基于数值模拟的SCR脱硝反应器优化设计
发布时间：2022-02-13 15:54
当前对大气造成污染的氮氧化合物,主要来自于我们在生产生活过程中的煤炭燃烧。近些年,随着我国对于环境保护的愈发重视,对严重危害人民群众健康和环境的NOx,不断提高其排放标准,这也引起了国内研究人员和企业对于如何高效地减少氮氧化合物排放的研发关注。凭借较为成熟的技术、高达90%的脱硝率等优势,选择性催化还原（SCR）烟气脱硝技术,成为众多火电厂烟气减排的首选。本文针对江苏科行环保科技公司为江苏兴化热电责任有限公司所提供的SCR烟气脱硝技术,按照热电公司要求,对SCR脱硝反应器及其配套的主要设备进行了设计。通过对该技术的理论学习和专业设计技术软件的学习使用,计算出了SCR脱硝反应器主体及其配套设备的技术参数,确定了设计方案。对反应器的导流板进行了优化设计,就导流板对SCR烟气流场的影响进行了数值模拟研究,提高了烟气在关键区域的流速均匀分布。主要研究内容和优化研究成果如下:（1）按照国家对热电厂的污染物排放标准规定、相关技术规范和公司技术质量要求,确定了反应器及配套设备的设计参数,完成了结构设计,并运用Solid Works软件对其进行了三维的建模。（2）通过FLUENT软件,对SCR脱硝反应...
【文章来源】：淮阴工学院江苏省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SCR还原反应原理图
淮阴工学院硕士学位论文4根据锅炉布置方式而定，通常垂直放置(也有个别水平放置的)。在反应器中，催化剂分上下多层填充（一般为两层+预留层），催化混合后的NOx与NH3还原反应。控制烟气在经过多层催化剂后，剩余NOx浓度达到排放标准后排出反应器。典型的SCR烟气脱硝系统一般组成包括了氨存储系统、氨与空气混合系统、氨气喷入系统、反应器系统、省煤器旁路、SCR旁路、检测控制系统等[20]，如图1-2所示：图1-2典型的SCR脱硝系统FIG.1-2ThetypicalSCRsystem系统中省煤器旁路主要是用以调节烟气温度，通过控制省煤器内烟气与旁路中烟气比例的方式实现烟温调控。一般在距离反应器上游较远的位置，会布置氨气喷射装置，以保证喷入的氨与烟气可以充分混合。1.2.3SCR脱硝的影响因素虽然目前SCR脱硝工艺的脱硝效率最高可达90%以上，但其影响因素有很多，如烟气温度、空速（SV）、NH3/NOx摩尔比值、氨逃逸率、锅炉负荷等等，包括催化剂的型式也会对脱硝效率产生影响。①烟气温度的影响烟气温度主要会影响到催化剂的催化效果，所以在选用催化剂首先要考虑到烟气温度。常压下，脱硝催化剂按照其使用的温度区可分为三类：高温催化剂，应用于烟温在345~590℃之间的脱硝反应；适用于260~380℃的中温催化剂；可用于80~300℃范围的低温催化剂。目前电厂锅炉烟气脱硝过程中，有种类繁多的SCR催化剂材料可用，配方各有不同，可适用反应的温度也有差异。钒钛系高温催化剂是目前应用较多的，该催化剂最佳反应温度在350~380℃。当烟气温度过低时，催化剂的活性会减弱，随之脱硝效率也会下降，此时，反应器不仅脱硝效果下降，而且会发生副反应形成铵盐（式1-9，1-10），反应器内部分会因此催化剂失效，以及造成后续设备（主要是空气预热器）的粘堵、腐蚀；过
2SCR脱硝反应器设计方案11SCR烟气脱硝工程设计中，需要进行大量而繁杂的设计参数计算，其中涉及到多个专业领域，才能确定物料消耗、设备参数，以及对系统其他环节的影响评估，有时为了获得最佳参数配合，还需要反复试算，其计算的高复杂性，耗时长，成为了工程设计工作的关键控制环节。为此，国内外相关企业公司设计出了脱硝系统的计算软件，以降低设计的时间成本和设计人员的工作强度，提高设计效率。此类设计计算软件[56]包括了尿素法脱硝和氨法脱硝两套脱硝系统的设计流程，具备完整的脱硝物料平衡计算功能和系统各设备的选型参数等功能，可以快速地获得全套的技术参数数据。图2-1为计算软件的部分界面。图2-1计算软件部分界面FIG.2-1Theinterfaceofcomputersoftware根据电厂提供的基本数据，通过公司专业设计参数计算软件的计算输出，确定了SCR脱硝的设计所需要的基本参数，见表2-3，2-4，2-5。所以，根据当前技术参数要求和当前燃煤条件，须按照入口NOx浓度200mg/Nm3、出口NOx浓度40mg/Nm3进行烟气脱硝SCR系统设计。表2-3锅炉烟气量及污染物浓度Table2-3Thefluegasvolumeandpollutantconcentrationoftheboiler项目单位参数备注标况风量Nm3/h121817（标况、湿基、实氧）工况烟气量m3/h186518（工况、湿基、实氧）烟气含水量%5.94烟气温度℃145.00SO2浓度mg/Nm32403.17（标况、干基、6%基氧）SO3浓度mg/Nm329.07（标况、干基、6%基氧）粉尘浓度mg/Nm343167.82（标况、干基、6%基氧）NOx浓度mg/Nm3400（标况、干基、6%基氧）标况风量Nm3/h119497.07（标况、干基、6%基氧）
