脱硝系统新型涡流喷氨混合装置流场数值模拟

SCR脱硝系统的性能取决于进入脱硝反应器的氮氧化物与还原剂氨气混合的均匀程度和烟气速度分布。提出了一种新型的涡流喷氨混合装置,并对其流场进行了三维数值模拟。分析表明,涡流喷氨混合装置能够使进入第1层催化剂的烟气与氨气均匀混合,催化剂入口截面氨气浓度偏差小于10%,混合效果良好;在2个烟道转弯处等距离布置4块导流板,反应器上部等距离布置11块导流板后,烟气速度场达到偏差小于15%的设计要求,因此该新型涡流喷氨混合装置完全能够替代传统的喷氨格栅。     

燃用高沾污性煤质锅炉SCR脱硝流场优化

某2×300 MW机组选择性催化还原(SCR)烟气脱硝装置,自2013年运行以来,一直存在喷氨格栅、水平烟道和导流板等位置积灰严重,氨逃逸量明显超标,空气预热器差压高等问题。通过计算流体动力学(CFD)流场校核分析产生问题的原因,最终确定优化方案为:更换防积灰能力强、混合特性好的花瓣型喷氨格栅,优化导流板布置,并加大导流板和烟道壁面处流速以减轻积灰。优化后,喷氨格栅分区可调性能明显好转,SCR脱硝装置出口NOx质量浓度分布更为均匀,氨逃逸量显著降低,运行8个月后停炉检修时发现喷氨格栅、烟道和导流板异常堵灰的情况得到了根本解决。     

选择性催化还原脱硝装置内部磨损数值模拟

为解决选择性催化还原(SCR)脱硝装置在运行中出现的喷氨喷嘴和催化剂层严重磨损问题,采用GAMBIT软件模拟脱硝装置内部流场的速度分布,并通过现场冷态试验验证模型的有效性。模拟结果表明:SCR脱硝装置入口处烟道存在上下或左右倾斜,整流格栅和转向弯头处存在高度差,使得烟气经过整流格栅后进入催化剂层的速度分布不均匀,导致喷氨喷嘴和催化剂层磨损;本文在数值模拟中改变引起流场分布不均的结构,能够解决其所造成的脱硝装置磨损问题;模拟结果与实际磨损状况一致,说明本文所用数值模型能准确模拟脱硝装置速度分布。     

CFD数值模拟在燃煤电厂烟气脱硝系统改造中的应用

阐述了流场优化对SCR脱硝系统的影响,对流场优化的关键技术进行了分析。并通过ANSYS系列软件对某2×600 MW机组整个烟气脱硝系统进行数值模拟,对省煤器出口到空预器的烟道系统、均流格栅、导流板、喷氨格栅、催化剂等装置进行了优化设计。     

1000MW机组烟气脱硝系统烟道流场优化

对某1 000 MW机组锅炉选择性催化还原(SCR)烟气脱硝系统反应器内烟气流场进行数值模拟,并对氨喷射系统进行优化。利用CFD(computational fluid dynamics)模块进行流体数值模拟,对脱硝系统的气流分布状况进行分析研究,采用分区式驻涡喷氨优化装置,在原脱硝系统的基础上,通过设置双排涡流混合装置,对烟道截面实现分区域的喷氨控制,可显著改善氨气分布不均现象,提高喷氨控制调节性,从而提高脱硝效率,降低氨逃逸量。结果表明,优化后SCR反应器出口NO_x分布偏差大幅降低,验证了该优化方案的有效性。     

多变截面SCR脱硝系统优化改造

为了解决某电厂600 MW机组选择性催化还原(SCR)脱硝系统存在脱硝效率低以及空气预热器磨损严重的问题,利用数值模拟分析该问题的原因,对该机组SCR脱硝装置进行了优化改造。结果表明:在省煤器出口水平扩张段的多变截面烟道采用小角度、多片数方法设计导流板,消除了水平扩张段的涡流低速区和高速区,提高了喷氨上游烟气流动的均匀性,并且使水平扩张段的流动阻力降低;对比涡流静态混合式喷氨、线性喷氨和分区喷氨,分区喷氨可以更好地控制首层催化剂入口氨氮摩尔比分布的均匀性,进而提高脱硝效率、减少氨逃逸;在SCR脱硝反应器出口到空气预热器入口增加导流板可以提高空气预热器入口烟气流速分布的均匀性,减轻空气预热器的磨损。     

