岳樸杰，雷 彧，周曉辰，陳 晟*，劉小偉，孟 磊，谷小兵

（1.大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司，北京 100097；2.華中科技大學(xué)煤燃燒國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430074）

0 引言

截至2020 年，煤炭占據(jù)我國(guó)一次能源消費(fèi)比例高達(dá)56.8%［1］。同年火電全口徑發(fā)電設(shè)備容量為124 517 萬(wàn)kW，占比56.6%?？梢?jiàn)目前煤炭仍在我國(guó)一次能源生產(chǎn)與消費(fèi)中占據(jù)主導(dǎo)地位，并且未來(lái)較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，我國(guó)的電力供應(yīng)仍將以燃煤發(fā)電為主［2］。燃煤電廠是我國(guó)氮氧化物（NOx）的主要排放源［3］，大氣中過(guò)量的氮氧化物（NOx）會(huì)危害動(dòng)物的呼吸系統(tǒng)和植物的正常生長(zhǎng)，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致酸雨污染、光化學(xué)煙霧等環(huán)境問(wèn)題［4］。當(dāng)前燃煤電站脫硝技術(shù)路線包括催化分解法、選擇性催化還原法、非選擇性催化還原法、酸吸收法等［5］。其中，選擇性催化還原脫硝技術(shù)（Selective Catalytic Reduction，SCR）以其成熟的工藝和較高的脫硝效率（高達(dá)90%）被廣泛應(yīng)用于燃煤電站氮氧化物（NOx）減排［6-9］。

隨著我國(guó)SCR 系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，SCR 系統(tǒng)維護(hù)及運(yùn)行的問(wèn)題日益增多［7-8］。SCR 系統(tǒng)通常采用高塵布置［10］，煙氣中含有較高濃度的飛灰顆粒，流經(jīng)SCR 系統(tǒng)時(shí)會(huì)造成催化劑堵塞和磨損，影響SCR 催化劑的使用壽命和脫硝性能。隨著燃煤電站運(yùn)行時(shí)間的增加，催化劑的堵塞面積可達(dá)30%以上。催化劑堵塞時(shí)會(huì)大幅降低SCR 脫硝性能、導(dǎo)致氨逃逸增加以及空預(yù)器堵塞，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致非計(jì)劃停機(jī)［11］。

煙氣中尺寸大于催化劑通道的大顆?；沂且鸫呋瘎┒氯闹匾颍?2］。大顆?；叶氯呋瘎┤肟诤螅M(jìn)一步為細(xì)顆粒沉積創(chuàng)造良好的條件，引起更大面積的堵塞。同時(shí)大顆?；蚁噍^于飛灰顆粒動(dòng)能更大，對(duì)催化劑的磨損、切削作用更強(qiáng)，可造成催化劑的機(jī)械損壞，影響催化劑的使用壽命［13-15］?；谏鲜鍪聦?shí)，有必要深度剖析大顆?；覍?duì)脫硝催化劑的影響機(jī)理，并尋找可行的防治措施，為SCR脫硝系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供參考。

本文首先對(duì)大顆粒灰的理化性質(zhì)和其對(duì)SCR催化劑的磨損、堵塞機(jī)理進(jìn)行介紹，隨后介紹目前預(yù)防大顆?；椅：Υ呋瘎┑闹饕胧┎⑦M(jìn)行對(duì)比分析。最后對(duì)全文進(jìn)行總結(jié)，探討了未來(lái)SCR 系統(tǒng)煙塵防治的優(yōu)化方向。

1 大顆?；业男再|(zhì)

大顆粒灰（如圖1）通常指燃煤鍋爐煙氣中尺寸在毫米以上的顆粒，俗稱“爆米花灰”，大顆粒灰的空氣動(dòng)力學(xué)參數(shù)包括顆粒粒徑、密度、形狀因子以及阻力系數(shù)等參數(shù)［14］。

圖1 燃煤煙氣中的大顆?；襕16]Fig.1 Large-particle ash in flue gas of coal burning [16]

