SCR烟气脱硝工艺喷氨混合装置研究进展

韩发年，闫志勇

（中国计量学院，浙江 杭州 310018）

SCR烟气脱硝工艺喷氨混合装置研究进展

韩发年，闫志勇

（中国计量学院，浙江 杭州 310018）

氨法选择性催化还原技术（SCR）因其优良的综合性能而成为工程应用最为广泛的烟气脱硝工艺，而反应器横截面上混合气体流场均匀性优劣是高效烟气脱硝的重要影响因素。本文简述了SCR烟气脱硝系统基本原理和 NH3/NOx混合效率指标；综述了线性控制式、分区控制式和混合型喷氨格栅等几种工程应用上主流技术及其最新研究成果，并分析了各气体流场均匀性调节技术的优缺点；最后指出氨喷射混合装置未来的发展趋势：①优先选用混合型喷氨格栅，分区控制式喷氨格栅和线性控制式喷氨格栅分别次之；②喷氨混合装置设计时重点寻求降低浓度不均匀系数的可行性；③研发简易、高能和稳定的静态混合结构，降低建设和运行成本，提高操作弹性；④完善还原剂氨喷射效应和喷氨量现代控制理论。

氮氧化物；烟气脱硝；选择性催化还原；喷射混合；均匀分布

全球各地不约而同地已将氮氧化物（nitrogen oxides，NOx）列为主要大气污染物，破坏自然环境和危及身体机能是NOx的主要危害[1-2]。目前，我国是世界第一大NOx排放国，能源消耗占世界的8%～9%，但NOx排放量却达约10%。据环保部统计，2013年我国工业NOx排放量为1545.6万吨[3]，环比下降6.8%，NOx排放量快速增长势头得到了有效控制，但比2000年同期（近470万吨）猛增了370%。NOx污染治理任务仍然艰巨，若不持续施行有效的对策，到 2020年NOx排放量或将突破3000万吨[4]。中国是以煤炭为主的能源和发电结构，燃煤释放的 NOx占全国NOx总排放量69.4%，燃煤锅炉已成为大气环境的重要污染源。随着居民赖以生存的空气质量每况愈下，我国近年来对火电厂 NOx减排控制日益重视，但从表 1可看出，放眼全球，中国NOx排放标准施行较晚，脱硝工艺亟需完善。

表1 美国、欧盟和中国NOx首部与现行排放标准

当今，工商业已成熟运用的主导DeNOx控制技术有烟气脱硝工艺和低氮燃烧工艺两类[5-6]。低氮燃烧工艺是基于燃烧原理来实现燃烧过程中抑制 NOx的产生，而前者则是燃烧后烟气除NOx技术。根据是否使用催化剂烟气脱硝工艺，又可进一步细分为选择性非催化还原工艺（selective non-catalytic reduction，SNCR）和选择性催化还原工艺（selective catalytic reduction，SCR）。当今，氨法选择性催化还原工艺（NH3-SCR）因其优良的综合性能已成为工程应用最为成熟的脱硝技术[7]。

本文首先简述了NH3-SCR烟气脱硝机理与气体混合评价指标，在此基础上综述分析了线性控制式、分区控制式和混合型喷氨格栅等NH3喷射混合技术，并结合国内外的一些研究成果，指出了氨喷射混合技术研究进展及将来可能的一些发展趋势。

1 NH3-SCR基本原理及评价指标

1.1 基本原理

NH3-SCR烟气脱硝系统主要由NH3喷射混合模块、反应器模块、NH3储存模块和NOx监测模块等部分组成，其中，工艺的最核心部分应属前两个模块。在特定工况条件下（温度和催化剂作用），NH3作为还原剂有选择地和NOx反应生成清洁产物N2和H2O，从而实现混合气体去除NOx的目的[8-9]。一般来说，脱硝后的烟气排大气前还需经过除尘和脱硫等工艺进行更深层次环保净化。

