为什么SCR脱硝工程一定要做CFD模拟?

　　参与过SCR工程的技术人员都知道SCR工程一般都要做CFD模拟，这是因为对进入催化剂之前的烟气有速度场、浓度场和温度场的要求。

　　那么为什么会提出这样的流场要求呢？这主要是有三方面的考虑，1）系统安全；2）性能保证；3）经济效率。下面将分别分析速度场、浓度场和温度场对SCR脱硝催化剂的意义。

　　在速度场、浓度场和温度场三个指标中，速度场是最为重要的一个。速度场的优劣关系到脱硝系统的成败。以燃煤锅炉为例，因为烟气中含有一定的灰分，而用于SCR脱硝的催化剂无论是蜂窝式还是板式都是多孔状的，当烟气携带者灰分流经催化剂时如果速度过高，则催化剂容易磨损；如果烟气流速过低，则又容易积灰。

　　上面这些实例和论证都在讨论燃煤锅炉，其烟气中都有一定的飞灰，因而速度场显得十分重要，那么对于燃油/燃气锅炉或者其它无灰的烟气，速度场的要求还有意义吗？确切地说当然有意义了。均匀的速度场不仅是安全运行的前提条件，也是性能保证的前提条件。不含灰的烟气可以不考虑催化剂的磨损和积灰，但是烟气速度场不均匀将会影响脱硝的性能，这是因为催化剂的设计是基于一定的速度场（即平均速度加上一定的速度偏差）。当烟气速度场超过所允许的速度偏差时，催化剂是达不到设计效率的。（注：在讨论速度场时为方便分析，我们先假定氨/氮分布是均匀的，不考虑氨/氮分布对性能的影响。）在速度过低的地方，由于同等面积同等时间下烟气所携带的氨/氮是低于设计值的，这部分催化剂是没有完全发挥最大效能的；相反速度过高的地方，同等面积同等时间下烟气所携带的氨/氮是高于设计值的，这时会超出催化剂的承受能力，这个时候脱硝的性能就会受到影响。

　　接着讨论浓度场，也就是NH3/NOx分布。SCR脱硝的反应可近似的理解成等摩尔比的反应，很显然NH3/NOx要尽可能的均匀才能达到设计值。假定在NH3/NOx很不均匀，则在NH3/NOx过低的区域，出口的NOx会超标；而在NH3/NOx过高的区域，出口的NH3会超标。因此浓度场的优劣决定着SCR的脱硝性能。

　　实际工程运行中，由于NH3/NOx分布不均匀或者速度场不均匀而无法达标时，绝大多数厂家都采用过喷的方式来解决，这样的处理方式虽然可以解决一时的燃眉之急，但同时也带来了两个问题：1运行费用的增加；2）增加系统运行的安全隐患。

　　运行费用的增加很好理解，因为过量的氨喷入势必导致氨耗的增加。安全隐患主要指的是硫酸氢铵堵塞下游换热器的情况。经过催化剂之后未反应完而剩余的氨我们称之为氨逃逸，逃逸的氨会和SO3反应生成硫酸氢铵，硫酸氢铵在高温时为气态，温度逐步降低到冷凝温度后会变为液态，液态的硫酸氢铵类似人的鼻涕非常的黏，容易聚积，如果烟气带灰，那就更容易聚积了。硫酸氢铵的生成和氨及SO3的浓度正相关，当SCR脱硝采用过喷方式运行时，氨逃逸会大大增加的，此时硫酸氢铵的生成也会相应的增加，从而导致脱硝下游换热器的堵塞。

　　最后来说温度场。对于常规的燃煤、燃气、燃油锅炉温度场几乎天然就可以达标。但是对于焦化、烧结等需要通过补热方式才能达到脱硝反应温度的项目，温度场就需要仔细设计了，这个问题留着下次详细讨论。

　　综上所述基于安全运行、性能保证和经济效益的考虑，在SCR脱硝工程中对烟气进入催化剂前的速度场、浓度场和温度场有一定的要求，这个要求需要通过CFD模拟来进行优化和校核。