大顆?；沂且环N形狀不規(guī)則、疏松多孔的顆粒［16］，表觀密度低。Cherkaduvasala［17］等人通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得大顆?；业钠骄碛^密度為534 kg/m3，平均實(shí)際密度為2 022 kg/m3，根據(jù)密度計(jì)算出大顆?；业目紫堵矢哌_(dá)70%。

大顆粒物灰通常具有不規(guī)則外形，可用形狀因子來(lái)表征。Thompson and Clark［18］將不規(guī)則顆粒和同體積球體顆粒在雷諾數(shù)Re= 104情況下的阻力系數(shù)之比定義為形狀因子，但阻力系數(shù)難以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定。球形度Ψ也是表征大顆?；倚螤畈灰?guī)則特性的重要參數(shù)，定義為同體積的球體表面積和顆粒表面積的比值。Bagheri［19］等人將大顆?；医茷闄E球體，提出了適用于疏松多孔的不規(guī)則顆粒的球形度Ψ表達(dá)式

式（1）中，dG為近似橢球體的平均幾何直徑，SAelip為近似橢球體的表面積。該表達(dá)式計(jì)算大顆?；业那蛐味日`差在20%以內(nèi)。

顆粒的阻力系數(shù)取決于其表面特征和周圍流體流動(dòng)特征。目前對(duì)顆粒阻力系數(shù)的研究主要集中于球形顆粒，而對(duì)于表面粗糙的大顆粒灰，其阻力系數(shù)通常包括其等效球體的阻力系數(shù)和形狀修正系數(shù)。

等效球體通常被定義為與顆粒投影面積相同的球。Cherkaduvasala［17］等人基于大顆?；业牡刃蝮w模型，采用式（2）估計(jì)了大顆粒灰的阻力系數(shù)：

式（2）中，F(xiàn)D為大顆?；沂艿降目傋枇?，Ap為顆粒在垂直于流體流動(dòng)方向的投影面積，V為流體相對(duì)于大顆粒灰的速度，ρf為流體密度。此外，可根據(jù)大顆粒灰在流體中的終端沉降速度Vt來(lái)確定其阻力系數(shù)，計(jì)算方法如下［20］：

式（3）中，ρs為顆粒的實(shí)際密度，ρp是顆粒的表觀密度，dˉ為顆粒沿3個(gè)軸向方向的長(zhǎng)度平均值。

目前大顆粒灰的形狀因子及阻力系數(shù)尚未有通用計(jì)算方法，數(shù)值模擬中通常采用橢球模型或者球體模型來(lái)替代大顆?；?，探究大顆粒灰動(dòng)力學(xué)參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)量方法，優(yōu)化目前的等效橢球模型和球體模型，對(duì)于提高數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性具有重要意義。

2 大顆粒灰磨損、堵塞催化劑機(jī)理

大顆粒灰在通過(guò)催化劑表面時(shí)，會(huì)撞擊催化劑造成表面磨損。撞擊包括垂直撞擊和切向撞擊，前者導(dǎo)致催化劑表面產(chǎn)生裂紋和塑性形變，而后者會(huì)產(chǎn)生切削力切削催化劑的表面。相較于飛灰顆粒，大顆?；覄?dòng)能更大，撞擊與切削過(guò)程共同作用導(dǎo)致嚴(yán)重的催化劑磨損問(wèn)題［21］。夏力偉等［22］分析脫硝催化劑磨損原因時(shí)，指出顆粒的速度對(duì)催化劑磨損量的影響最大，顆粒速度越高，催化劑磨損程度越大，而降低煙氣流速會(huì)使飛灰顆粒更易沉積于催化劑表面［23］。

