本發(fā)明涉及一種漸擴入口段(煙道與反應器主體的連接段截面逐漸擴大)的SCR脫硝反應器的內(nèi)部結構，尤其是涉及一種SCR脫硝反應器入口段的結構及導流板的形式及布置方式。

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(chǎn)生大量氮氧化物的工業(yè)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(shù)(CV)≤15％，CV的定義為：

其中：

平均值

Vi：采樣值

N：采樣點數(shù)

SCR反應器內(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入反應器頂部區(qū)域，再往下流動，依次經(jīng)過整流器和催化劑，最后從反應器出口排出。煙氣入口通常與反應器主體成垂直布置。常規(guī)的反應器示意圖見圖1，可以看出為保證流場均勻，一般反應器入口段的寬度H即為反應器主體寬度H，且反應器入口段呈水平布置，與垂直布置的反應器主體呈90°角。經(jīng)導流板和整流器后，煙氣完成90度的轉向并形成較為均勻的速度分布，這種形式的反應器的優(yōu)化工作只需要通過增設導流板來調(diào)整X方向上氣流的分布。

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

導流板的設計和優(yōu)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(yōu)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。因此，研發(fā)一種漸擴入口段的高效SCR反應器顯得尤為迫切。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為解決上述問題，利用先進的CFD軟件star-ccm+，并結合物理模型測試，設計了一種漸擴入口段的高效SCR反應器，示意圖見圖2。1.一種漸擴入口段的高效SCR反應器，反應器由入口段、主體段和出口段構成，反應器整體呈對稱結構，其特征在于：

反應器入口段采用漸擴的形式，即煙道與反應器主體的連接段截面逐漸擴大；

反應器入口至少設置3層導流板，也就是1#～3#,1#導流板位于反應器入口段上部，其頂部與反應器入口段與煙道的交界面相接；

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

2.進一步，2#和3#導流板每對導流板間的最小距離為H12，兩對導流板間的最小距離為H11，導流板的截面寬度為H10，0<H11<2H10，0<H12<2H10。

3.進一步，B為2#導流板與垂直方向夾角，C為3#導流板與垂直方向夾角；5°<B≤45°,5°<C≤45°。

4.進一步，2#和3#導流板之間的應保留一定的安裝距離H7，0<H7≤50mm。

5.進一步，反應器側視圖中，斜邊與垂直方向夾角為E；反應器前視圖中，斜邊與垂直方向夾角為F；當F為0°時，也就是入口段前視圖為矩形時，只設置2#導流板，或者同時設置有2#和3#導流板。

6.進一步，還設置有4#導流板，4#導流板位于反應器入口段下部。4#導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.進一步，在1#與2#，3#與4#之間任意部位增加導流板；增加導流板一定要設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(shù)p為流體壓力；ρ為氣體密度；湍流產(chǎn)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(shù)，S_φ為因變量守恒方程中所對應的源項。

表示成統(tǒng)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(zhì)模型

對于SCR反應器內(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(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。

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

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

也可以在根據(jù)具體情況(需要實現(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流板。導流板的形式可以是多樣的，但是一定要設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°。

本發(fā)明可實現(xiàn)以下功能：

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

附圖說明

圖1是傳統(tǒng)SCR反應器的結構示意圖。

圖2是本發(fā)明的SCR反應器的結構示意圖。

圖3是本發(fā)明的SCR反應器入口段及導流板布置示意圖。

圖4是本發(fā)明的SCR反應器入口段及導流板透視圖(a對應于1#、2#、4#導流板，b對應于1#、3#、4#導流板，c對應于1#、2#、3#、4#導流板)。

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

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

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

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

圖9是本發(fā)明的SCR反應器內(nèi)部整體流速分布圖(未設置煙道導流板，CV＝33％)。

圖10是本發(fā)明的SCR反應器催化劑上游流速分布圖(未設置煙道導流板，CV＝33％)。

圖11是本發(fā)明的SCR反應器內(nèi)部整體流速分布圖(設置煙道導流板，CV＝8.3％)。

圖12是本發(fā)明的SCR反應器催化劑上游流速分布圖(設置煙道導流板，CV＝8.3％)。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。

反應器由入口段、主體段和出口段構成，反應器整體呈對稱結構。

反應器入口段采用漸擴的形式，即煙道與反應器主體的連接段截面逐漸擴大。其中，側視圖中，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。

反應器入口至少需設置3層導流板，也就是1#～3#,根據(jù)具體情況加設4#導流板。

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

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

也可以在根據(jù)具體情況(需要實現(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流板。導流板的形式可以是多樣的，但是一定要設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°。

進一步，4#導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。

本發(fā)明具體實施方案如下：

(1)反應器參數(shù)

反應器由入口段、主體段和出口段構成，反應器整體呈對稱結構；

反應器橫截面氣體流速應控制在6m/s以下。

處理氣量沒有限制。

(2)反應器入口段參數(shù)

反應器入口段采用漸擴的形式，即煙道與反應器主體的連接段截面逐漸擴大。其中，側視圖中，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至少有一個不為0°。E≤45°，F(xiàn)≤45°。

(3)反應器入口段導流板參數(shù)

反應器入口至少需設置3層導流板，也就是1#～3#,根據(jù)具體情況加設4#導流板。

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

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

也可以在根據(jù)具體情況(需要實現(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流板。導流板的形式可以是多樣的，但是一定要設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#導流板，即可滿足SCR反應器流場指標要求。

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°，不設置3#導流板，D為0°～7°，H7＝30mm，CV為11.0％。