大型燃煤机组SCR脱硝系统优化.docx

12大型燃煤机组SCR脱硝系统优化江西某电厂660MW燃煤机组SCR系统氨逃逸严重催化剂层老化迅速空预器运行短时间内会堵塞。为了改善SCR系统氨逃逸问题和机组运行可靠性通过数值模拟的方法结合物理模型速度场冷态实验及现场NOx浓度测试结果建立脱硝系统三维模型模拟了不同圆盘导流板安装角度及不同喷氨方案下SCR系统流场分布。对模拟结果进行对比和分析提出适当调大圆盘导流板倾角和合理差异化调整各喷口喷氨参数的优化方案使第一层催化剂层入口处NH3浓度、NOx浓度和NH3/NOx分布都能很好地满足设计和运行要求为大型燃煤机组SCR脱硝系统的优化调整和运行提供参考。NOx严重危害人体健康还是光化学烟雾和酸雨的主要诱因而大气氮氧化物污染物的主要来源是电站锅炉燃煤排放。随着新标准(GB13223-2011)的实施国家对火电厂NOx排放要求日趋严格。目前控制NOx排放的主要措施有2种：燃烧控制和烟气脱硝。非选择性催化还原法SNCR和选择性催化还原法SCR是当下主要的烟气脱硝方法。因SCR脱硝技术脱硝效率比较高且运行较可靠在国内外大型燃煤机组烟气脱硝中应用最为广泛。然而目前大型燃煤机组普遍存在因喷氨控制不准确SCR反应器内流场分布不均催化剂层入口处NH3、NOx混合状况不佳等原因造成的喷氨过量和大量氨逃逸的问题。氨泄漏一方面会直接给电厂带来经济损失另一方面还会使催化剂老化催化剂积灰减小催化面积并导致空气预热器结渣给电厂带来间接经济损失并带来安全问题。以江西某电厂660MW燃煤机组SCR脱硝系统为例针对SCR脱硝系统氨逃逸严重和脱硝效率较低的问题搭建SCR系统物理模型并在其上进行速度场冷态实验并对该机组进行SCR出口和脱硫塔出口NOx浓度分布测试实验依据以上实验的结果运用FLUENT流体计算软件模拟SCR反应器内的流场分布分析不同圆盘导流板倾角和不同喷氨方案下SCR反应器内NH3和NOx的分布规律给出SCR脱硝系统的优化建议和方案。1、冷态实验及NOx浓度分布测试实验1.1冷态实验根据几何尺寸相似准则按照1：12几何相似比搭建了该机组SCR系统物理模型模型主要由进出口烟道、喷氨格栅烟气/氨静态混合器、导流板、反应器主体以及整流器等组成。主体用有机玻璃搭建由金属支架支撑通过镀锌板管道与一台离心风机相连模拟烟气的空气由风机鼓入二氧化碳作为模拟氨气的示踪气体通过由个相互独立的可调节控制区域组成的格栅喷入SCR系统物理模型如图1所示。图1反应器物理模型物理模型速度场冷态实验结果：在100%负荷下的速度场分布入口偏差Cv为14.%经过两层催化剂层后速度分布趋于均匀出口速度场分布偏差Cv为9.17%均在15%的良好分布的范围之内可见SCR反应器内烟气的速度分布比较均匀。1.2NOx浓度分布测试实验依据国标GB13223-2001《火电厂大气污染物排放标准》笔者对该机组进行了SCR出口和脱硫塔出口NOx浓度分布测试实验实验结果如下：喷氨系统投运时左、右两侧SCR反应器出口截面处NOx浓度分布标准偏差分别为24mg/Nm3和15mg/Nm3相对标准偏差分别为23.1%和22.7%;而喷氨系统未投运时该截面处NOx浓度分布很均匀。这证明了两侧SCR反应器内烟气流场偏差很小反应器内NOx浓度分布不均主要是由于喷氨系统的喷氨流量分布不合理所导致。这与物理模型速度场冷态实验结果是相符的。调整圆盘导流板的安装角度和系统喷氨方案可以改善SCR反应器内NOx、NH3浓度分布和混合状况.基于以上实验结果对不同导流板安装角度以及不同喷氨方案下的SCR系统流场进行了数值模拟以指导SCR系统优化。2SCR系统三维模型的建立2.1三维物理模型按照与冷态实物模型尺寸1：1的比例运用GAMBIT软件建立SCR系统三维模型如图2所示。图2SCR系统的几何模型反应器进口烟道烟气入口处截面尺寸为3.2m×10m喷氨段的烟道截面尺寸为3.20m×13.95m其中喷氨格栅布置于Z=45.155m和Z=46.971m截面处。下层喷氨管的尺寸为D76mm×1.5m。上层喷氨管尺寸为D76mm×2.5m。单层催化剂尺11.2m×13.95m×0.875m。2.2数学模型2.2.1湍流模型SCR系统内的烟气流动是三维湍流流动且烟气流动的雷诺数很大故选用k-ε旋流修正湍流模型。k-ε旋流修正湍流模型相比标准k-ε模型可以更精确地预测平板和圆柱射流的发散比率。带旋流的k-ε方程如下：2.2.2多孔介质模型为了节约运算资源和运算时间将催化剂层简化为多孔介质模型。描述多孔介质模型的动量方程附加了动量源项。动量源项包括粘性损失项(Darcy)及内部损失项：2.2.3通用有限速率模型SCR反应器内的主要流动介质为氨气和烟气而烟气又由多种组分组成介质流动中要涉及到多种物质的混合本文重点研究SCR脱硝系统的流场分布不考虑SCR脱