相較于磨損，大顆?；宜斐傻拇呋瘎┒氯麑?duì)SCR裝置穩(wěn)定運(yùn)行的危害更大。催化劑堵塞機(jī)理主要有以下兩種［14］：一是由于大顆?；遗c催化劑通道尺寸接近，可直接堵塞催化劑的入口通道；另一種堵塞機(jī)理則是細(xì)小的飛灰被堵塞在通道入口的大顆?；宜东@，在催化劑通道持續(xù)沉積甚至板結(jié)，形成面積較大的堵塞。在上層催化劑入口處，由于煙氣轉(zhuǎn)向、流場(chǎng)不均，積灰量通常大于下層催化劑，其中又由于內(nèi)彎處流速較低致使大顆?；以诖颂幍亩逊e情況尤為嚴(yán)重。王遠(yuǎn)鑫［24］對(duì)國(guó)內(nèi)某電廠進(jìn)行了SCR 催化劑格柵堵塞情況分析，結(jié)果表明對(duì)大顆粒灰進(jìn)行捕集，能有效地預(yù)防催化劑的堵塞。煙氣流速和粒徑是影響大顆?；叶氯湍p催化劑的關(guān)鍵因素。煙氣流速增大會(huì)加劇大顆粒灰對(duì)催化劑的磨損，而流速較低時(shí)容易產(chǎn)生飛灰與大顆?；业某练e。

當(dāng)前我國(guó)火電機(jī)組普遍面臨靈活性調(diào)峰的需求，部分火電機(jī)組經(jīng)常處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。低負(fù)荷運(yùn)行一方面爐膛溫度低會(huì)導(dǎo)致煤粉的不完全燃燒，更容易生成大顆?；遥涣硪环矫鏁?huì)降低煙氣流速使得大顆?；腋菀壮练e在催化劑層表面，加劇煙道內(nèi)積灰。大顆?；覍?duì)催化劑的磨損、堵塞嚴(yán)重影響著SCR 催化劑的使用壽命和脫硝性能，亟需采取措施來(lái)預(yù)防大顆粒灰對(duì)催化劑的危害。

3 大顆粒灰防治措施

目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)SCR裝置的大顆?；曳乐渭夹g(shù)可大致分為兩類，一是對(duì)省煤器灰斗或局部煙道進(jìn)行改造，通過(guò)增設(shè)擋板、導(dǎo)流板以及灰斗擴(kuò)容等方式調(diào)整流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，利用慣性將大顆?；覐臒煔庵蟹蛛x出來(lái)［25］；二是在合適位置安裝帶孔大顆粒攔截網(wǎng)，在保證煙氣通過(guò)的情況下對(duì)大顆?；疫M(jìn)行攔截［16］。

3.1 流場(chǎng)改造

通過(guò)在煙道內(nèi)安裝導(dǎo)流板、擴(kuò)大灰斗和煙道等方式可改變煙道內(nèi)流場(chǎng)，使大顆?；以诹鲌?chǎng)與慣性共同作用下，盡可能沉積在灰斗中。其中導(dǎo)流板一般布置于煙氣90°轉(zhuǎn)向的省煤器出口處，以使得大顆?；夷軌蛴行У乇粚?dǎo)流板阻擋并導(dǎo)流至灰斗壁面。通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)（Computational Fluid Dynamics，CFD）手段可對(duì)導(dǎo)流板的結(jié)構(gòu)與布置方案進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，以改善流場(chǎng)分布不均、催化劑磨損與堵塞的問(wèn)題。沈丹［26］對(duì)安裝4 種不同形態(tài)的導(dǎo)流板（如圖2）的脫硝裝置內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了模擬，結(jié)果顯示帶有弧度的直流導(dǎo)流板（即圖2（c）和圖2（d））對(duì)脫硝裝置內(nèi)流場(chǎng)的優(yōu)化效果最好。何瑩［27］應(yīng)用CFD數(shù)值模擬，分析了在水平煙道變徑處添加導(dǎo)流板前后的脫硝催化劑磨損情況，結(jié)果表明加裝導(dǎo)流板后，SCR 系統(tǒng)內(nèi)平均速度減小，壓力變化減小，降低了大顆?；覍?duì)催化劑層的撞擊、切削作用，SCR催化劑磨損過(guò)重情況得到改善。

