一種高效SCR脫硝反應器的制作方法
本實用新型涉及一種SCR脫硝反應器內部結構，尤其是涉及一種SCR脫硝反應器頂部結構及整流器結構。
背景技術：
SCR是一種高效的煙氣脫硝技術，廣泛應用于鍋爐、爐窯及其他產生大量氮氧化物的工業設施的脫硝治理。SCR技術的脫硝效率受諸多因素影響，其中流場分布是最重要的技術指標之一。流場分布均勻性的考核面為第一層催化劑表面上游0.5m處的橫截面上，要求該斷面處的煙氣速度分布的最大偏差系數(CV)≤15％，CV的定義為：
其中：
平均值
Vi：采樣值
N：采樣點數
SCR反應器內部煙氣流速較高，且受粉塵含量影響，為避免粉塵的沉積，煙氣通常從豎直煙道垂直向上，而后通過水平煙道進入反應器頂部區域，再往下流動，依次經過整流器和催化劑，最后從反應器出口排出。也就是說高速的煙氣需要經過至少180度的轉向，才能到達第一層催化劑。常規的反應器示意圖見圖1和圖2，在不設置導流板的情況下，其頂部區域的流場分布很不均勻，如圖5和圖6所示，其CV值通常在30％以上，從而影響了脫硝效率。因此，通常常規的反應器頂部(整流器以上部位)需要加裝大量的導流板以改善流場，使之滿足技術指標要求。
導流板的設計和優化過程復雜，如果設計不當，反應器的流場指標不能滿足要求，而且還會帶來很大的磨損風險。導流板的設計和優化工作通常需要較長時間，常常成為影響工程進度的重要因素之一。另外，導流板的加工精度，安裝是否準確，都會影響最終的流場分布。目前我國需要進行脫硝治理的行業眾多，脫硝工程數量龐大，因此，研發一種結構簡單，易于加工，流場分布性能好的SCR反應器顯得尤為迫切。
技術實現要素：
本實用新型的目的就是為解決上述問題，提供一種結構簡單、易于加工，流場分布好的SCR反應器，示意圖見圖3。利用先進的CFD軟件star-ccm+，并結合物理模型測試，本實用新型對對傳統反應器的內部結構重新進行了設計。
一種高效SCR脫硝反應器，其特征在于：反應器頂部采用斜頂結構，即反應器頂板與水平方向成一夾角A，A的范圍為9°～20°；
整流器采用傾斜結構，即其前視圖為直角梯形，且直角梯形的一個腰與水平方向平行，另一個腰與水平方向成一夾角B，B的范圍為0.5°～3°；
且與水平方向平行的腰在另一個腰的下方；
反應器和整流器的上述設計使得與水平煙道之前的通道成漸括通道，且整流器上底的頂點與反應器與水平煙道連接點重合。
如圖3所示，頂點1與4之間的線段構成上底，頂點2與3之間的線段構成下底，頂點3與4之間的線段構成的腰與水平方向成一夾角。且整流器頂點4與反應器與水平煙道連接點7重合。
進一步，且反應器頂部的斜頂結構與水平煙道連接點7在同一條豎直線上。
進一步，整流器下底在上方的頂點與反應器在下面的頂點在同一條豎直線上，兩者之間的高度也就是H7為保留的安裝高度，控制在30mm以內。
CFD軟件數值模擬過程主要用到以下模型：
(1)氣相湍流模型
a)連續性方程：
b)X方向的動量方程：
c)Y方向上的動量方程：
d)Z方向上的動量方程：
e)K方程：
f)ε方程：
其中，湍流粘性系數p為流體壓力；ρ為氣體密度；湍流產生項Gk為：
以上微分方程，可以寫成以下的通用形式：
其中，φ為因變量，Γφ為因變量φ的擴散系數，Sφ為因變量守恒方程中所對應的源項。
表示成統一的輸運方程形式為：
式中各項從左到右依次為對流項、擴散項和源項。
(2)多孔介質模型
對于SCR反應器內的催化劑層壓降，通過將催化劑層看作多孔介質進行模擬。其壓降損失模擬公式如下：
式中Si-i方向上動量源項，Pa/m；μ-流動動力粘度，Pa·s；α-介質滲透性；vi-i向速度分量，m/s；ρ-密度，kg/m3；C2-內部阻力因子，1/m。
物理模型的設置采用流體特征量的無量綱化來定義，其中有雷諾數、歐拉數、巴斯數、傅里葉數以及模型幾何比例值。
重新設計后，本實用新型的主要內容包括：(1)本實用新型的反應器頂部采用斜頂結構(即反應器頂板與水平方向成一夾角A)；(2)本實用新型的整流器采用傾斜結構(其前視圖為直角梯形，頂點1與4之間的線段構成上底，頂點2與3之間的線段構成下底，頂點3與4之間的線段構成的腰與水平方向成一夾角)；(3)本實用新型的整流器的位于反應器內特定位置。
本實用新型可實現以下功能：
無需在煙道或反應器頂部增設導流板即可滿足流場技術指標要求(CV值小于15％)，見圖7和圖8。在煙道設置導流板可以進一步降低流場的CV值,見圖8和圖9。
附圖說明
圖1是傳統SCR反應器和整流格柵的結構示意圖。
圖2是另一種傳統的SCR反應器和整流格柵的結構示意圖。
圖3是本實用新型的SCR反應器的結構示意圖
圖4是本實用新型的SCR反應器和整流格柵的結構示意圖
圖5是傳統SCR反應器內部整體流速分布圖(設置煙道導流板)
圖6是傳統SCR反應器催化劑上游流速分布圖(設置煙道導流板)
圖7是本實用新型的SCR反應器內部整體流速分布圖(不設置煙道導流板)
圖8是本實用新型的SCR反應器催化劑上游流速分布圖(不設置煙道導流板)
圖9是本實用新型的SCR反應器內部整體流速分布圖(設置煙道導流板)
圖10是本實用新型的SCR反應器催化劑上游流速分布圖(設置煙道導流板)
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步說明。
本實用新型具體實施方案如下：
(1)整流器參數
H1范圍：300mm～600mm
H2范圍：100mm～150mm
H5范圍：100mm～400mm
H6范圍：75～150mm
煙氣量＝橫截面積也就是H3，H4的乘積和截面氣體流速，H3一般小于H4，是SCR反應器基礎設計人員的工作。
(2)反應器參數
反應器橫截面氣體流速應控制在6m/s以下。
反應器頂板與水平方向的夾角A范圍為9°～20°。
處理氣量沒有限制。
(3)整流器與反應器位置關系
整流器頂點4與反應器與水平煙道連接點7重合。
整流器采用傾斜結構，即其前視圖為直角梯形，且直角梯形的一個腰與水平方向平行，另一個腰與水平方向成一夾角B，B的范圍為0.5°～3°；
整流器頂點3與反應器頂點5之間，也就是H7為保留的安裝高度，控制在30mm以內。
通過調整H1、H2、H5、H6，即可滿足SCR反應器流場指標要求。如需進一步降低流場CV，可以通過增設煙道導流板來實現。
煙氣量為13萬Nm3/h，橫截面氣體流速為3.5m/s，H1為150mm，H2為300mm，H5為100mm，H6為100mm時，不設置煙道導流板時，CV為14.2％，設置煙道導流板時，CV為11.2％。
煙氣量為150萬Nm3/h，橫截面氣體流速為2.5m/s，H1為100mm，H2為450mm，H5為100mm，H6為185mm時，不設置煙道導流板，CV為14.6％，設置煙道導流板時，CV為12.4％。
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