1.2 评价指标

烟气脱硝效率和NH3逃逸率是NH3-SCR技术的两个首要性能指标[10]。研究表明，SCR反应器内横截面上混合气体的均匀性优劣对NH3-SCR脱硝效率高低影响很大[11]。混合烟气流场均匀性包括气体速度分布均匀和还原剂NH3浓度分布均匀两方面， NH3与烟气混合程度的好坏（通常用不均匀系数σ表示[12]）直接影响着脱硝效率的高低，同时也决定着氨逃逸情况的大小。NH3的均匀分布在一定程度上决定着建设和运行管理投资，尤其是影响了催化剂的更换周期。根据实验结果，为保证良好的气体流场均匀性，反应器入口处速度偏差σv和浓度偏差σc上限值应至少分别控制在10%～20%和5%～15%范围内，且极限值越小对于提高脱硝效率越有利[13-14]。

目前，行业内调节SCR催化剂层入口混合气流流场均匀性的主流技术手段是依靠烟气管道内布置的喷氨混合装置及其下游的导流板（直线形或弧形）和整流栅等设备[15-16]。其中，导流板和整流栅主要用于速度大小均匀分布和速度矢量方向调节，对于浓度场调节作用有限[17]；喷氨混合装置则对气体流场两方面均匀性调节都有理想的效果[18]。而往往浓度分布均匀调节是SCR工艺的难点和重点，喷氨混合装置研究和优化是近年来的一项科研热点。

2 NH3喷射混合装置

国内外工程应用上习惯将NH3喷射混合装置简称为喷氨格栅（ammonia injection grid，AIG ），通常它的功能包括两部分：一是稀释的NH3喷入烟道；二是喷入的NH3和含NOx烟气均匀混合[19-20]。文献[21]根据布置方式和结构类型将AIG分为三大类，即线性控制式AIG、分区控制式AIG和混合型AIG。此外，下文还综述了OI2-SCR型和动态混合型等几种新型NH3喷射混合装置。

2.1 线性控制式AIG

线性控制式AIG是基于喷氨管直通型的最传统喷氨方式，其结构如图1。它由一个供NH3母管段和多根支管段组成，配有喷嘴的喷管和分配管、连接管相联，利用分配管和调节阀各支管段供氨量可以单独调节，以匹配烟气中 NOx，利用喷射效应提高了NH3/NOx混合程度[22-23]。需要说明的是，连接在同一分配管上的各根喷管流量相同，无法进行有差别式氨量调节。线性控制式AIG喷管通常有沿一个方向和相互垂直两个方向两种布置方式，后者在工程上又称为喷氨管网状布置，这种布置方式适用于喷氨处烟道断面较大、催化剂层处NOx或烟气速度不均匀的情况；而烟道长度较长或烟道断面积较小、NOx和烟气速度均匀分布较好时，喷氨管选择沿烟道一个方向布置即可。

图1 线性控制式原理示意图[23]

线性控制式 AIG[21，24-26]的主要优点有：①容易获取均匀分布的混合气体流场；②混合距离短，系统压阻小；③建设费用和运行维护成本相对较低，操控稳定。其主要缺点为：①系统喷嘴较多，制造成本高；②系统连续运行一段时间后，喷嘴容易堵塞；③烟气速度分布均匀性调节效果有限，对烟道下游的导流板依赖程度高；④由于设备制作和施工精度不够等因素，存在喷管位置无法精确定位、喷射角度逆向等问题。

