立项背景

在燃煤发电机组大气污染物超低排放的环保政策要求下，火电机组面临环境保护和安全稳定运行的双重压力，尤其是SCR脱硝系统，在超低NOx排放标准下，受脱硝系统烟气流场不均的普遍运行现状的影响，带来的脱硝催化剂磨损及失活、喷氨不均尤其是过量喷氨等现象成为运行常态，导致脱硝效率下降，而且随之带来的大量氨逃逸极易导致空气预热器堵塞、电除尘器极板极线结垢等不良状态，不同除尘器通道烟气烟尘量分配不均，降低除尘效果，以上现象导致机组安全稳定性下降，严重影响大气污染物控制效果。现有的脱硝、除尘系统流场均布装置及布置方式无法满足超低排放标准下系统的安全高效稳定运行要求，因此有必要针对在燃煤发电机组脱硝-除尘系统进行流场联合优化技术研究，依托先进流场控制技术、高效混合技术提高环保设施性能，以保证火力发电机组SCR脱硝、除尘系统的高效稳定运行

创新亮点

1、针对SCR脱硝系统氨氮混合不均及催化剂严重磨损失效问题，研发了适用于SCR脱硝入口流场优化的花瓣式混合器。基于分区理念，通过各喷氨格栅分区下游的花瓣式混合器诱导产生的涡流与旋流，提升SCR脱硝入口烟道内烟气的湍流程度，进一步强化烟气与烟尘、氨气与烟气混合过程及流场优化效果。在原有流场优化方案的基础上，相对提高催化剂入口截面氨氮比均匀性15.23%

2、为解决电除尘器入口烟道磨损及获得高效低阻的导流板结构，提出了一种由多个圆弧板组成的内置于烟道弯头、分叉等部位的流线体导流装置。流线型导流结构具备优化流场与支撑烟道的双重作用，从而实现更少的压力损失和更加均匀的出口速度分布。流线型导流结构替代传统的导流板，实现了压力损失减小30.25%，烟道出口流速偏差降低21.65%的良好结果

3、建立了混合器结构参数的最优化模型，基于响应曲面法等设计优化技术，对计算案例进行训练、优化，得到最优结构方案。解决了流场优化计算过程繁琐、工作量大、设计效率偏低等问题

4、提出了混合器多工况优化设计方法，该优化方法以极大化在脱硝系统三个典型工况点上的性能指标为目标函数，结构参数为几何约束条件、阻力损失为性能约束条件。经数值模拟和现场测试证实，脱硝系统在低负荷工况下氨氮比均匀性提高

实施应用前后效果（益）情况对比

实施应用成果前：SCR脱硝催化剂上方截面流场不均匀度12.23%、氨氮比不均匀度8.76%（根据GB/T 21509-2008《燃煤烟气脱硝技术装备》规定：第一层催化剂入口氨氮比偏差小于5%）、烟尘浓度不均匀度81.51%。SCR脱硝系统催化剂磨损失效、氨逃逸高。电除尘器入口烟道严重磨损、极线肥大，相邻气室间烟尘流量偏差1.43%

实施应用成果后：在提高设备效能和节约资源两方面，都取得了良好的指标参数。SCR反应器A、B侧出口氮氧化物浓度分布不均匀度分别由56.86%、54.44%降低至14.39%、14.23%，氮氧化物分布均匀性得到显著改善。SCR脱硝系统每脱除1吨NOx所需液氨量降低0.033吨，年节约液氨耗量39.21吨，NOx排放浓度平均降低3.3mg/Nm3，300MW机组年减排氮氧化物14.88吨。催化剂上方截面烟气流速不均匀度降低至11.05%、氨氮比不均匀度降低至4.86%、烟尘浓度Cv降低67.12%，均在工程标准的优秀范围内。除尘器入口烟道弯头压损降低30.25%，相邻气室间烟尘流量偏差减小至0.28%

可推广应用范围

本技术适用于存在SCR脱硝系统催化剂局部磨损失效、氨逃逸高、空预器堵塞以及除尘器入口烟道严重磨损、硫酸氢铵粘附极线、各气室一电场灰斗储灰量显著不平衡等技术问题的火力发电机组