董建勋等利用数值模拟研究氨浓度分布对脱硝效率和氨逃脱的影响。汤圆强通过数值模拟优化了SCR反应器内流场。NISCHT等采用数值模拟与冷态实验相结合的方法，分析了入口烟气流速、温度和氨氮比等对SCR反应器后部流场和压力场的影响。刘小波等对SCR反应器建立相应的数学模型，通过在数值模拟中添加导流板优化流场，验证优化方案的合理性。朱天宇等利用计算流体动力学方法优化了SCR反应器内的烟气流速、压力和浓度分布。JIANG等对SCR反应器流场和浓度场进行数值模拟，通过优化导流板设计，降低烟气流速偏差和氨浓度偏差。SCR技术因其高效的脱硝效率成为烧结烟气脱硝的优先技术。

但由于钢铁厂烧结烟气温度低，粉尘含量高，成分复杂，湿度大，燃煤厂SCR技术应用于钢铁厂需要根据烟气状况和烟道形状进行优化设计。其中最需要解决的问题就是烧结烟气温度低，达不到SCR的最佳反应温度区。工业上一般对烧结烟进行补热，将烟气温度提高到催化剂反应温度区。

将焦炉烟直接通过烧结烟，烧结烟的温度和流速分布不均匀，影响SCR的脱硝效率。ZHOU等利用高温焦炉烟气横向射流失灵混热方法解决烧结烟气补热问题。本工作利用FLUENT软件对某钢厂烧结烟气SCR脱硝系统进行数值模拟优化，并对优化方案进行工程验证。

1数值模拟方法

1.1计算模型

某钢厂600m2烧结机增设的烟气SCR脱硝系统，烧结烟气经过喷射装置、导流板、整流器等设备后，进入SCR反应器，NOx在催化剂表面被NH3还原为N2后，到达烟气再热器[16]。烧结烟再热流程见图1。

图1烧结烟再热流程

要求达到以下指标:

1)在设计情况下，烧结烟再热系统整体的压降不超过1600Pa

2)第一层催化剂入口的流场分布满足:

a)流速的标准偏差系数不超过±15%

b)烟进入催化剂层的角度(垂直方向的夹角)最大为10°

NOx与NH3摩尔比的标准偏差系数不超过5%。

标准偏差系数是SCR反应器内各截面处参数的标准偏差占该截面参数平均值的百分比。

1.2几何模型

计算流体动力学的模拟范围包括烟气再热器入口和烟气再热器出口之间的烟道和内部结构，包括高温焦炉烟气喷射装置、干扰装置、导流板、整流器等。烧结烟再热脱硝系统几何模型见图2。

数值模拟中的烧结烟再热脱硝系统网格划分如图3所示。

图3烧结烟再热脱硝系统网格区分

会场采用结构网格和部分非结构网格。三维几何图形在GAMBIT软件中建模和网格划分。由于脱硝装置整体的几何结构不规则，需要分块生成网格，提高计算效率和精度。

1.3数学模型和界限条件

全脱硝装置内流场数值模拟通过流场模拟软件FLUENT实现。采用Standardk-冷冻模型模拟颠簸流动。选择成分运输模型计算烟气成分和氨在烟气中的运输和扩散。整流器和催化剂层均采用多孔介质模型来模拟其阻流和减压特性，对于整流器在垂直格栅方向设置较大的阻力系数，对于催化剂层采用各向同性多孔介质模型进行简化。

烟气参数见表1。将烧结烟气入口、高温焦炉烟气入口设置为质量流量界限条件。喷氨入口温度为313K，氨气流量为112.5kg/h，稀释空气流量为3500m3/h。

表1排烟参数

2数值模拟结果及分析

2.1烧结排烟再热流场模拟

高温焦炉排烟出口温度分布见图4。

图4高温焦炉烟气出口温度分布

从图4可以看出，通过高温焦炉烟气提高烧结烟气温度，高温焦炉烟气经过一定距离后与烧结烟气温度一致。

图5喷氨格栅入口烟气温度分布

喷氨格栅入口烟气温度分布见图5。烟气进入喷进入喷口时可以认为温度分布均匀。增设烧结烟再热系统后，喷射氨格栅入口的平均温度从523K上升到553K，上升到30K，为催化层的SCR反应提供了适当的温度。

2.2无导流板时流场模拟

无导流板时烧结烟气再热脱硝装置内纵截面速度分布见图6。

图6无导流板时纵向截面烟气速度分布

由图6可见，无导流板时，在烟道弯头区域会出现明显的速度分布不均。无导流板时SCR反应器第一层催化剂入口速度分布见图7a，速度标准偏差系数小于10%，满足技术要求的速度矢量分布见图7b，入口速度最大偏差角度为12.0°，超过±10°的技术要求温度分布见图7c，温度偏差为9.5K，满足技术要求的氨体积分布见图7d，氨分布不均匀，局部高浓度，局部催化剂中毒系统总压降至1020Pa，满足技术要求。

图7无导流板时第一层催化剂入口的速度分布(a)、速度矢量分布(b)、温度分布(c)和氨的体积分布(d)

2.3优化导流板后流场模拟

优化设计的导流板包括烟道弯头的2块弯头和反应器主体入口的3块短板。弯曲板可以有效地减少上升烟垂直方向的分量，使弯曲板流动，减少烟回流的发生，短板可以将烟引导到干扰层上，减少速度的不均匀。

导流板优化后纵截面排烟速度分布见图8。从图8可以看出，导流板后，烟气在烟道弯头处的速度均匀性明显提高，烟气没有回流。

图8优化导流板后纵截面排烟速度分布

优化导流板后SCR反应器第一层催化剂入口速度分布见图9a，速度标准偏差系数小于10%，满足技术要求的速度矢量分布见图9b，入口速度最大偏差角为8.2°，满足技术要求的温度分布见图9c，温度偏差为7.8K，满足技术要求的氨的体积分布见图9d，与没有导流板的情况相比，均匀性明显提高系统总压降至1039Pa，满足技术要求。

图9优化导流板后第一层催化剂入口的速度分布(a)、速度矢量分布(b)、温度分布(c)和氨的体积分布(d)

3工程验证

基于数值模拟的优化结果，对某钢厂烧结机组的SCR系统进行流场优化运行，各指标的标准值和实测值见表2。从表2可以看出，每个指标的实测值都达到了标准值。

表2各项指标的标准值和实测值

4结论

a)利用数值模拟优化某钢厂烧结烟气的SCR脱硝系统，将高温焦炉烟气喷入烧结烟气后，喷射栅入口的平均温度从523K上升到553K，上升到30K，为催化剂层的SCR反应提供了适当的温度。

b)烧结烟再热脱硝装置烟道内无导流板时，SCR反应器第一层催化剂入口速度最大偏角为12.0°，超过±10°的技术要求，氨与NOx摩尔比的标准偏差系数大，为6.28%，不满足5%以下的技术要求。通过在烟道弯头处和反应器主体入口处添加导流板，有效消除了烟道内的回流区，第一层催化剂入口处速度最大偏转角仅为8.2°，氨与NOx摩尔比的标准偏差系数降至4.11%，均达到技术要求。

c)SCR反应器脱硝率为82.6%，达到标准要求，数值模拟结果为烧结烟气SCR脱硝装置的高效能运行提供了保障。