圖2 不同形狀的導(dǎo)流板Fig.2 Guide plates of different shapes

在省煤器灰斗附近合適位置布置擋板，也能夠改變煙氣和其所攜帶的大顆?；伊鲃?dòng)軌跡，將大顆?；覍?dǎo)流至灰斗，使其更容易被灰斗所捕集，在一定程度上能防止大顆?；叶氯鸖CR 催化劑。趙大周等人［28］通過(guò)數(shù)值模擬手段探究了省煤器出口加擋板對(duì)除灰性能的影響，證明了該方式能有效捕集大顆?；也⑻岣唢w灰捕集率。圖3給出了加裝擋板前后大顆?；疫\(yùn)動(dòng)軌跡變化的示意圖。

圖3 加裝擋板前后大顆?；臆壽E[28]Fig.3 Large-particle ash trajectory before and after baffle installation[28]

目前常規(guī)省煤器灰斗對(duì)大顆?；业牟都实偷脑蛑饕袃牲c(diǎn)：一是常規(guī)灰斗邊緣與省煤器出口后壁位于同一水平面，使得大顆粒灰90°轉(zhuǎn)向時(shí)容易繞過(guò)灰斗進(jìn)入水平煙道繼而進(jìn)入SCR 裝置；二是常規(guī)灰斗底部深度較淺且流場(chǎng)分布不均勻，易出現(xiàn)已沉積顆粒被煙氣二次攜帶的現(xiàn)象。針對(duì)以上問(wèn)題，可通過(guò)擴(kuò)大灰斗深度、優(yōu)化灰斗外形等方式對(duì)灰斗進(jìn)行改造，以提高灰斗對(duì)大顆?；业牟都?。

張千等人［29］通過(guò)冷態(tài)物理模型實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)相比于常規(guī)灰斗，擴(kuò)容灰斗對(duì)粒徑在1 mm～3.35 mm范圍內(nèi)的顆粒捕集效率提升了20%，對(duì)粒徑大于3.35 mm 的大顆?；也都侍嵘?0%?；叶窋U(kuò)容會(huì)使得轉(zhuǎn)向處的流場(chǎng)分布更為均勻，且煙氣流速相對(duì)較小，能夠促使大顆粒灰的分離。徐勁［30］采用數(shù)值模擬探究了灰斗擴(kuò)容對(duì)顆粒捕集效率的影響，發(fā)現(xiàn)適當(dāng)延長(zhǎng)煙氣折角使顆粒盡量從后側(cè)進(jìn)入灰斗可提高灰斗捕集效率（如圖4所示）。

圖4 省煤器灰斗改造前后顆粒軌跡[30]Fig.4 Particle track of economizer ash hopper before and after modification [30]

此外，美國(guó)巴威公司［31］設(shè)計(jì)了一種類似蝙蝠翅膀的折流型省煤器灰斗，該灰斗能實(shí)現(xiàn)98.9%的大顆?；颐摮?。金理鵬等［32］提出了一種折線形后墻氣固分離攔灰技術(shù)，即在豎直煙道設(shè)立緩流煙道（如圖5所示），使大顆?；易矒艉髩r(shí)被彈進(jìn)脫硝灰斗，增大灰斗對(duì)大顆?；业牟都?，且對(duì)壓降影響很?。ㄒ?jiàn)表1）。

表1 不同大顆?；覕r截網(wǎng)壓降與顆粒攔截性能[32]Table 1 Pressure drop and capture performance of different kinds of large-particle ash interceptor nets[32]

圖5 緩流煙道對(duì)大顆?；伊鲃?dòng)軌跡的影響[32]Fig.5 Influence of slow-flow flue on flow trajectory of large-particle ash [32]

通過(guò)流場(chǎng)優(yōu)化的措施來(lái)捕集大顆?；?，系統(tǒng)壓降損失小，且后期維護(hù)工作少。但流場(chǎng)優(yōu)化措施尤其是導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)和布置方案的選擇依賴于CFD模擬結(jié)果，若設(shè)計(jì)不當(dāng)，顆粒捕集效率無(wú)法保證，且實(shí)行擴(kuò)容灰斗、改造導(dǎo)流板等措施對(duì)電廠空間、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等要求較高，并非所有燃煤電廠都具有流場(chǎng)改造的條件，所以流場(chǎng)優(yōu)化措施的普適性較低并且成本較高。

