基于流場診斷的燃煤電站SCR系統(tǒng)噴氨優(yōu)化及試驗驗證

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1、基于流場診斷的燃煤電站SCR系統(tǒng)噴氨優(yōu)化及試驗驗證摘要：為實現(xiàn)空系統(tǒng)的安全高效運行，采用CFD數(shù)值模擬技術(shù)開展660MW燃煤電站SCR系統(tǒng)流場優(yōu)化?根據(jù)噴氨格柵前煙氣流動特性解析噴氨支管閥門權(quán)重，基于權(quán)重閥開展噴氨優(yōu)化研究?分析了優(yōu)化前后首層催化劑入口截面煙氣速度/濃度分布特性，搭建冷態(tài)?；囼炑b置對數(shù)值模擬研究結(jié)果進(jìn)行驗證?研究結(jié)果表明：導(dǎo)流板合理優(yōu)化布置可有效改善流場分布的均勻性，速度標(biāo)準(zhǔn)偏差可相對減少約71.30%;基于權(quán)重閥優(yōu)化噴氨使噴氨特性與煙氣流動特性匹配良好，改善了濃度分布的均勻性，濃度標(biāo)準(zhǔn)偏差相對減少約24.95%;冷態(tài)?；囼炛蹬c數(shù)值模擬值吻合良好,

2、兩者偏差僅為3.08%;流場/權(quán)重閥噴氨優(yōu)化協(xié)同作用能夠最大限度提升燃煤電站SCR系統(tǒng)的工作性能.關(guān)鍵詞：流場診斷;噴氨優(yōu)化;權(quán)重閥;CFD;冷態(tài)模化試驗氮氧化物(NOx)的大量排放是造成光化學(xué)煙霧、酸雨、平流層臭氧層破壞、全球變暖等一系列環(huán)境問題的重要原因[1].燃煤電站NOx排放量在全國排放總量中占據(jù)了較大的份額，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國燃煤電站裝機容量逐年增加，因此控制燃煤電站NOx排放水平刻不容緩[25].對此，國家頒發(fā)多部法規(guī)保證燃煤電站NOx排放水平在合理范圍內(nèi)[69],GB13223—2003明確規(guī)定燃煤鍋爐第3時段NOx最高允許排放濃度為450mg/m

3、3;GB13223—2011進(jìn)一步要求燃煤鍋爐NOx排放濃度限值為100mg/in3;2014年和2015年國家相繼印發(fā)《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014—2020年)》、《全面實施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》,嚴(yán)控大氣污染物排放，力求2020年前300MW以上燃煤電站全面實現(xiàn)超低排放改造(NOx排放濃度不高于50mg/m3)及所有新建燃煤電站必須滿足超低排放水平.選擇性催化還原(SCR)煙氣脫硝技術(shù)以其技術(shù)成熟、脫硝效率高等優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于國內(nèi)燃煤電站［101.SCR煙氣脫硝效率受催化劑、煙氣流場、首層催化劑入口截面內(nèi)氨氮混合當(dāng)量比等多種因素的影響［

4、11］.為滿足超低排放形勢下的排放要求，多采用催化劑3層布置的改造措施，煙氣催化劑接觸時間的延長提高了NOx的還原率，但這一定程度上增加了S02/S03的轉(zhuǎn)化率.保證系統(tǒng)內(nèi)煙氣流場/濃度場的均勻分布是實現(xiàn)改造機組超低排放安全高效運行的關(guān)鍵［1519］.煙氣流速過高直接導(dǎo)致催化劑磨損失活、反應(yīng)不充分，反之則導(dǎo)致催化劑堵塞失活等問題;煙氣氨氮混合當(dāng)量比不匹配導(dǎo)致脫硝效率下降，氨逃逸升高，逃逸氨易與S03生成黏性硫酸氫氨(ABS)［2021］,直接造成下游設(shè)備積灰受損、鍋爐熱效率下降等一系列運行問題?計算流體力學(xué)(CFD)技術(shù)基于直觀、便捷、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究及

5、工程實踐中.Xu等［22］采用CFD技術(shù)建立某350MW機組SCR系統(tǒng)幾何模型，研究表明系統(tǒng)內(nèi)導(dǎo)流板的不合理安裝會顯著降低催化劑使用壽命;Lei等［23］針對整體式蜂窩狀催化劑SCR系統(tǒng)建立了三維全尺寸幾何模型，模擬研究表明入口煙氣速度越低、入口煙溫越高、NII3/N0x越高，則脫硝效率越高，這一結(jié)論與實驗結(jié)果相吻合；Ogidiama等［24］對某催化劑雙層布置SCR系統(tǒng)開展了數(shù)值模擬研究，分析了催化劑布置形式對脫硝性能的影響規(guī)律，結(jié)果表明雙層催化劑布置時最佳NH3/NOX摩爾比為0.6,相比催化劑單層布置更有優(yōu)勢;Yao等［25］對蜂窩狀催化劑SCR系統(tǒng)的流動與反應(yīng)

6、特性開展了數(shù)值模擬研究，獲得了用于修正多孔介質(zhì)模型的化學(xué)反應(yīng)修正系數(shù)，模擬與實驗結(jié)果吻合良好.本文從流場診斷與噴氨優(yōu)化角度研究某660MW燃煤電站SCR系統(tǒng)的運行優(yōu)化技術(shù)?首先基于CFD數(shù)值模擬技術(shù)分析當(dāng)前SCR系統(tǒng)流場/濃度場分布特性，進(jìn)而優(yōu)化得到滿足工程設(shè)計要求的導(dǎo)流板布置方案;根據(jù)噴氨格柵前煙氣流動特性解析噴氨支管閥門權(quán)重，基于權(quán)重閥開展噴氨優(yōu)化研究，重點分析首層催化劑入口截面煙氣速度/濃度分布特性?最后基于相似準(zhǔn)則搭建冷態(tài)?；ê喎Q冷模）試驗裝置，對數(shù)值模擬研究結(jié)果加以驗證.1模型對象1.1SCR反應(yīng)機理與評價指標(biāo)SCR技術(shù)是通過向煙道中噴射還原劑（氨氣、尿素

7、等）后，催化劑在合適煙溫區(qū)間將煙氣中的NOx轉(zhuǎn)化為無害的氮氣和水，該過程主要有如下化學(xué)反應(yīng)［10,26］：采用標(biāo)準(zhǔn)偏差Cv評價SCR系統(tǒng)的設(shè)計性能，重點研究首層催化劑入口截面內(nèi)的速度/濃度分布標(biāo)準(zhǔn)偏差，確保滿足工程設(shè)計要求(速度偏差Cv<15%,濃度Cv<5%).標(biāo)準(zhǔn)偏差Cv定義式如下：(1)(2)4NO+4NH)+5—7N：*6H:O6NO+4NIII-*5N,46H.O6NO2川NHl7N,+I2H：O(3)2NO.^4NH??6H：O(4)采用標(biāo)準(zhǔn)偏總G評價SCR系統(tǒng)的i2汁性備??R點研究他佈化劑人11戰(zhàn)而內(nèi)的速度/濃度分布標(biāo)準(zhǔn)偵思確保満足I