线性控制式AIG可保证一定的NH3/NOx混合效率[27]，通常催化剂入口处σv和σc可分别达到15%和10%，若要提高效率，则需延长氨气与烟气混合距离或增加喷氨点数量，但这也即意味着需加长烟道，提高了建设投资，这些显然都不是人们所希望的，提高性能指标的最经济方向还是在原有设计基础上增强喷射效应[28]。Lei等[21]通过有差别地调整喷氨孔径来增强NH3/NOx混合效果，可最优化至SCR反应器入口截面σv和σc分别达到7.37%和4.22%，远小于工程应用的不均匀系数σ上限值，然而其忽视了通过喷嘴减小直径、增加数量来提高喷射效应的同时也会更容易引起喷嘴堵塞现象。Buzanowski等[29]发明了方形喷氨管式喷射装置，烟气流经方形喷氨管边缘形成的涡流促使还原剂氨和烟气高效率混合，结果表明此喷氨装置可有效缩短混合距离50%以上。除此之外，方形喷氨装置还具有容易实现喷孔精确定位的优点。研究表明，比起喷氨管开单孔喷射，多孔喷射效应区域更广，也即 NH3/NOx混合愈发均匀[30]。Eiteneer[31]发明了一种由数根水平布置喷氨管组成的耦合型喷氨格栅，每根喷氨管两侧错排式等间距开孔，相邻喷氨管相向、喷氨孔对齐布置，当烟气流经相邻喷氨孔相互作用的耦合喷射效应处，形成旋转气流，并快速与还原剂NH3混合，实现了NH3/NOx在小尺度上的均匀混合。金保昇等[32]发明了切圆布置式耦合型喷氨格栅，其喷氨管截面如图2所示，利用了类似的耦合喷射效应原理，有利于实现在较小距离内NH3与烟气的充分混合，但多孔喷氨管装置对加工和安装精度要求相对较高。

图2 耦合型喷氨格栅[32]

2.2 分区控制式AIG

分区控制式AIG由线性控制式AIG优化而来。为匹配烟气中不均匀分布的NOx。首先，烟道横截面被均匀分成若干个区域；其次， NH3以分区控制式通过喷射孔喷入，各个区域的喷氨量单独可调；最终，每个区域都喷有适量的还原剂氨。这种喷氨混合装置常适用于烟气管道横截面大、进口 NOx分布严重不均、烟气流量特别高、或需要高效脱硝等几种常见工况[33]。

分区控制式 AIG系统的喷嘴管径增大、数量减少，堵塞概率随之降低，且当NOx分布不均匀时，区域整体调整相应速度快，而且有更好的NH3/NOx混合效率，催化剂层混合气体流场均匀性的σv和σc可分别达到10%和5%，系统布置也较线性控制式AIG简化，这些都是分区控制式 AIG的优点[21,34]。分区控制式AIG混合效率的提高方法与前文2.1节改进线性控制式AIG相似，在此不再赘述。

分区控制式 AIG的最大缺点在于系统联动性强和操作要求高，特别是喷氨量的精确而又经济控制较为复杂[35]。NH3喷量过多不仅导致氨的浪费，而且高氨逃逸率容易引起二次污染，过少则难以保证脱硝达标。当前，现代控制理论已被充分应用于喷氨量的控制。喷氨量逻辑控制系统[36]如图3所示，运算完成后由比例积分微分控制器（proportion integration differentiation，PID）发出控制信号调节氨气流量控制阀开度，最终实现固定 NH3/NOx摩尔比控制或出口NOx定值控制。NH3-SCR脱硝工艺采用传统PID调节喷氨量，当机组平稳运行时，可获得理想的调节效果；但在实际的非稳运行工况下，调节系统则涌现出延迟性和发散性，很难保证最优氨气流量控制。鉴于此，优化传统PID控制器已成为新研究热点。Peng等[37]运用混合结构RBF-ARX进行非平稳线性信号建模，模型通过有效工况参数创建，并采用离线参数训练模型来调节供氨量。RBF-ARX可有效避免在线误差信号的实时调节，但离线数据库由于不断储存新工况参数而越来越庞大。Bortman等[38]提出一种广义增长和修剪（GGAP-RBF）神经网络，利用网络训练判别神经元的显著性，适时增加或删减神经元数量、优化网络结构，可选取较好的方案用于实时预测控制。GGAP-RBF的缺陷在于需要有效地判断显著性指标，参数设置繁琐。Zhou等[39]运用输出敏感度分析法优化GGAP-RBF网络结构，避免检测误差过大和训练时间过长，构造出紧凑的动态控制器；综合PID和烟气初始数据，克服了系统变工况下的延迟性和发散性，达到了精密控制喷氨量和氨逃逸率的目的。