3.2 安裝攔截網(wǎng)裝置

在煙道加裝大顆?；覕r截網(wǎng)具有流場(chǎng)設(shè)計(jì)要求低、捕集效率高、改造方便等優(yōu)勢(shì)，是一種更高效的、更具普適性的分離大顆?；业姆椒?。德國(guó)的斯蒂亞格公司最早在1996 年將大顆粒灰攔截裝置應(yīng)用于實(shí)際工程中［33］。目前，我國(guó)對(duì)于相關(guān)攔截裝置的研究與應(yīng)用也逐漸發(fā)展起來(lái)，已在國(guó)內(nèi)百萬(wàn)機(jī)組選擇性催化還原脫硝系統(tǒng)上成功應(yīng)用［34］。不同攔截裝置的設(shè)計(jì)和構(gòu)成部件較為豐富，但其中最主要的部件是用于捕集大顆?；业慕饘贁r截網(wǎng)。本節(jié)介紹攔截網(wǎng)常見(jiàn)結(jié)構(gòu)與開(kāi)孔形狀、安裝位置以及預(yù)防磨損與堵塞措施。

3.2.1 結(jié)構(gòu)型式與開(kāi)孔形狀

常見(jiàn)的攔截網(wǎng)型式主要有平板式和屋脊式兩種（如圖6），前者結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于布置、加工難度小且維護(hù)成本較低，但其造成的壓降較高；后者雖然造成的壓降較低，但是其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，安裝和維護(hù)成本高［14］。汪洋等人［35］應(yīng)用Fluent軟件對(duì)平板式和屋脊式攔截網(wǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，研究結(jié)果表明：相比于平板式攔截網(wǎng)，屋脊式攔截網(wǎng)周圍的速度場(chǎng)分布更均勻，不會(huì)出現(xiàn)部分區(qū)域流速過(guò)高的情況，具有更長(zhǎng)的使用壽命。兩類攔截網(wǎng)堵塞時(shí)均會(huì)造成局部速度峰值過(guò)大，加劇攔截網(wǎng)磨損，縮減攔截網(wǎng)壽命?；诖耍琈atte Bonne設(shè)計(jì)了一種如圖7所示的攔截網(wǎng)結(jié)構(gòu)并進(jìn)行了CFD模擬。相較于原結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)增大了上部攔截網(wǎng)的傾斜角度，一方面使得大顆?；腋诐L落，另一方面減小了攔截網(wǎng)上的速度峰值。模擬結(jié)果顯示，該結(jié)構(gòu)能夠有效改善攔截網(wǎng)堵塞現(xiàn)象［36］。

圖6 攔截網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖Fig.6 Structures of large-particle ash interceptor net

圖7 安裝攔截網(wǎng)后省煤器出口處速度分布云圖[36]Fig.7 Contour of velocity field at the outlet of economizer [36]

目前國(guó)內(nèi)針對(duì)攔截網(wǎng)的設(shè)計(jì)研究仍依賴于實(shí)驗(yàn)測(cè)試與工程經(jīng)驗(yàn)，缺少通用設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與理論依據(jù)，對(duì)于攔截網(wǎng)開(kāi)孔形狀、煙氣流速、開(kāi)孔率以及攔截網(wǎng)厚度等設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)攔截效率以及壓降的影響認(rèn)識(shí)尚不深入。金理鵬等［32］通過(guò)SCR 冷態(tài)物理模型實(shí)驗(yàn)和CFD 數(shù)值模擬的方法，研究了正六邊形、正方形以及長(zhǎng)條形3種開(kāi)孔形狀的攔截網(wǎng)的壓降特性（見(jiàn)表1）。

