电站锅炉SCR烟气脱硝系统优化数值模拟

针对某电厂300MW锅炉的选择性催化还原(SCR)反应系统,采用计算流体力学软件对不同结构下SCR反应器的脱硝特性进行了数值模拟,分析了导流板布置对SCR反应器内流场分布均匀性的影响,研究了不同布置方案下SCR反应器内氨氮物质的量比(简称氨氮比)分布的规律.结果表明:烟道内无导流板时,SCR反应器内的流场和NH3体积分数分布严重不均,SCR反应器的脱硝效率较低,氨逃逸率较高;采用初始方案,SCR反应器内的流场改善较大,但是第一层催化剂入口处氨氮比分布偏差大于5%;采用最终方案,第一层催化剂入口处的速度偏差为3.84%,氨氮比分布偏差为3.79%,SCR反应器的脱硝效率达到83%,NH3逃逸率低于5×10-6.     

基于CFD流场分析的锅炉SCR脱硝烟道改造

由于部分火电厂燃煤锅炉采用低氮改造+SNCR的氮氧化物排放浓度达不到现行超低排放标准,需要采用脱硝效率更高的SCR脱硝技术进行改造。由于SCR对烟气温度要求较高和厂区场地限制,烟气的引出和接入位置空间狭小(2～4m),甚至要共用一根内部分隔的烟道,会产生烟气偏流和烟道内积灰现象。以某燃煤锅炉烟气脱硝工程的烟道直角弯头改造为研究对象,采用FLUENT数值模拟方法研究烟道内烟气的流动分布,在此基础上,对导流板进行优化设计。烟道直角弯头在改造前积灰严重,影响锅炉运行,经改造后积灰状况得到极大改善,保证了锅炉和脱硝系统的正常运行。     

喷氨格栅处烟气速度场对高效SCR均流与还原剂混合性能的影响

随着SCR脱硝效率的上升,喷氨格栅(AIG)处烟气速度场在SCR均流与混合技术中变得越来越重要.以某高效电站SCR为研究对象,利用经冷态模型校验过的SCR数值模型,分析AIG处烟气速度场10种典型变化对电站SCR系统内均流与还原剂混合性能的影响.结果显示,对高脱硝效率的SCR系统,AIG处烟气速度场变化对催化剂入口界面上氨氮比分布影响很大,对入口界面上速度场也有一定影响.设计中控制AIG处烟气流速不均匀性可以提高SCR内均流与混合的品质.在AIG处流速不均匀性控制得较好的高效SCR中,随着AIG处流速不均匀性上升,催化剂入口界面上氨氮比不均匀性增大;AIG处速度场与催化剂处速度场具有相似性.     

SNCR/SCR联合脱硝的应用及对锅炉运行的影响

研究了410 t/h煤粉炉的SNCR/SCR联合脱硝技术。当NSR为1.5时,NO_x浓度从350 mg/m~3下降到100 mg/m~3以下,脱硝率约为71.4%,NH_3逃逸小于5 m L/m~3。脱硝率随着负荷的下降呈现上升趋势,NSR的进一步增加对提高脱硝率的意义不大,但是会大量增加NH_3逃逸。向炉膛喷射尿素溶液会间接增加冷灰斗水封水的氨味及积灰,此外要避免尿素溶液滴落在水冷壁或喷射到换热器管上从而产生腐蚀。逃逸的NH_3促进烟气中硫酸氢铵的生成,加剧空预器的腐蚀,同时还会影响飞灰的品质,与烟气中的HCl等生成NH_4Cl从而影响GGH的运行,增加烟气PM_(2.5)中NH~+_4离子浓度从而增加烟囱排放的烟羽浊度,形成新的污染,因此要严格控制NH_3逃逸并加强空预器、GGH等吹灰措施。     