图3 典型喷氨量控制系统[36]

2.3 混合型AIG

混合型 AIG又称为配合混合元件式喷氨混合装置，由传统AIG演变而来，与传统AIG结构主要区别在于喷氨管下游布置了混合元件、每根喷氨管上仅安装了数个或很少的几个大孔径喷嘴。工程应用上习惯称混合元件为SCR静态混合器（static mixer），喷嘴和混合器的扰流叶片相对应布置，NH3/NOx混合气体在混合元件诱导下形成稳定的涡街或旋流，加强扰动、强化湍流扩散[40]。数量有限的氨气管均匀伸入烟道，由于混合范围较大的SCR静态混合器布置于喷嘴后面，混合气体经足够长混合段后可在下游烟道内实现较大区域的NH3均匀分布。

配合 SCR静态混合器式喷氨混合装置[41-42]的主要优点为：①喷嘴数量较少、孔径较大，喷嘴堵塞概率大大降低，使用寿命大幅提高；②喷嘴加工容易，制作成本较低；③系统综合效果更好，拥有较好的操作弹性。主要缺点是：①静态混合器结构复杂，系统压降较大，初期建设成本高；②无法对局部单独调节喷氨量，氨逃逸峰值控制较难；③烟气混合距离较长。

配合混合元件式喷氨装置虽然在NH3喷入的初始处喷氨效果较差，但是后置的静态混合器可保证还原剂NH3与烟气混合均匀程度达到工程需求。它的混合效果介于线性控制式AIG和分区控制式AIG之间（表2），仅仅从NH3浓度均匀分布单方面来说，其混合效率最高，可使入口催化剂层处σc小于5%[43]，还需说明的是，联合使用分区控制式AIG和静态混合器可获得更高的NH3/NOx混合效率。配合混合元件式喷氨装置需要相当长的烟气混合段，当然也预示着所需建设成本较高，国内外针对用于烟气脱硝系统喷氨的静态混合器进行了优化升级，致力于开发高效低阻扰流装置，保证高混合效率前提下缩短混合段距离。德国巴克-杜尔公司（BALCKE DURR）的“三角翼”式混合器[44]（delta wing）是一种结合不敏感喷射和旋涡感应混合器的混合系统，NH3/NOx混合气体流经三角盘，由于盘与烟气流呈一定夹角，流体在盘的前端分散、滚动形成广延恒温态的双向旋涡，从盘剥离后旋涡逐渐长大、强力旋转，迫使涡尾区NH3/NOx的强烈高效混合，且系统压阻较小。奥地利ENVIRGY公司的旋流混合装置[45]（vortex mixer）当NH3/NOx混合气体流经花瓣形混合单元时，斜置的混合元件导流各股气流均产生偏转，动态混合的同时呈现旋流卷形状向花瓣周向边缘扩散，相邻花瓣叶片诱导形成旋流相互作用，强化湍流扩散，NH3/NOx得到强制高效混合。vortex mixer具有操作简单、系统稳定等优点，同样也存在不容小觑的结构复杂、所需湍流扩散距离长的特性。美国Babcock & Wilcox公司的Roger等[46-47]基于数值模拟优化设计出配合喷氨格栅的板式混合器，通过错综交叉的倾斜板状扰流元件改变气体流向实现高效混合，分析还指出不同湍流强度下预留混合距离所需的喷嘴布置率。