660MW机组SCR系统喷氨格栅堵塞的原因分析及优化

为分析某660 MW燃煤机组喷氨格栅堵塞的问题,利用Fluent软件模拟了反应器内流场的分布。研究发现:由于反应器存在2个变截面烟道,因此喷氨格栅处的流场分布极不均匀,靠近变截面烟道一侧出现明显的低速区。为提高首层催化剂入口氨氮比分布的均匀性,低速区对应的喷氨阀门开度较小,从而导致了该区域喷嘴堵塞。通过对烟道内导流板布置的调整,可明显提高低速区烟气的速度,喷氨格栅截面的速度相对偏差系数由28%降低至21.5%。     

超超临界燃煤机组脱硝系统喷氨优化研究

1 050 MW超超临界燃煤机组脱硝系统喷氨格栅喷氨优化项目针对脱硝系统稳定运行而专门设计,是集成系统自动化优化整定、系统在线寻优和优化控制的一体化解决方案。通过1 050 MW超超临界燃煤机组脱硝系统喷氨格栅喷氨优化研究,开发了氮氧化物快速网格法测量系统,为实时在线调整喷氨格栅提供了可靠保障;开发了选择性催化还原自适应混合模型,确保选择性催化还原喷氨格栅调门状态控制器的调节精度,克服煤种变化等不确定因素对状态控制器的干扰,从本质上提高脱硝系统的可控性,并可适应烟道流场和浓度场的不确定性。     

SCR防堵灰型流场优化技术及工程应用

贵州地区燃煤机组普遍燃用高硫、高灰分及高沾污性煤质,选择性催化还原（SCR）脱硝系统普遍存在喷氨格栅、水平烟道、导流板、整流格栅和催化剂等位置严重积灰,及氨逃逸量高和空气预热器等后续设备堵塞的问题。为此,本文提出SCR防堵灰型流场优化技术,并应用于贵州某电厂660 MW机组W型炉SCR脱硝系统。该技术改造方案是将原喷氨格栅更换为防积灰型花瓣式喷氨格栅,优化导流板形式和布置,加大导流板和烟道底部壁面流速以减轻积灰,优化入射整流格栅角度。改造后运行5个月停炉检查,喷氨格栅、烟道壁面和导流板严重堵灰问题得到了根本解决,为SCR脱硝系统发挥正常性能,降低氨逃逸量,保证后续设备安全可靠运行提供了有利条件。     

1000MW机组脱硝系统流场模拟与优化

脱硝装置中流场分布不均会严重影响脱硝效率及催化剂使用寿命。针对超超临界1 000 MW机组配套脱硝系统实际应用案例较少,经验不足等问题,以1 000 MW机组配套脱硝装置为仿真对象,通过改直角弯道为圆角弯道,在不同位置增设不同尺寸、形状的导流板,催化剂上方增设整流格栅对其内部流场进行优化,并通过云图及均方根值进行定性及定量分析。研究表明:导流板及整流格栅可以改变烟气流动的方向,对烟气进行深度整流,使烟道及催化剂上方截面速度分布偏差系数降低到15%以下。在SCR反应器及烟道内合理增设导流及整流装置,可以使流场分布趋于均匀,提高脱硝反应效率和催化剂使用寿命。     

