工业界CFD：SCR氨逃逸？杀设计师祭天就好了！附：AIG设计要点总结

6月前浏览1237

本文摘要：（由ai生成）

本文总结了脱硝SCR系统喷氨格栅设计的要点和经验，包括流速、喷口布置、分区控制、防磨、来流均匀性和混合措施。建议设计流速为12m/s，喷口布置需等截面分布以实现充分接触，并考虑分区控氨和防磨。来流均匀性对混合效果至关重要，可通过增设导流、混合器改善。设计失误可通过增加挡板、混合器等改造。本文基于经验总结，旨在提供设计参考，欢迎指正交流。

这些年咱陆续干过几十套脱硝SCR的流场优化，包括不少改造项目。以前只是闷头干事，遇到一些奇葩项目时，会长叹一声：为什么会设计出来这么糟糕的喷氨格栅，难道原方案就是拍脑袋出的施工图，没有经过优化设计吗？

咱在此回顾一下喷氨格栅AIG设计要点，希望给同行们做个参考，以下内容只是一家之言，不一定就对，如有错误，可留言指正。

1、喷氨格栅管道设计流速多少合适？

喷氨格栅内气体为空/氨的混合物，咱之前接触到的混合气体温度一般在120℃到220℃之间。通常咱给出的喷氨格栅母管和支管设计流速为12 m/s左右，尽量不超过18 m/s，喷口流速及喷氨格栅缩颈处流速可以达到20-30 m/s，甚至可以更高。最近改造了一个SCR项目，咱校核了一下喷氨格栅管道内流速居然达到了28 m/s，但是现场反映喷氨格栅管道并没有震动之类的风险，因此我怀疑相同设计条件下，喷氨格栅管道直径选型可以再降低一个型号，设计流速可以照着24 m/s去设计，当然对应的喷氨格栅内流场阻力损失也会变的较大，原来选型3500 Pa的稀释风机，需要增大到6000-8000 Pa压头。

2、喷氨格栅喷口点位咋布置？

喷氨格栅点位布置不合理是咱遇到过的众多问题中最常见的。

有的项目整体来看喷口在管道上布置比较均匀，但是放在整个烟道截面上，就不均匀了。其实喷氨格栅喷口布置要想与烟气充分接触，达到较为理想的初步混合效果，必须要遵循等截面布置原则。该原则就是把截面按面积等分，然后将喷口设计在每个等分截面的面心处。方截面和圆截面的布置点位说明如下。

上图是严格的等截面喷口布置原则，但是在具体执行过程中，往往会存在一定程度的设计偏离，无论怎么偏离，都要尽量保证四周喷口到壁面的距离大约是中间喷口间距的一半，否则，如果设计工程师不留意，喷口按照等间距进行设计，布置在网格交叉点处，喷氨下游会产生中间氨浓度高，四周氨浓度低的现象，并且这个现象通过混合器或喷氨调平也很难解决，因为界面总体喷氨偏差已经形成，局部调控改变不了整体局势（错误设计及对应的流场分布说明如下）

在具体实施过程中，往往采用分区喷氨来实现喷氨的精准控制。在分区喷氨格栅管道设计过程中，喷口的设计不是上述严格的等截面布置方式，而是局部区域等截面布置，保证喷个分区的喷氨覆盖面积一致。在这种情况下，各喷口布置间距可以不满足等截面布置，但是喷氨后的静态混合器要设计合理，否则也会出现局部氨浓度偏差过大的现象。

3、 精准控氨下的喷氨格栅如何分区？

精准控氨拥有光鲜亮丽的名字，比如分区控氨、灵活调氨、智慧调氨等等，各家都声称自己很行，都是精准控氨设计方案的开山鼻祖，听起来牛逼哄哄的。

不要犟，犟就是你说的都对！

咱十年前开始搞了部分发电集团内部的SCR精准控氨改造流场优化项目，现在再怎么灵活调氨，无非还是这些方法，就是在上游改造流场分布和喷氨格栅、静态混合器，在下游拉网监测出口烟道氨逃逸，通过出口氨逃逸或NOx排放量，映射到上游控制对应分区位置去调节喷氨格栅母管阀门，进而控制喷氨量。现在高级一些就是通过机器学习算法，在大量运行数据的基础上进行喷shi氨shang调diao平hua。

精准控氨下的喷氨格栅管道布置咱遇见的有如下一些形式，他们应用场景不同，从流场角度，我会一一说明。

对于单排控氨和单分区控氨，主要适用于烟道宽度比较小的情况，一般小于1.5 m宽的烟道可以设置单排管道，SCR前后侧喷氨分配相对较为均匀，偏差不会太大，当烟道宽度大于1.5m小于4米时，需要采用双排控氨或双分区控氨，因为烟道宽度太大，宽度方向上来流NOx分布不均匀的时候，会超出单排喷氨控制能力，需要增加分区。烟道宽度继续增大，大于4m时，可以采用三排控氨。

上述单、双排控氨和单、双分区控氨在管道排不上有一定区别。单双排控氨主管在烟道外分开各路支管道，深入烟道进行喷氨，但单双分区控氨主管深入烟道，在烟道内部分开各支路。主管在内部分开时，可以减少烟道壁面开孔数量，外观整洁一些。

4、 喷氨格栅高灰环境下怎样防磨？

对于燃煤、水泥等领域的烟气脱硝SCR设备，因为灰分含量比较大，喷氨格栅和催化剂需要着重考虑防磨措施。（电力领域改造项目都已经做的比较完善了，近两年水泥等非电领域新上了一批SCR脱硝装置。对于这些高灰高尘的烟气脱硝设备设计，工程师们一定要考虑防磨措施啊，揪心），而对于烧结球团烟气脱硝，烟气进入SCR之前已经过除尘或脱硫、升温处理，含尘量较小，催化剂和喷氨格栅磨损并不严重，对烟气入射催化剂偏角和喷氨格栅防磨要求可以不那么高（注意这些细微的差别，可以在保证脱硝性能和系统安全运行的情况下，减少整流格栅和喷氨格栅的材料量，降低成本，在投标竞争过程中更有优势）。

5、喷氨格栅来流均匀性对喷氨混合均匀性影响有多大？

影响比天大！

保证来流均匀，不均匀就加导流，加混合器，加格栅板，加孔板，总之就是让喷氨格栅前速度场尽可能均匀。

6、 喷氨格栅后的主流混氨措施有哪些？

喷氨混合器设计结构复杂，形式多样，主要有如下一些形式，通过优化，都能取得较好的混合效果。

如下几种混合方案都是在整体分布均匀的情况下进行精细化混合，如果整体分布不均匀，通过优化局部混合，作用是很有限的。

这些静态混合器需要在应用的时候根据具体情况选择叶片形式、大小、数量、密度等等。包括喷氨前的整流、喷氨口混合器，喷氨后静态混合器，旋流静态混合器等等，一般大的混合器掺混幅度更大，更适合整体分布不均匀的烧结烟气混合，而对于电力行业，这种强旋流混合器会对速度场的均匀性和烟气入射催化剂夹角产生一定的影响，整流格栅配合不好会加速催化剂磨损。