表2 各类喷氨格栅（AIG）性能比较

目前，还有一些尝试简化静态混合器结构、降低加工成本的技术研究。瑞士Sulzer Brothers Limited 公司的Streiff等[48]发明了一种兼有偏转和旋流的导流板型混合装置，如图4所示，依托于烟道横截面特点利用倾斜、卷曲的大量导向板诱导混合气体的偏转和多方向漩涡，同时相邻导向板产生的涡旋相互作用，能实现烟道整个横截面和各种负荷下高质量的混合。Streiff等还指出，根据烟道尺寸特性和混合效果要求可将导流板设计成矩形、三角形和梯形等形状；导流板夹角和扭曲度的优化可降低阻降、缩短混合距离。美国Callidus公司的Writ等[49]设计出波纹型湍流混合装置，数根喷氨管平行均匀布置于烟道横截面内，喷射孔相对于烟气流向形成一个上游角，波纹板紧邻喷氨管的下游侧。当烟气流经波纹板时，在其尾端流体速度小于周围区域的速度，由此产生的气动压差迫使混合气流生成一组旋涡，旋向相反，纵向涡向下游移动时旋吸周围气流，强化高、低气压区的物质传递，高效混合NH3/NOx。波纹型湍流混合装置具有系统稳定、操作弹性大等特点，但波纹板加工质量、安装精度有一定要求。国内，曾庆等[50]设计出用于燃煤锅炉SCR系统的带凹槽半球形凹面混合元件，结构如图5所示，这种简易的多点凹槽提高氨气均匀扩散效率，不光滑凸面可强化对烟气流扰动，从而可保证充分混合NH3/NOx，但并未说明系统压降情况。

2.4 其他喷氨装置

除了上述几种国内外工程上应用的主流技术外，还有采用OI2-SCR喷氨格栅[51]和动态混合型装置[52-53]来喷射混合还原剂NH3。这些新型喷氨装置因设计起步较晚，现场应用较少，尚处于大量的优化设计和验证阶段。OI2-SCR喷氨格栅的结构见图6，创造性地将锯齿状防磨扰流元件布置于喷射孔上游，有效地解决了由于烟气携带大量飞灰引起的喷氨管束磨损问题。根据各区域烟气流速喷氨管相应位置开设直径不同的喷氨孔，再结合烟道内NOx的分布情况，调节各管的喷氨量，利用横截面差别式的方法获得相对均匀的混合烟气流，可使催化剂层处NOx浓度偏差系数控制在5%左右、脱硝效率高达85%的同时氨逃逸率停留在极小范围内。动态混合型装置是在烟道内沿烟气流动方向水平布置喷嘴和扰流风车，作为混合单元部分的扰流风车由风车轴和开式叶轮组成，风车轴固定于烟道体，叶轮迎向烟气气流，由气流带动旋转，从而对气流起到扰流作用，使氨气和烟气均匀混合。按文献[52-53]所述，风车不需要任何外力驱动即可实现对烟气的扰流。采用此动态混合装置喷氨方式比现有的喷氨格栅工艺简单，但混合效率、操作稳定性和使用寿命有待工程实例检验。

图6 OI2-SCR喷氨格栅[51]

3 结 语

SCR反应器催化剂层处混合气体流场均匀性优劣是高效烟气脱硝的重要影响因素，优化气体流场均匀程度难点在如何尽可能降低浓度不均匀系数σc。根据上述各类主流技术的原理、特点及目前存在的问题，认为喷氨混合装置应沿以下方向发展。

（1）在混合均匀性指标满足工程需求条件下，混合型AIG综合性能最好，分区控制式AIG次之，线性控制式AIG最次。

（2）研发混合效率高、结构简易和运行稳定的静态混合器；降低建设投资、运行管理成本，提高操作弹性。

（3）协调改善反应器催化剂层处混合气体的速度偏差和浓度偏差上限值，重点突出降低NH3浓度不均匀系数。

（4）引入现代控制理论，按出口NOx定值精确又经济控制喷氨量；在原有设计基础上增强喷射效应，提高喷氨管定位水平。

[1]Skalska Kinga，Miller Jacek S，Ledakowicz Stanislaw. Trends in NOxabatement：A review[J]. Science of The Total Environment，2010，408（19）：3976-3989.