一种喷氨格栅优化调整试验技术应用

正确的喷氨格栅优化调整能确保选择性催化还原（selective catalytic reduction,SCR）系统发挥最佳性能。列举了分区域控制式喷射格栅的水平布置和垂直布置两种布置形式,以某电厂600 MW机组 SCR 装置垂直布置的喷氨格栅优化试验为例,在氨、空气混合物对称转移原则基础上探讨了一种喷氨格栅分区域优化调节的方法,根据现场实际情况把喷氨格栅区域分割成18个小区域进行精细化调整。试验表明通过调节喷嘴喷氨量之间的差异性来耦合流场分布的差异性可使反应器出口烟气中NOx 浓度场的偏差系数达到15%左右,对改善反应器出口的NOx 浓度场的均匀分布是有效的。     

燃煤电站SCR烟气脱硝CFD技术的研究进展

选择性催化还原（SCR）烟气脱硝技术虽然应用广泛,但催化剂磨损、堵塞及还原剂与烟气混合不均等问题时有发生,CFD技术可多角度模拟现场情况,有助于问题的解决。对国内外燃煤电站SCR烟气脱硝CFD技术的研究进行了综述,在对文献进行梳理的基础上,阐述了计算流体力学CFD软件在SCR烟气脱硝模拟中的应用情况,其主要领域包括：流场模拟、组分浓度场模拟、气固两相流模拟、化学反应模拟等。指出合理均匀的流场是整个SCR系统经济安全运行的基础;耦合详细反应机理的SCR模型与锅炉燃烧、SNCR等模型的联合模拟是未来研究的重点。     

SCR系统结构模型与数值模型的适用性分析

针对火电厂SCR系统数值计算中结构模型与数值模型准确性与适应性等问题,建立完整与不完整的SCR系统结构模型,运用标准κ-ε模型与Realizable κ-ε模型对其进行数值计算。通过与实测速度值对比,分析湍流模型与省煤器出口、灰斗、喷氨格栅、均流格栅结构对流场计算准确性的影响;通过与实测压降、出口NO_x浓度分布、出口NH₃逃逸分布的对比,分析与论证多孔介质模型、多组分反应模型中参数设定的理论性与准确性。结果表明：标准κ-ε模型与Realizable κ-ε模型都能准确计算SCR系统内烟气流场与压降特性;省煤器出口与喷氨格栅结构对进口烟道内流场的准确计算影响显著;单层催化剂压降模拟值与实验值之间的相对误差为-1.9%;NO_x脱除效率模拟值79.35%与实测值80.56%间的相对误差为-1.5%,且两者NH₃逃逸分布趋势一致。     

300 MW机组锅炉SCR装置流场研究

通过数值模拟和模型试验的方法,对某电厂300 MW机组锅炉选择性催化还原(SCR)烟气脱硝装置内的流场分布进行了研究.通过调整烟道结构、安装导流叶片以及延长整流格栅前导流叶片长度等,改善了流场分布.改进后SCR装置内催化剂来流烟速分布均匀性及方向性、催化剂来流氨氮摩尔比、脱硝系统阻力、催化剂来流灰量分布均匀性等指标均满足技术要求.     

基于CFD模拟计算的SCR脱硝系统喷氨优化试验方法

提出了一种对脱硝系统进行计算流体力学（CFD）模拟计算、并引入示踪气体精准调节喷氨格栅阀门的方法。将SCR系统全尺度建模划分网格,对部分喷氨支管使用等量示踪气体替换原有烟气,数值模拟SCR反应器内气体湍流流动、多组分扩散,计算反应器出口断面各示踪气体的浓度分布,获得各喷氨支管喷出的氨气所对应的影响区域,精确指导试验人员调整每根喷氨支管的开度,调节喷氨流量,使反应器出口断面NO_x浓度均匀分布。以某1 000 MW机组塔式锅炉SCR入口烟道为实例进行验证,结果表明,该方法能够提高典型试验的效率和准确性,能有效指导现场喷氨优化试验。     