孟磊等［37-43］得出攔截網(wǎng)前后壓降隨攔截網(wǎng)厚度準(zhǔn)線性增加的結(jié)論，并根據(jù)上述結(jié)果建立了模擬參數(shù)范圍內(nèi)的壓降關(guān)聯(lián)式：

式（4）中，n為攔截網(wǎng)厚度（單位m），U為攔截網(wǎng)附近流速（單位m s），χ為攔截網(wǎng)開(kāi)孔率。攔截網(wǎng)開(kāi)孔率和煙氣流速是影響攔截網(wǎng)前后壓降的關(guān)鍵因素，壓降大小約與煙氣流速的二次方成正比，與開(kāi)孔率的三次方成反比；攔截相同粒度的大顆?；視r(shí)，長(zhǎng)條形開(kāi)孔形狀的攔截網(wǎng)因具有更高的開(kāi)孔率從而壓降更小。由此可知，設(shè)計(jì)攔截網(wǎng)時(shí)應(yīng)采用開(kāi)孔率更高的開(kāi)孔形狀。

3.2.2 安裝位置

省煤器灰斗出口處是最為常見(jiàn)的攔截網(wǎng)安裝位置［14］，一方面該處位于煙道轉(zhuǎn)向處，配合相應(yīng)的導(dǎo)流板或擋板可以有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)大顆?；业牟都?，另一方面該處位于省煤器灰斗附近，被攔截的大顆?；抑苯勇淙牖叶分校瑹o(wú)需額外除灰裝置。然而轉(zhuǎn)向處的煙氣流速較高，攔截網(wǎng)所造成的壓降較大。金理鵬等人［32］通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比了在省煤器灰斗出口及后側(cè)豎直煙道安裝攔截網(wǎng)的攔截效果及壓降情況（見(jiàn)表1）。結(jié)果表明，攔截網(wǎng)安裝在省煤器灰斗出口處壓降更小，且攔截效率更高。對(duì)于攔截網(wǎng)安裝位置的選取，應(yīng)盡可能選擇在流場(chǎng)分布較為均勻的位置，避免局部壓降阻力過(guò)大及攔截裝置磨損不均，且靠近灰斗以夠降低清灰和維護(hù)成本。

3.2.3 預(yù)防磨損與堵塞

由于攔截網(wǎng)所處位置煙氣流速較高，攔截網(wǎng)長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)存在磨損問(wèn)題。為了保障攔截裝置的使用壽命和攔截效果，實(shí)際工程應(yīng)用中往往會(huì)在攔截網(wǎng)表面噴涂耐磨材料以提升攔截網(wǎng)的耐磨性能，延長(zhǎng)攔截網(wǎng)的使用壽命［14］。圖8給出了部分常見(jiàn)攔截網(wǎng)材質(zhì)及其適用流速范圍。

圖8 攔截網(wǎng)材質(zhì)適用流速范圍[35]Fig.8 Flue gas velocity ranges for different interceptor materials [35]

此外，攔截網(wǎng)通常配備相應(yīng)的吹灰器等清灰裝置以避免攔截網(wǎng)發(fā)生堵塞，保障其正常工作。常見(jiàn)的清灰方式主要有拉索振打、吹灰器吹灰等方式，其中拉索振打主要是通過(guò)固定在攔截網(wǎng)上的拉索將其抬起一定高度后釋放，使其與擋塊發(fā)生碰撞，通過(guò)撞擊產(chǎn)生的振動(dòng)使攔截網(wǎng)上的大顆粒灰落入灰斗；吹灰器吹灰則是通過(guò)在攔截網(wǎng)上方合適位置布置吹灰器，實(shí)現(xiàn)對(duì)積灰的吹掃。實(shí)際應(yīng)用中可以通過(guò)攔截網(wǎng)前后壓降差來(lái)判定是否需要進(jìn)行清灰，可以很好地實(shí)現(xiàn)裝置自動(dòng)清灰。