[2]Mustafic H，Jabre P，Caussin C，et al. Main air pollutants and myocardial infarction：A systematic review and meta-analysis[J]. Jama the Journal of the American Medical Association，2012，307（7）：713-721.

[3]陈斌. 中国环境统计年报（2013年度）[M]. 北京：中国环境科学出版社，2014.

[4]姚立英，张东国，王伟，等. 燃煤工业锅炉氮氧化物污染防治技术路线[J]. 北方环境，2012，24（2）：79-82.

[5]Liu Zhiming，Li Junhua，Woo Seong Ihl. Recent advances in the selective catalytic reduction of NOxby hydrogen in the presence of oxygen[J]. Energy & Environmental Science，2012，5（10）：8799-8814.

[6]Coghe Aido，Solero Giulio，Scribano Gianfranco. Recirculation phenomena in a natural gas swirl combustor[J]. Experimental Thermal and Fluid Science，2004，28（7）：709-714.

[7]Cheng Xingxing，Bi Xiaotao. A review of recent advances in selective catalytic NOxreduction reactor technologies[J]. Particuology，2014，16：1-18.

[8]Ruggeri Maria Pia，Grossale Antonio，Nova Isabella，et al. FTIR in situ mechanistic study of the NH3-NO/NO2“Fast SCR” reaction over a commercial Fe-ZSM-5 catalyst[J]. Catalysis Today，2012，184（1）：107-114.

[9]Sultana Asima，Sasaki Motoi，Suzuki Kunio，et al. Tuning the NOxconversion of Cu-Fe/ZSM-5 catalyst in NH3-SCR[J]. Catalysis Communications，2013，41：21-25.

[10]Cho Jin Man，Choi Jeong-Woo，Hong Sung Ho，et al. The methodology to improve the performance of a selective catalytic reduction system installed in HRSG using computational fluid dynamics analysis[J]. Environmental Engineering Science，2006，23（5）：863-873.

[11]Schreifels Jeremy J，Wang Shuxiao，Hao Jiming. Design and operational considerations for selective catalytic reduction technologies at coal-fired boilers[J]. Frontiers in Energy，2012，6（1）：98-105.

[12]Chen Juhn-Jie，Lan Chao-Ho，Jeng Ming-Shan，et al. The development of fan filter unit with flow rate feedback control in a cleanroom[J]. Building and Environment，2007，10（42）：3556-3561.

[13]Nalbandian H. NOxControl for Coal-fired Plant,CCC/157[R]. London:IEA Clean Coal Centre，2009.

[14]Faghihi Ehsan Majd，Shamekhi Amir H. Development of a neural network model for selective catalytic reduction（SCR） catalytic converter and ammonia dosing optimization using multi objective genetic algorithm[J]. Chemical Engineering Journal，2010，165：508-516.

[15]毛剑宏. 大型电站锅炉SCR烟气脱硝系统关键技术研究[D]. 杭州：浙江大学，2011.

[16]Muncy J，Shore D，Martz T，et al. Interlayer mixing for improved SCR performance[C]//Pittsburgh:2006 Environmental Controls Conference，2006.

[17]Xu Yuanyuan，Zhang Yan，Liu Fengna，et al. CFD analysis on the catalyst layer breakage failure of an SCR-DeNOxsystem for a 350MW coal-fired power plant[J]. Computers and Chemical Engineering，2014，69：119-127.

[18]林钢，金强，袁景淇，等. 基于CFD的SCR脱硝装置整流格栅优化设计[J]. 控制工程，2011，18：97-99.

[19]Institute of Clean Air Companies (ICAC). Selective Catalytic Reduction (SCR) for Controlling NOxEmissions from Fossil Fuel Fired Electric Power Plants[R]. Washington: U. S. ICAC，2009.

[20]张云. 燃煤机组SCR脱硝系统AIG喷氨优化调整[J]. 中国高新技术企业，2014（21）：49-50.

