；0≤H2≤(1/3)H3；H3为第一截面与第二截面之间的距离；本反应器结构简单、易于加工，流场分布好。

Description

一种低尘高效SCR反应器

技术领域

本实用新型涉及一种适用于烟气中粉尘含量较低的高效SCR反应器，尤其是涉及一种反应器的内部结构。

背景技术

SCR是一种高效的烟气脱硝技术，广泛应用于锅炉、炉窑及其他产生大量氮氧化物的工业设施的脱硝治理。SCR技术的脱硝效率受诸多因素影响，其中流场分布是最重要的技术指标之一。流场分布均匀性的考核面为第一层催化剂表面上游0.5m处的横截面上，也就是图7中的5对应的横截面，其与第一层催化剂表面的距离为H4，H4＝0.5m。要求该横截面上的烟气速度分布的最大偏差系数(CV)≤15％，CV的定义为：

其中：

平均值

Vi：采样值

N：采样点数

常规的SCR反应器(图1和图2)通常采用垂直布置的形式，也就是烟气从竖直烟道垂直向上，而后通过水平烟道进入反应器顶部区域，再垂直往下流动，依次经过整流器和催化剂，最后从反应器出口排出。也就是说高速的烟气需要经过至少180度的转向，才能到达第一层催化剂。常规的反应器在不设置导流板的情况下，其顶部区域的流场分布很不均匀，在加装整流器后，其CV值通常在30％以上；不加装整流器时，其CV值通常在40％以上，从而影响了脱硝效率。因此，通常常规的反应器顶部(整流器以上部位)需要加装大量的导流板以改善流场，使之满足技术指标要求。

导流板的设计和优化过程复杂，如果设计不当，反应器的流场指标不能满足要求。导流板的设计和优化工作通常需要较长时间，常常成为影响工程进度的重要因素之一。另外，导流板的加工精度，安装是否准确，都会影响最终的流场分布。目前我国需要进行脱硝治理的行业众多，脱硝工程数量庞大，因此，研发一种结构简单，易于加工，流场分布性能好的SCR反应器显得尤为迫切。

发明内容

本实用新型的目的就是为部分解决上述问题，提供一种适用于烟气中粉尘含量较低(≤50mg/Nm³)的情况的，结构简单、易于加工，流场分布好的 SCR反应器，示意图见图2。利用先进的CFD软件star-ccm+，并结合物理模型测试，本实用新型对对传统反应器的内部结构重新进行了设计。

一种低尘高效SCR反应器，其特征在于：

(1)本反应器为对称结构，且横截面为正方形；

(2)本反应器入口段为渐扩烟道，入口段斜边与水平方向成一夹角A(图 7)，A的范围应在45°以下；

(3)第一块(图3、图4和图7中的1)和第二块(图3、图4和图7中的2)多孔板位于渐扩烟道内，第一块(图3、图4和图7中的1)多孔板与第一截面(图7中的3)的距离为H1；第一截面为入口烟道与反应器入口段交界面；

即第二块多孔板(图3、图4和图7中的2)与第二截面(图7中的4) 的距离为H2，第二截面(图7中的4)为反应器入口段与反应器主体段的交界面；其范围为：0≤H1≤(1/2)H3；0≤H2≤(1/3)H3；

H3为第一截面(图7中的3)与第二截面(图7中的4)之间的距离；

(4)第一块多孔板(图3、图4和图7中的1)的开孔率为45％～60％，第二块多孔板(图3、图4和图7中的2)的开孔率为35％～55％；孔的排列应满足均匀分布的要求。

进一步，第一块和第二块多孔板的孔满足以下特征：最外侧的小孔中心与多孔板边缘的最近距离为H5，任意两个相邻的小孔中心的距离为H6，应满足H5＝(1/2)H6。

CFD软件数值模拟过程主要用到以下模型：

(1)气相湍流模型

a)连续性方程：

b)X方向的动量方程：

c)Y方向上的动量方程：

d)Z方向上的动量方程：

e)K方程：

f)ε方程：

其中，湍流粘性系数p为流体压力；ρ为气体密度；湍流产生项G_k为：

以上微分方程，可以写成以下的通用形式：

其中，φ为因变量，Γ_φ为因变量φ的扩散系数，S_φ为因变量守恒方程中所对应的源项。

表示成统一的输运方程形式为：

式中各项从左到右依次为对流项、扩散项和源项。

(2)多孔介质模型

对于SCR反应器内的催化剂层压降，通过将催化剂层看作多孔介质进行模拟，多孔板也包含在内。其压降损失模拟公式如下：

式中Si—i方向上动量源项，Pa/m；μ—流动动力粘度，Pa·s；α—介质渗透性；vi—i向速度分量，m/s；ρ—密度，kg/m³；C₂—内部阻力因子，1/m。

物理模型的设置采用流体特征量的无量纲化来定义，其中有雷诺数、欧拉数、巴斯数、傅里叶数以及模型几何比例值。

本实用新型可实现以下功能：

综合考虑了烟道走向的不确定性和复杂性(见图10～12)，对于反应器内流场影响程度，本实用新型无需在反应器内部增设导流板即可满足流场技术指标要求(CV值小于15％)。

