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摘要：针对某300 MW燃煤机组SCR脱硝分区喷氨改造方案进行了CFD仿真模拟，获得了脱硝SCR内的流场和氨浓度分布特征；并基于分区精准喷氨的原理和机制，对前端分组格栅喷射的氨气与后端氮氧化物测点对应进行了评估。结果表明，现有脱硝装置由于导流设计不合理，导致系统的氨浓度分布不均匀，将诱发过量喷氨问题；在分区喷氨格栅喷出的氨气在催化剂入口截面横跨2~4分区，与设计假定的一一对应关系存在较大差异，精准喷氨的改造效果将受较大影响。
关键词：SCR脱硝；分区喷氨；CFD仿真模拟
0引言
在当前环境政策的严格要求下，燃煤电厂面临着日益严峻的氮氧化物（NOx）排放控制挑战。选择性催化还原（SCR）技术因其高效的脱硝能力而成为解决这一问题的首选技术。SCR技术通过使用氨作为还原剂，在特定的催化剂作用下，将NOx还原为氮气和水，从而大幅度降低烟气中的NOx含量。然而，为了进一步提升脱硝效率并优化运行成本，喷氨系统的优化调整显得尤为关键[1-3]。
喷氨分区是实现SCR脱硝效率最大化的重要技术手段之一。在传统的SCR系统中，喷氨通常采用预设的固定模式，这种方法在一定程度上可以满足基本的脱硝需求。但是，由于炉膛内部燃烧条件的复杂多变，这种固定的喷氨模式往往无法灵活应对燃烧过程中的局部气流和温度分布变化，从而影响脱硝效果和系统的经济性[4-5]。近年来，随着控制技术的快速发展，基于实时监测数据的喷氨分区动态优化成为了技术研究的热点。这种优化策略通过分析炉膛内部的气体成分、流速和温度等关键参数，动态调整氨的喷射位置和喷射量，以实现最佳的氨分布和利用率[6]。
动态喷氨分区优化技术的实现，首先依赖于高精度的监测设备和数据分析系统。通过安装多点监测传感器，实时采集包括炉膛内温度、压力、气体流速和NOx浓度等数据。这些数据经过实时处理和分析，可以精确地判断出炉内各区域的实际工况。基于这些实时数据，喷氨优化控制系统可以调整氨水的喷射策略[7]。例如，通过增加对高NOx浓度区域的氨喷射量，同时减少那些低NOx区域的喷射量，从而实现氨的经济使用并最大化脱硝效率。此外，这种优化还能有效减少氨逃逸现象，这是因为优化后的喷射策略可以保证氨与NOx在催化剂表面的充分反应，减少未反应的氨随烟气排放出炉[8]。
在SCR脱硝工艺中，喷氨是从喷氨格栅内喷出的，采用分区喷氨优化后，喷氨格栅与对应的后续测点被分割为某干组，在设计过程中假定每个对应格栅区与后续测点控制范围一一对应。但是，由于SCR内部流场的复杂性，实际的情况与原假定情况有较大的差异，可能存在对应性情况，这势别会对分区喷氨的效果产生严重影响。因此，开展分区喷氨对应性分析很有必要。本文针对某300 MW机组开展CFD仿真模拟研究，并以此手段为依托，对分区改造后的喷氨对应性进行分析评估，以指导设计优化和改进。
1项目概况
某发电公司300 MW燃煤发电机组脱硝系统采用选择性催化还原法（SCR）脱硝装置，SCR按2+1层布置考虑，催化剂选择蜂窝式结构。机组实施超低排放以来，存在喷氨量大、空预器堵塞等问题，已严重影响了机组的安全稳定运行，现拟进行分区喷氨改造，通过格栅分组和后端分组测量，实现精准喷氨。结合项目的实际情况，在精准喷氨改造中，将喷氨格栅分为七组，每组格栅分别设有单独的调控调阀，以实现对所在分组喷氨量的总体控制，格式布置情况如图1所示。
与喷氨格栅对应，在出口烟气尾部设有7个氮氧化物检测点，作为前端喷氨高阀的反馈数据，通过分区格栅和测点的配合，实现整个SCR系统的精准喷氨。烟道尾部测点布置情况，如图2所示。
2物理模型和数值方法
2.1物理模型
根SCR布置图1:1建模，流场模拟范围从省煤器出口至空预器入口的全部烟道，包含烟道内部喷氨格栅、整流格栅及导流板，由于A侧和B侧反应器为结构完全一致，在此从对A侧反应器进行建模。所创建的计算用三维物理模型，如图3所示。
2.2数值方法
在模拟计算过程中，将烟气视为不可压缩流体，选择标准k-ε方程，烟气中多种组分采用组分运输方程表示，控制方程由质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程组成。