[21]Lei Zhigang，Wen Cuiping，Chen Biaohua. Optimization of internals for selective catalytic reduction(SCR)for NO removal[J]. Environmental Science & Technology，2011，45（8）：3437-3444.

[22]Tonn D P，Uysal T A. 2200MW SCR Installation on New Coal-Fired Project[R]. Durham：Babcock & Wilcox，1998.

[23]林宗虎，徐通模. 实用锅炉手册[M]. 北京：化学工业出版社，2009：994-997.

[24]Opitz B， Bendrich M，Drochner A，et al. Simulation study of SCR catalysts with individually adjusted ammonia dosing strategies[J]. Chemical Engineering Journal，2015，264：936-944.

[25]吕同波，李林，王淑荣，等. 选择性催化还原法脱硝装置流动及阻力特性的研究[J]. 华电技术，2009，31（12）：8-14.

[26]Rogers K，Thompson C. Development and performance data for ammonia injection and gas mixing process on SCR applications[J]. Combined Power Air Pollutant Control Mega Symposium，2004，2：645-667.

[27]Rogers Kevin，Albrecht Mel，Varner Michael. Numerical Modeling for Design Optimization of SCR Applications[R]. Washington：Babcock & Wilcox，2000.

[28]Buzanowski Mark A. Optimized ammonia injection for power plant SCR systems[C]//San Antonio：Proceedings of ASME Power Conference，2007.

[29]Buzanowski Mark A，Burlage Peter J，Fadda Dani Z. Reagent injection grid：US，7383850[P]. 2008-06-10.

[30]Choi Hang Seok，Kim Seoek Joon，Kim Kwan Tae. Enhancement of turbulent scalar mixing and its application by a multihole nozzle in selective catalytic reduction of NOx[J]. Journal of Material Cycles and Waste Management，2008，10（1）：1-6.

[31]Eiteneer Boris Nickolaevich. Apparatus for a nitrogen purge system：US，8728412[P]. 2014-05-20.

[32]金保昇，张勇，潘志越. 一种风帽式选择性催化还原脱硝喷氨混合装置：中国，201220041023. 3[P]. 2012-12-19.

[33]Nischt W，Bigalbal J，Wooldridge B. Recent SCR retrofit experience on coal-fired boilers[R]. New Orleans：U. S. Babcock & Wilcox，2009.

[34]汤元强. 燃煤电厂SCR烟气脱硝系统优化与飞灰颗粒运动的研究[D].上海：上海交通大学，2012.

[35]Nguyen Khanh，Fadda Dani，Buzanowski Mark A. Flow modeling for a sample cycle turbine equipped with selective catalytic reduction system for NOxcontrol[R]. Houston：ASME Fluids Engineering Division Summer Meeting and Exhibition，2005.

[36]夏怀祥，段传和. 选择性催化还原法（SCR）烟气脱硝[M]. 北京：中国电力出版社，2012：229-231.

[37]Peng Hui，Ozaki T，Toyoda Y，et al. RBF-ARX model-based nonlinear system modeling and predictive control with application to a NOxdecomposition process[J]. Control Engineering Practice，2004，12（2）：191-203.

[38]Bortman M，Aladjem M. A growing and pruning method for radial basis function networks[J]. Transaction on Neural Network，2009，20（6）: 1039-1045.

[39]Zhou Hongyu，Zhao Qian，Zhang Zhenhua，et al. Multi-ANN predictive control of citrus peel supercritical extraction temperature[J]. Advanced Materials Research，2011，236-238：1472-1479.

[40]Munter R. Comparison of mass transfer efficiency and energy consumption in static mixers[J]. Science and Engineering，2010，32（6）：399-407.

[41]Rogers K J. SCR inlet maldistributions-Their effects & strategies for their control[C]//Pittsburgh：DOE 2002 Conference on SCR & SNCR reduction for NOxcontrol，2002.

