一种高效SCR脱硝反应器的制作方法

本实用新型涉及一种SCR脱硝反应器内部结构，尤其是涉及一种SCR脱硝反应器顶部结构及整流器结构。

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，要求该断面处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

SCR反应器内部烟气流速较高，且受粉尘含量影响，为避免粉尘的沉积，烟气通常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。常规的反应器示意图见图1和图2，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，如图5和图6所示，其CV值通常在30％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，而且还会带来很大的磨损风险。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。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为解决上述问题，提供一种结构简单、易于加工，流场分布好的SCR反应器，示意图见图3。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。

一种高效SCR脱硝反应器，其特征在于：反应器顶部采用斜顶结构，即反应器顶板与水平方向成一夹角A，A的范围为9°～20°；

整流器采用倾斜结构，即其前视图为直角梯形，且直角梯形的一个腰与水平方向平行，另一个腰与水平方向成一夹角B，B的范围为0.5°～3°；

且与水平方向平行的腰在另一个腰的下方；

反应器和整流器的上述设计使得与水平烟道之前的通道成渐括通道，且整流器上底的顶点与反应器与水平烟道连接点重合。

如图3所示，顶点1与4之间的线段构成上底，顶点2与3之间的线段构成下底，顶点3与4之间的线段构成的腰与水平方向成一夹角。且整流器顶点4与反应器与水平烟道连接点7重合。

进一步，且反应器顶部的斜顶结构与水平烟道连接点7在同一条竖直线上。

进一步，整流器下底在上方的顶点与反应器在下面的顶点在同一条竖直线上，两者之间的高度也就是H7为保留的安装高度，控制在30mm以内。

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。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。

重新设计后，本实用新型的主要内容包括：(1)本实用新型的反应器顶部采用斜顶结构(即反应器顶板与水平方向成一夹角A)；(2)本实用新型的整流器采用倾斜结构(其前视图为直角梯形，顶点1与4之间的线段构成上底，顶点2与3之间的线段构成下底，顶点3与4之间的线段构成的腰与水平方向成一夹角)；(3)本实用新型的整流器的位于反应器内特定位置。

本实用新型可实现以下功能：

无需在烟道或反应器顶部增设导流板即可满足流场技术指标要求(CV值小于15％)，见图7和图8。在烟道设置导流板可以进一步降低流场的CV值,见图8和图9。

附图说明

图1是传统SCR反应器和整流格栅的结构示意图。

图2是另一种传统的SCR反应器和整流格栅的结构示意图。

图3是本实用新型的SCR反应器的结构示意图

图4是本实用新型的SCR反应器和整流格栅的结构示意图

图5是传统SCR反应器内部整体流速分布图(设置烟道导流板)

图6是传统SCR反应器催化剂上游流速分布图(设置烟道导流板)

图7是本实用新型的SCR反应器内部整体流速分布图(不设置烟道导流板)

图8是本实用新型的SCR反应器催化剂上游流速分布图(不设置烟道导流板)

图9是本实用新型的SCR反应器内部整体流速分布图(设置烟道导流板)

图10是本实用新型的SCR反应器催化剂上游流速分布图(设置烟道导流板)

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

本实用新型具体实施方案如下：

(1)整流器参数

H1范围：300mm～600mm

H2范围：100mm～150mm

H5范围：100mm～400mm

H6范围：75～150mm

烟气量＝横截面积也就是H3，H4的乘积和截面气体流速，H3一般小于H4，是SCR反应器基础设计人员的工作。

(2)反应器参数

反应器横截面气体流速应控制在6m/s以下。

反应器顶板与水平方向的夹角A范围为9°～20°。

处理气量没有限制。

(3)整流器与反应器位置关系

整流器顶点4与反应器与水平烟道连接点7重合。

整流器采用倾斜结构，即其前视图为直角梯形，且直角梯形的一个腰与水平方向平行，另一个腰与水平方向成一夹角B，B的范围为0.5°～3°；

整流器顶点3与反应器顶点5之间，也就是H7为保留的安装高度，控制在30mm以内。

通过调整H1、H2、H5、H6，即可满足SCR反应器流场指标要求。如需进一步降低流场CV，可以通过增设烟道导流板来实现。

烟气量为13万Nm³/h，横截面气体流速为3.5m/s，H1为150mm，H2为300mm，H5为100mm，H6为100mm时，不设置烟道导流板时，CV为14.2％，设置烟道导流板时，CV为11.2％。

烟气量为150万Nm³/h，横截面气体流速为2.5m/s，H1为100mm，H2为450mm，H5为100mm，H6为185mm时，不设置烟道导流板，CV为14.6％，设置烟道导流板时，CV为12.4％。