某660 MW超超临界机组脱硝催化剂不均匀磨损治理

火电厂SCR脱硝催化剂不均匀磨损会降低催化剂的整体使用寿命。以某660 MW机组超超临界锅炉SCR装置为研究对象,利用数值模拟和现场测试方法,找出了催化剂不均匀磨损的原因;运用数值模拟方法对不同改造方案进行模拟计算,优选出SCR脱硝装置入口断面流场、颗粒浓度场分布均匀的改造方案并加以实施。改造后的测试结果表明,脱硝装置入口烟气流速和飞灰浓度均匀性得到提高,因而可使催化剂的不均匀磨损问题基本得到解决。     

SCR催化剂的磨损试验与数值模拟研究

高灰型布置的SCR脱硝系统其催化剂运行环境恶劣,烟气流速、飞灰颗粒及其粒径大小等客观因素对催化剂均会造成磨损。为研究烟气流速、飞灰粒径、飞灰质量浓度以及烟气入射角等对催化剂磨损造成的影响,采用日趋成熟的CFD数值模拟软件对不同工况时的SCR脱硝催化剂磨损情况进行研究,并且通过自建的冷态试验台进行了验证。研究结果表明,脱硝催化剂的磨损与上述4种影响因素均有很大关系,其中飞灰质量浓度、烟气入射角的变化对催化剂的磨损率影响较大,因此在实际运行中应增设导流板,避免因入射角和飞灰质量浓度的不均匀性导致催化剂磨损,另外还应选择合理的烟气流速以减小磨损,保证SCR系统的安全稳定运行。     

脱硝反应器内烟气与飞灰分布差异的数值模拟

火电SCR脱硝反应器催化剂层积灰现象是影响脱硝性能和安全运行的重要因素之一,而传统工程导流设计方法中飞灰浓度场的分布易被忽视。以某600 MW机组脱硝装置实际积灰情况为例,运用多相流体力学模拟方法建立多相流模型,研究了反应器内烟气流场及飞灰浓度场的分布特征,并通过增设导流板的方式对烟气及飞灰流动状态进行了优化调整。研究结果表明,飞灰浓度场分布均匀性随飞灰颗粒的粒径和真密度增加而下降,飞灰颗粒浓度或真密度较高工况极易造成催化剂层积灰堵塞,导致故障。在制定脱硝装置导流设计方案时,应论证烟气和飞灰的均布性,以确保装置安全高效投运。     

W型锅炉SCR脱硝装置积灰原因分析与治理

某电厂W型火焰锅炉燃用高灰分无烟煤,SCR脱硝反应器催化剂、导流板、整流格栅、支撑钢梁积灰严重,造成了流场不均匀和催化剂堵塞,影响了SCR脱硝系统的性能。根据运行经验和CFD技术,分析得出SCR脱硝装置积灰的原因是设计不合理、催化剂选型不合理、流场不均、吹灰效果不佳、长期低负荷运行和燃煤灰分远超设计值。通过采用烟气流场优化及1∶10物理模型试验,对导流板、整流格栅和顶部烟道进行了改造,同时将蜂窝式催化剂更换为板式催化剂,加装声波吹灰器。改造后运行3个月,对脱硝装置进行内部检查,反应器水平烟道、导流板积灰明显减少,整流层未见积灰,催化剂表面和孔隙无积灰、堵塞现象,证明所采取的各项措施有效解决了SCR反应器内积灰、催化剂堵塞问题。     

600 MW锅炉氮氧化物整体控制实践

燃煤电厂是NOx生成排放的主要来源之一,分析某600 MW燃煤锅炉面临的NOx排放浓度高、脱硝装置投入率低和SCR装置NOx浓度分布均匀差等问题。针对NOx排放浓度高,进行低氮燃烧器改造;针对脱硝装置投入率低,采取燃烧调整和有控制的脱硝低温运行;针对SCR装置NOx浓度分布均匀差,进行脱硝AIG氨喷射系统优化调整。通过调整与改造将锅炉NOx排放浓度由450～650 mg/m3降低到280 mg/m3,脱硝装置投入率由55%提高到99.5%,提高了SCR装置NOx浓度分布均匀性和3%的脱硝效率,实践证明有控制的脱硝低温运行是可行的。