[42]Rogers K J. Mixing performance characterization for optimization and development on SCR application[C]//Pittsburgh：DOE 2003 Conference on SCR/SNCR for NOxcontrol，Pittsburgh，2003.

[43]Xu Yuanyuan，Zhang Yan，Wang Jingcheng，et al. Application of CFD in the optimal design of a SCR-DeNOxsystem for a 300MW coal-fired power plant[J]. Computers and Chemical Engineering，2013，49：50-60.

[44]Canpolat C，Yayla S，Sahin B，et al. Observation of the vortical flow over a yawed delta wing[J]. Journal of Aerospace Engineering，2012，25（4）: 613-626.

[45]Fink J，Andoh R. CFD as applied to the development of a hydrodynamic vortex mixer[C]//California：World Environmental and Water Resources Congress ，2011.

[46]Gao Yanhong，Liu Qingcai，Bian Lingtao. Numerical simulation and optimization of flow field in the SCR denitrification system on a 600MW capacity units[J]. Energy Procedia，2012，14：370-375.

[47]Rogers K J. Development and performance data for ammonia injection and gas mixing process on SCR applications[C]//Washington：EPRI Power Plant Air Pollutant Control Mega Symposium，2004.

[48]Streiff Felix，Fleischli Markus. Static mixing element having deflectors and a mixing device：US，Re. 36969[P]. 2000-11-28.

[49]Wirt Jeffrey Philip，Martin Richard. Ammonia injection grid for a selective catalytic reduction system：US，8017084[P]. 2011-09-13.

[50]曾庆，吴其荣，魏丽斯，等. 烟气混合元件及使用该烟气混合元件的烟气脱硝系统：中国，201120039806.3[P]. 2011-09-14.

[51]孙克勤，钟秦，华玉龙，等. SCR反应器短直进口段混氨技术研究[J]. 中国环保产业，2007（3）：10-13.

[52]洪燕，杜云贵，蒋建华，等. 用于SCR脱硝系统的动态混合装置：中国，200920128994. X[P]. 2010-08-11.

[53]牛国平，董栋，王晓冰，等. 一种局部涡流和整体旋流相结合的花瓣型喷氨格栅：中国，201210394099. 9[P]. 2013-04-03.

Advances in ammonia injection and mixing device of SCR-DeNOxsystem

HAN Fanian，YAN Zhiyong
（China Jiliang University，Hangzhou 310018，Zhejiang，China）

Selective catalytic reduction (SCR) by ammonia process has been the most extensive engineering application of denitrification technology due to its excellent comprehensive performance. The uniformity of the mixed gas flow field ratio on the lateral section of the SCR reactor is a key factor affecting denitrification efficiency. This review represents the basic principle of SCR as well as the mixing efficiency index of NH3/NOx. The methods and recent work on mainstream technology of the engineering application were reviewed，such as linear controlled injection grid，divisional controlled injection grid，and mixed element type of injection grid. The advantages and disadvantages of different methods were analyzed. Further studies on the ammonia injection and mixing involve：①The mixed element type of injection grid is preferred，the divisional controlled and linear controlled type of injection grid take second place. ②Focus on the feasibility of the lower concentration of non-uniform coefficient in the design of the mixing device. ③Development of high efficiency，simple and stable hybrid element structure，reducing construction and operating costs，improving operational flexibility. ④Perfection of the ammonia injection effect and modern control theory of amount.

nitrogen oxides；flue gas denitrification(DeNOx)；selective catalytic reduction (SCR)；injection and mixing；uniform distribution

TQ 534.9

A

1000-6613（2015）12-4151-07

10.16085/j.issn.1000-6613.2015.12.004

2015-05-29；修改稿日期：2015-06-26。

浙江省自然科学基金项目（Y14E060025）。

韩发年（1987—），男，硕士研究生，主要从事污染物排放控制研究。E-mail fanianh@163.com。联系人：闫志勇，教授，研究方向为锅炉燃烧和污染物排放控制技术。E-mail yanzy@cjlu.edu.cn。