3.3 不同大顆?；曳乐未胧?duì)比分析

上文分別介紹了不同大顆?；曳乐未胧┑淖饔迷砑皵r截效果。本節(jié)從設(shè)計(jì)成本、改造成本及維護(hù)成本3 個(gè)層面對(duì)兩種大顆?；曳乐未胧┻M(jìn)行對(duì)比分析。設(shè)計(jì)成本方面，流場(chǎng)優(yōu)化對(duì)于數(shù)值模擬的準(zhǔn)確度要求更高，優(yōu)化結(jié)果的成功與否很大程度上依賴于模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。由于流場(chǎng)改造主要是通過(guò)改變流場(chǎng)，讓顆粒在慣性作用下落入灰斗，所以尤其對(duì)大顆?；臆壽E計(jì)算的要求更高。但是實(shí)際流場(chǎng)中煙氣流動(dòng)情況復(fù)雜、大顆?；倚螤畲笮〔灰坏纫蛩?，使得要準(zhǔn)確計(jì)算其運(yùn)動(dòng)軌跡的成本更高，而且流場(chǎng)改造的方式繁多，如何從其中選取合適的方式來(lái)防治大顆?；乙踩狈υO(shè)計(jì)準(zhǔn)則，相較之下安裝攔截網(wǎng)的設(shè)計(jì)成本較低且攔截效果也更有保障。

改造成本方面，流場(chǎng)優(yōu)化往往需要對(duì)煙道或灰斗結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。一方面施工難度大、建筑成本高，另一方面并非所有電廠都有足夠的空間可供改造，而安裝攔截網(wǎng)裝置大多在原有煙道結(jié)構(gòu)上進(jìn)行，主要在煙道內(nèi)部增加攔截網(wǎng)及其結(jié)構(gòu)件，該方法改造成本更低，大多數(shù)電廠都具備改造的條件，使得其更具普適性，有利于大范圍推廣。

維護(hù)成本方面，由于不存在自身堵塞問(wèn)題，流場(chǎng)優(yōu)化措施往往壓降影響較小且維護(hù)成本低，而安裝攔截網(wǎng)裝置存在自身堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，往往需要配置吹灰器一同使用以保障其正常工作，在一定程度上增大了其維護(hù)的成本。同時(shí)攔截網(wǎng)所攔截下的大顆?；乙残枰M(jìn)行定時(shí)清理，這一點(diǎn)可以通過(guò)對(duì)攔截網(wǎng)的合理設(shè)計(jì)使攔截的積灰落入已有灰斗，降低部分維護(hù)成本。

綜上，研究認(rèn)為安裝攔截網(wǎng)裝置相較于流場(chǎng)優(yōu)化是一種更具發(fā)展前景和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)的大顆?；曳乐未胧?。為了更加直觀地對(duì)比不同防治措施之間的優(yōu)缺點(diǎn)，將各種大顆?；曳乐未胧﹨R總于表2。

表2 不同大顆?；曳乐未胧?duì)比Table 2 Comparison of different mitigation strategies for large-particle ash

4 國(guó)內(nèi)外大顆?；覕r截網(wǎng)應(yīng)用實(shí)例

國(guó)內(nèi)某2×350 MW的燃煤電廠機(jī)組受煙道安裝空間限制，選擇在省煤器灰斗出口和SCR 反應(yīng)器前豎直煙道內(nèi)傾斜布置平板式攔截網(wǎng)［35］。攔截網(wǎng)開(kāi)孔率為56%，安裝處平均煙氣流速約為11 m/s。較高的開(kāi)孔率及較低的煙氣流速使得正常運(yùn)行時(shí)該裝置的壓降為50 Pa左右。由于該電廠的煙道組件較多，具有復(fù)雜的導(dǎo)流板組，使得想要在其原有基礎(chǔ)上進(jìn)行流場(chǎng)改造的設(shè)計(jì)難度大大增加。而增設(shè)攔截網(wǎng)則對(duì)煙道所需的空間較小，對(duì)流場(chǎng)設(shè)計(jì)的要求較低，更適合在我國(guó)復(fù)雜的電廠環(huán)境中推廣使用。