大型燃煤锅炉SNCR脱硝的数值模拟

为了给大型燃煤锅炉采用选择性非催化还原(SNCR)脱硝技术提供参考和指导,本文借助计算流体力学软件平台Fluent,通过数值模拟的方法研究了一台600 MW燃煤锅炉上的SNCR脱硝过程。计算结果表明大型燃煤锅炉上温降梯度较大,温度适宜进行SNCR脱硝反应的炉内空间较小。根据温度分布,锅炉满负荷运行时,SNCR脱硝系统投用还原剂喷射3区、4区和5区的喷枪比较合适。在氨氮摩尔比为1.1的条件下,该燃煤锅炉上SNCR脱硝效率在27%左右。向炉内喷入少量的添加剂一氧化碳(CO)可以加快SNCR反应的速率,减少NH3漏失。     

电站燃煤锅炉全负荷SCR脱硝控制技术探讨

为了解决燃煤电站锅炉在低负荷时由于SCR入口烟温低于SCR催化剂正常工作温度窗口而导致脱硝系统无法投运的问题,主要对策有增加省煤器旁路、提高锅炉给水温度、省煤器分级技术以及开发宽温度窗口SCR脱硝催化剂。这些方法能在一定程度上改善低负荷SCR脱硝系统运行情况,目前国内所采用的省煤器旁路烟道等技术是以牺牲一定的经济性为代价的,高效节能锅炉全负荷SCR脱硝控制技术的研究对于逐步改善周围大气环境质量具有显著的经济效益和社会效益。本文旨在为燃煤锅炉进行全负荷SCR脱硝控制提供参考。     

SNCR技术及其发展

SNCR技术作为一种建设周期短、投资少、脱硝效率中等的烟气脱硝技术,其性能受多种因素影响,主要有温度窗口、停留时间、氨氮比NSR、反应剂与烟气的混合程度、温度梯度、添加剂、烟气氛围以及还原剂种类等。反应窗口的选择、混合均匀性、化学动力学模拟为SNCR技术最关键工艺,对于大型电站锅炉,脱硝效率一般低于40％,大型炉型的低脱硝率、混合的均匀性、高氨逃逸是限制SNCR技术发展的制约因素,针对这些制约因素,国内外采用了多种手段,如与OFA、SCR、再燃技术联合,以促进SNCR技术的发展。     

非均匀来流条件下SCR系统静态混合器布置及喷氨优化数值模拟研究

针对某650 MW机组W炉SCR系统静态混合器在非均匀来流条件下的布置及喷氨优化进行了数值模拟研究。通过分析常规导流板设计下SCR系统内流场,提出利用静态混合器对SCR系统进行分区流场优化。大范围混合器布置在脱硝入口烟道,分区混合器布置在喷氨格栅下游并将烟道划分为3个分区。经分区流场优化后,SCR系统内流速、温度和NO_x浓度分布均有明显改善,首层催化剂入口氨氮摩尔比峰值从1.50降至1.06,但系统阻力增加了177 Pa。为了进一步改善SCR系统内氨氮匹配性,提出分区喷氨优化方案。经分区喷氨优化后,首层催化剂入口的氨氮摩尔比峰值从1.06降至0.98。在非均匀来流边界条件下,分区流场优化结合分区喷氨优化是改善SCR系统内部流场并降低氨逃逸率的最优方案。     

660 MW燃煤电厂SNCR脱硝数值模拟

研究选择性非催化还原脱硝法(SNCR)在大型燃煤电厂运行的影响因素,使用计算流体力学软件CFD模拟炉内喷入以尿素为还原剂的脱硝过程。模拟结果发现锅炉处于满负荷运行时,炉膛顶部满足SCNR脱硝温度窗口的高度为57 m以上,因此使用三区、五区、六区的尿素溶液喷枪。随着氨氮比的增加,脱硝率从25.9%增大到32.2%的同时,烟道出口氨气泄漏量从5μmol/mol增加到46μmol/mol。在氨氮比为1.5时有最理想的脱硝效果,脱硝率为28.3%,烟道出口氨气泄漏量为11.2μmol/mol。     