具体假设如下：
1）烟道入口分布均匀，定常流动；
2）忽略装置漏风的影响，烟气中各组分近进行扩散，不发生化学反应；
3）考虑到两个反应器是对称性，CFD模型只模拟单侧的一个反应器，CFD模型包括氨喷射格栅、催化剂层和烟道系统，其中催化剂层用多孔介质模型模拟；
4）忽略一些对流场影响较小的内部构造（构架，梁等），暂不考虑灰分对流场的影响；
5）导流板的厚度相对烟道尺寸较小，模拟时假设其厚度为零。
3结果分析
3.1烟气流动特征
脱硝系统烟气迹线，如图4所示。在竖直烟道内受混合器作用，烟气形成四组内部强制混合分区；分区间近似相互独立，内部迹线相互缠绕。在扩径段烟道，烟气未能有效向扩径侧引导，扩径侧烟气进入较少，这将使得靠近扩径侧烟气流量较少，使得在催化剂区域氨浓度增加。
3.2催化剂前速度和氨浓度分布
催化剂前500 mm处速度和氨浓度分布如图5所示。经整流和烟道混合作用，速度分布相对较为均匀，速度分布相对标准偏差2.7%。氨浓度分布均匀性较差，氨浓度分布相对标准偏差29.7%，远大于行业标准要求的5%，分布效果差，将诱发过量喷氨等等问题，影响机组的稳定运行。另外由于上述扩径侧烟气未能有效引导，进入扩径侧的烟气量较小，在均匀喷氨的情况下，该位置的氨浓度最高，过量喷氨问题最为严重。
3.3分区对应性
为验证测点分区的对应性，将催化剂入口截面平均划分为七个分区，通过观察催化剂分区烟气迹线与测点分区的重叠情况，考察测点分区对应性。如图6所示，在靠近烟道两侧测点与催化剂入口截面分区对应性较好；其余分区对应性较差，催化剂单一分区迹线在测点处对应2-4个分区。上述对应特征与理想假定条件有较大的出入，将直接影响分区喷氨的运行效果。
4结论
1）脱硝系统采用了分区混合区，在竖直烟道内近似将烟气分为四个独立分区，在扩径段烟道处，烟气未能有效向扩径侧引导，导致喷氨入口扩径侧速度较低，催化剂入口靠扩径侧氨浓度较高。
2）分区喷氨格栅喷出的氨气在催化剂入口截面横跨2~4分区，在靠近烟道两侧测点与催化剂入口截面分区对应性较好，其余分区对应性较差，催化剂单一分区迹线在测点处对应2~4个分区；
3）上述结果表明，此系统中实际的喷氨情况与假定的情况，有较大差异，将影响改造后的效果。因此，有必要对系统的导流设备进行改造，优化分区喷氨与后端测点的对应性，提交整体系统的运行效果。
参考文献
[1]崔建华.选择催化还原（SCR）脱硝技术在中国燃煤锅炉上的应用（上）[J].热力发电，2007，36（8）：13-18.
[2]陶莉，肖育军.SCR区域喷氨的NH3分布与均匀性调整[J].环境工程技术学报，2021，11（4）：663-669.
[3]刘国富.基于多运行参数耦合的SCR精细化喷氨控制系统及其应用研究[D].南京：东南大学，2019.
[4]张楚城，叶兴联，苏寅彪，等.SCR脱硝流场对氨逃逸影响的诊断优化及应用[J].电力科技与环保，2019，35（3）：13-17.
[5]高畅.SCR脱硝系统非均匀喷氨技术研究[D].南京：东南大学，2017.
[6]翁骥，王铮，李小海，等.SCR脱硝系统分区控制式喷氨格栅的优化[J].环境工程学报，2017，11（5）：2915-2919.
[7]叶蒙蒙，钱付平，王来勇，等.基于响应面法SCR脱硝反应器喷氨格栅的优化研究[J].中国环境科学，2021，41（3）：1086-1094.
[8]周智健，王信，常剑，等.660 MW燃煤电厂SCR脱硝系统CFD模拟优化研究[J].中国电机工程学报，2021，41（19）：6688-6699.后台-系统设置-扩展变量-手机广告位-内容正文底部 -
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300 MW燃煤发电机组S CR脱硝分区喷氨性能评估论文
人参与 2024-12-26 09:55:01 分类 : 理学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
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