國(guó)內(nèi)某2×1 036 MW 超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組同樣選擇在省煤器灰斗出口處安裝攔截網(wǎng)［16］。不同的是，該案例中攔截網(wǎng)結(jié)構(gòu)型式選用的是屋脊式攔截網(wǎng)，且材質(zhì)為帶涂層的不銹鋼沖孔網(wǎng)板，具有良好的耐磨損性能。該裝置正常運(yùn)行的壓降同樣約為50 Pa，不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)大顆?；业挠行r截，還在一定程度上使得煙氣流速分布更均勻。此外，該套攔截裝置還配備了對(duì)應(yīng)的吹灰裝置，來(lái)解決攔截網(wǎng)的堵塞問(wèn)題。在進(jìn)行改造前，該電廠存在著催化劑堵塞及磨損嚴(yán)重、氨逃逸等問(wèn)題。后續(xù)實(shí)際使用證明，該攔截裝置的投入使用在有效攔截大顆?；?、提高催化劑使用壽命、降低氨逃逸率、改善速度分布均勻性等方面均發(fā)揮著穩(wěn)定的作用。

美國(guó)門羅電廠4×800 MW燃煤電廠機(jī)組采用CFD數(shù)值模擬的設(shè)計(jì)方法對(duì)原有流場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化改造，通過(guò)加裝屋脊式攔截網(wǎng)并配合導(dǎo)流板組和混合器等完成了大顆粒灰防堵改造，并且實(shí)際運(yùn)行效果良好。該案例一方面給出了多種攔截方案結(jié)合使用的大顆?；曳乐嗡悸罚硪环矫嬉豺?yàn)證了CFD技術(shù)在大顆?；覕r截裝置設(shè)計(jì)中的可靠性。

5 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)燃煤機(jī)組SCR 裝置大顆?；叶氯麊?wèn)題，闡述了大顆粒灰的性質(zhì)及其對(duì)脫硝催化劑的堵塞、磨損機(jī)理，介紹大顆粒灰動(dòng)力學(xué)特性表征方法，隨后介紹了目前防止大顆粒灰影響SCR 催化劑的兩類主要措施，即流場(chǎng)改造和安裝攔截網(wǎng)裝置，結(jié)論如下：

1）煙氣流速和粒徑是影響大顆?；移茐拇呋瘎C(jī)械性能的關(guān)鍵因素。大顆?；叶氯呋瘎┑耐瑫r(shí)，會(huì)為細(xì)小飛灰的沉積創(chuàng)造良好條件，引起堵塞面積進(jìn)一步擴(kuò)大，亟需采取措施來(lái)預(yù)防大顆?；覍?duì)SCR 催化劑的危害，實(shí)現(xiàn)SCR系統(tǒng)的高效安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2）流場(chǎng)改造和安裝攔截網(wǎng)裝置是當(dāng)前防止大顆粒灰堵塞SCR催化劑的主要手段。流場(chǎng)改造可使大顆粒灰在慣性作用下盡可能沉積在灰斗，該方法后續(xù)維護(hù)工作少，系統(tǒng)壓降損失小，但優(yōu)化方案依賴于CFD數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，并且對(duì)電廠空間、內(nèi)部結(jié)構(gòu)有所要求。安裝攔截網(wǎng)是捕集燃煤煙氣中大顆粒灰的有效措施，且安裝攔截網(wǎng)對(duì)燃煤電廠內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)要求低，相比于流場(chǎng)優(yōu)化措施具有更高的普適性，是更具發(fā)展前景和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)的大顆粒灰防治措施。

3）攔截網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用過(guò)程中還面臨著大顆?；叶氯?、侵蝕濾網(wǎng)、攔截網(wǎng)前后壓降較大等問(wèn)題，這些問(wèn)題直接影響了攔截網(wǎng)裝置的運(yùn)行成本及使用壽命。因此，設(shè)計(jì)一種耐磨性更好、壓降影響更小、不易堵塞的攔截網(wǎng)裝置以及優(yōu)化攔截網(wǎng)清灰技術(shù)為未來(lái)的研究重點(diǎn)。