SCR脱硝系统静态混合器数值模拟

基于数值模拟方法,研究SCR脱硝系统导流板优化布置后,静态混合器不同半径、不同安装角设计方案对催化剂入口截面处氨气摩尔浓度和速度分布的影响。结果显示,半径1.0 m、安装角30°情况下催化剂入口截面氨气摩尔浓度偏差小于5%、速度偏差小于15%,氨气和烟气混合较均匀,满足SCR脱硝系统设计要求。     

循环流化床锅炉低氮燃烧的CPFD数值模拟

针对某75 t/h循环流化床锅炉炉膛出口NOx排放超标问题进行分析探讨,以合理的低氮燃烧控制技术为主,辅以SNCR烟气脱硝技术,争取达到NO x超净排放要求。采用CPFD计算方法对循环流化床锅炉炉膛内的气固流动和燃烧特性进行数值模拟,运用低过量空气燃烧法和空气分级技术对锅炉进行低氮燃烧控制,研究一、二次风配比、二次风射流、过量空气系数、循环倍率和颗粒粒径等因素对炉内燃烧及NO x排放的影响。结果表明:通过低氮燃烧控制后,炉内速度场和温度场分布均匀,炉膛出口处烟气流速增加,炉膛平均烟温和出口氧浓度降低,还原性气体CO浓度和优化前基本相同,炉膛出口NOx浓度降低,减排效果显著,为以后的锅炉运行提供实际指导经验。     

Numerical study on the SNCR application of space-limited industrial boiler

Considering that the direct application of SNCR method to existing industrial boiler is usually known as not quite satisfactory mainly due to the insufficient residence time by the limitation of SNCR application space, it is quite interesting to examine whether it is possible to improve the efficiency of SNCR reaction by the adjustment of design and operational parameters. Especially one of novel concepts is the introduction of auxiliary air employed for the increase of turbulence mixing of reduction material in SNCR injection system. To this end a comprehensive computer program is developed using SIMPLE algorithm by Patankar in order to evaluate the efficiency of SNCR system for the boiler with 40 tons of steam/h using heavy oil.The computer program is made in 3-D rectangular coordinate using various phenomenological models. For example, standard k–ε turbulence model and typical eddy breakup model are incorporated for the Reynolds stresses and turbulent reaction of major fuel species, respectively. However, detailed data of chemical kinetics are also incorporated for the process of NO formation together with the NH₃ reduction reaction of SNCR system. The complex coupling phenomena between combustion chemistry and turbulence are resolved by the strategy of harmonic mean expression assuming proper empiricism. Further, the calculation of droplet trajectory and volatilization is incorporated in Lagrangian frame assuming eight possible trajectories in each grid by the consideration of the calculation efficiency and accuracy.The validation of program developed was made by the comparison with the measured temperature profile and a series of parametric investigations have been performed to enhance the NO removal efficiency. The major variables considered in this study are droplet diameter, the injection location and amount of reduction agent together with the introduction of auxiliary mixing-enhanced air for the reduction material. Based on the results of the calculation, it is found that the removal efficiency of NO was improved to a significant amount by the increase of penetration depth of the reducing agent into the center region of boiler. The increase of penetration distance and thereby the enhancement of mixing efficiency was obtained either by the employment of the mixing air together with the increase of the injection velocity and droplet size, respectively. Based on this study, the successful application of SNCR method even for the space-limited industrial boiler can be achieved by the proper increase of the mixing of reducing agents.     

采用选择性非催化还原脱硝技术的600 MW超超临界锅炉炉内过程的数值模拟

借助Fluent软件平台,对1台600 MW煤粉炉建立了数学模型,模拟了炉内流动、传热及燃烧过程.计算获得的炉膛出口平均烟温和烟气组分浓度与设计值符合良好,表明计算是合理的.采用三菱现代燃烧技术(MACT)燃烧技术和PM燃烧器使得NOx生成量较少,且一部分生成的NOx被还原,炉膛出口NOx浓度较低,为216 mg/kg,但可满足选择性非催化还原技术对初始NOx浓度的要求.根据选择性非催化还原反应的"温度窗"条件,适合进行选择性非催化还原脱硝反应的炉膛空间在标高为67m附近的区域,该区域内NOx总的分布规律是炉膛中心浓度低,壁面附近高,有利于采用还原剂从壁面喷射的方案.     