附图说明

图1是传统SCR反应器的结构示意图(前视图)

图2是传统SCR反应器的结构示意图(左视图)

图3是本实用新型的SCR反应器的结构示意图(前视图)

图4是本实用新型的SCR反应器的结构示意图(俯视图)

图5是本实用新型的关键设备矩形多孔板的结构示意图

图6是本实用新型的关键设备圆形多孔板的结构示意图

图7是本实用新型的SCR结构图

图8是本实用新型的关键设备矩形多孔板的结构图

图9是本实用新型的关键设备圆形多孔板的结构图

图10是入口烟道走向的示意图(1)

图11是入口烟道走向的示意图(2)

图12是入口烟道走向的示意图(3)

具体实施方式

重新设计后，包括：(1)本实用新型的反应器对称结构(即横截面为正方形)；(2)本实用新型的反应器入口段斜边与水平方向成一夹角A(图7)， A的范围应在45°以下；(3)本实用新型多孔板位于渐扩烟道的特定位置，即第一块多孔板(图3、图4和图7中的1)与第一截面(图7中的3)的距离为H1；即第二块多孔板(图3、图4和图7中的2)与第二截面(图7中的4)的距离为H2，其范围为：0≤H1≤(1/2)H3；0≤H2≤(1/3)H3。(4) 多孔板的开孔率在一定范围内。其中第一块多孔板(图3、图4和图7中的1) 的开孔率为45％～60％，第二块多孔板(图3、图4和图7中的2)的开孔率为 35％～55％。开孔率的定义为：m²*A/H7²，A为单孔的面积，H7为多孔板的边长。孔可以为圆形(图6和图9)或正方形(图5和图8)，当孔为圆形时，其半径为R，开孔率的定义为：m²*πR²/H7²；当孔为方形时，其边长为H8，开孔率的定义为：m²*H8²/H7²。其中m为圆孔的行数或列数。(5)孔的排列应满足均匀分布份的要求，最外侧的小孔中心与多孔板边缘的最近距离为H5，任意两个相邻的小孔中心的距离为H6，应满足H5＝(1/2)H6。

(1)反应器入口段要求

本实用新型的反应器入口段斜边与水平方向成一夹角A，A的范围应在不大于45°。

(2)反应器主体段参数要求

反应器主体段横截面气体流速一般应控制在6m/s以下。

处理气量没有限制。

(3)多孔板位置参数

本实用新型的多孔板位于渐扩烟道的特定位置，其中：

0≤H1≤(1/2)H3

0≤H2≤(1/3)H3

(4)多孔板的开孔率要求

多孔板的开孔率在一定范围内。其中第一块多孔板的开孔率为45％～60％，第二块多孔板的开孔率为35％～55％。

(5)孔的分布要求

孔的排列应满足均匀分布要求，最外侧的小孔中心与多孔板边缘的最近距离为H5，任意两个相邻的小孔中心的距离为H6，应满足H5＝(1/2)H6。

通过调整多孔板的位置以及第一多孔板和第二多孔板的开孔率即可满足 CV值要求。

烟气量为6万Nm³/h，横截面气体流速为2.5m/s，第一块多孔板位于(1/4) H3处，开孔率为58％；第二块多孔板位于(1/4)H3处，开孔率为51％；CV 为13.1％。

烟气量为60万Nm³/h，横截面气体流速为2.0m/s，第一块多孔板位于(1/3) H3处，开孔率为52％；第二块多孔板位于(1/4)H3处，开孔率为48％；CV 为12.6％。

Claims

1.一种低尘高效SCR反应器，其特征在于：

(1)本反应器为对称结构，且横截面为正方形；

(2)本反应器入口段为渐扩烟道，入口段斜边与水平方向成一夹角A，A的范围应在45°以下；

(3)第一和第二多孔板位于渐扩烟道内，第一块多孔板与第一截面的距离为H1；第一截面为入口烟道与反应器入口段交界面；

即第二块多孔板与第二截面的距离为H2，第二截面为反应器入口段与反应器主体段的交界面；其范围为：0≤H1≤(1/2)H3；0≤H2≤(1/3)H3；

H3为第一截面与第二截面之间的距离；

(4)第一多孔板的开孔率为45％～60％，第二多孔板的开孔率为35％～55％；孔的排列应满足均匀分布的要求。

2.如权利要求1所述的一种低尘高效SCR反应器，其特征在于，第一和第二多孔板的孔满足以下特征：最外侧的小孔中心与多孔板边缘的最近距离为H5，任意两个相邻的小孔中心的距离为H6，应满足H5＝(1/2)H6。