火电厂锅炉烟气脱硝环境风险评价技术要点

火电厂锅炉烟气是环境空气中NOx的主要来源之一。叙述了目前国内外火电厂烟气的主要脱硝技术选择性催化还原法（SCR）,分析了SCR脱硝系统中液NH3的储存与使用可能潜在的事故环境风险,总结了火电厂环评中有关液NH3环境风险评价应关注的技术要点。     

Optimization of ammonia injection grid in hybrid selective non-catalyst reduction and selective catalyst reduction system to achieve ultra-low NOx emissions

The uniformity of NH₃ in the flue gas is the main factor improving the efficiency during the hybrid selective non-catalytic reduction (SNCR)-selective catalytic reduction (SCR) denitrification process. This work presents the optimized ammonia injection grid (AIG) to enhance the mixing performance and optimize concentration uniformity. A testing ammonia injected facility with a scale of 1:1 is established to experimentally simulate the NH₃ mixing behavior in the tail flue gas duct employing the tracer gas. A novel injection grid with multiple inclined nozzles is proposed to replace the conventional direct-injection type. The flow field and tracer gas concentration field are studied under the three conditions with various inclined jet angles including 0°, 30° and 45°. From results, mixing enhancement between jet and crossflow for the inclined injection grid is achieved. It is also indicated that the inclined angle plays an important effect on jet rigidity and tracer gas dilution. The flow field and tracer gas mixing performances are quantitatively analyzed by using the root mean square deviation coefficient. Multiple jets with an inclined angle of 30° achieved the best mixing performance. Consequently, optimized AIG design has shown effective NO_x control performance in industrial utility furnace.     

600MW超临界锅炉SNCR烟气脱硝系统的启动调试

介绍了600MW超临界锅炉SNCR烟气脱硝原理及脱硝工艺,分析了锅炉燃烧褐煤时尿素溶液流量、喷射枪的位置和机组负荷等参数对NOx排放浓度的影响,给出一般运行工况下的操作指导,初步得出不同负荷下的优化运行经验,总结了SNCR烟气脱硝工程的调试经验,并指出调试过程需要注意的问题。     

某600MW机组低氮调整与喷氨优化耦合应用

对1台600 MW四角切圆的双炉膛燃煤锅炉进行了低氮燃烧调整和SCR脱硝喷氨优化试验。结果表明:通过对燃尽风、炉膛氧量及喷氨格栅各支管流量分配进行了优化,降低了省煤器出口NO x浓度,提高了SCR脱硝反应器出口NO x与氨逃逸浓度分布的均匀性,可有效地预防和减轻空气预热器的硫酸氢铵堵塞,为实现脱硝超低排放稳定运行提供了技术支持,对同类型锅炉设备的降氮优化调整和改造具有借鉴意义。     

SNCR应用于130t/h循环流化床锅炉烟气脱硝的研究

介绍了130 t/h循环流化床锅炉上采用选择性非催化还原脱硝技术进行氮氧化物脱除,探讨了反应温度、氨氮比(NSR)、还原剂粒径及钙硫比(Ca/S)对脱硝率及氨逃逸的影响。结果表明,NSR=1.4,脱硝率能达到最大值76.8%,最佳脱硝反应温度在920~935℃。脱硝率随着NSR升高而增加,而NSR1.6后,脱硝率增加趋于平缓。在NSR恒定的情况下,脱硝率随着喷射流量的增加而增加,最佳的喷射流量为160 L/h,相应的雾化粒径为120μm。Ca/S的增加将导致没有参与反应的CaO含量增多,而CaO对NH3有催化氧化效果,虽然减少了NH3逃逸但同时也降低了NH3的利用率。