【参考文献】：
期刊论文
[1]2019年能源行业形势分析与2020年展望[J]. 尹伟华. 中国物价. 2020(02)
[2]火力发电厂空预器堵塞原因及处理[J]. 文露. 科学技术创新. 2019(36)
[3]SCR脱硝催化剂发展现状与前景分析[J]. 杜超. 中国石油和化工标准与质量. 2019(22)
[4]烟气脱硝技术的研究进展[J]. 于睿,魏昱,崔玲,曹桂荣. 山东化工. 2019(17)
[5]SCR脱硝催化剂的发展、应用及其成型工艺综述[J]. 马英利,高凤雨,贾广如,黄世平,赵顺征,易红宏,唐晓龙. 现代化工. 2019(08)
[6]SNCR与SCR脱硝技术比较[J]. 孙少波. 科技风. 2019(13)
[7]SCR脱硝不均匀反应宏观模型研究[J]. 宋玉宝,赵鹏,姚燕,谢新华,韦振祖,张发捷. 中国电力. 2019(05)
[8]基于Rosin-Rammler函数的数值模拟对旋风除尘器粒径分布规律的研究[J]. 熊攀,鄢曙光. 粉末冶金工业. 2019(02)
[9]燃煤电厂脱硝技术应用综述[J]. 赵阳,王一言,郭恒业. 河南科技. 2018(32)
[10]烟道导流板和弯头结构对SCR流场影响的模拟分析[J]. 季明彬,程智海,秦欢,时光辉,赵玉伟. 发电设备. 2018(04)
硕士论文
[1]1000MW机组双变截面烟道SCR脱硝系统数值模拟与优化[D]. 王朝阳.华北电力大学 2019
[2]超临界锅炉SCR脱硝系统数值模拟与优化[D]. 李伟亮.华北理工大学 2019
[3]SCR脱硝反应器流场模拟与改进研究[D]. 王子晓.山东大学 2018
[4]SCR流场及飞灰浓度分布优化数值模拟和实验研究[D]. 徐劲.华北电力大学 2017
[5]三聚氰酸/三聚氰胺选择性非催化还原脱硝实验研究[D]. 胡晓帅.山东大学 2016
[6]钒钛钨及SAPO-34催化剂的制备及催化性能研究[D]. 成慕荣.大连海事大学 2015
[7]基于气固两相的SCR脱硝系统流场优化及喷氨控制方法[D]. 陈天杰.东南大学 2015
[8]某燃煤电厂300MW机组SCR烟气脱硝装置结构优化和应用研究[D]. 王明轩.哈尔滨工业大学 2014
[9]SCR法烟气脱硝技术的数值模拟[D]. 安晓玲.华北电力大学（河北） 2009
[10]燃煤飞灰粒度分布特征的实验研究[D]. 宗翔鹏.华北电力大学（河北） 2005
本文编号：3623479
【文章来源】：淮阴工学院江苏省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SCR还原反应原理图
淮阴工学院硕士学位论文4根据锅炉布置方式而定，通常垂直放置(也有个别水平放置的)。在反应器中，催化剂分上下多层填充（一般为两层+预留层），催化混合后的NOx与NH3还原反应。控制烟气在经过多层催化剂后，剩余NOx浓度达到排放标准后排出反应器。典型的SCR烟气脱硝系统一般组成包括了氨存储系统、氨与空气混合系统、氨气喷入系统、反应器系统、省煤器旁路、SCR旁路、检测控制系统等[20]，如图1-2所示：图1-2典型的SCR脱硝系统FIG.1-2ThetypicalSCRsystem系统中省煤器旁路主要是用以调节烟气温度，通过控制省煤器内烟气与旁路中烟气比例的方式实现烟温调控。一般在距离反应器上游较远的位置，会布置氨气喷射装置，以保证喷入的氨与烟气可以充分混合。1.2.3SCR脱硝的影响因素虽然目前SCR脱硝工艺的脱硝效率最高可达90%以上，但其影响因素有很多，如烟气温度、空速（SV）、NH3/NOx摩尔比值、氨逃逸率、锅炉负荷等等，包括催化剂的型式也会对脱硝效率产生影响。①烟气温度的影响烟气温度主要会影响到催化剂的催化效果，所以在选用催化剂首先要考虑到烟气温度。常压下，脱硝催化剂按照其使用的温度区可分为三类：高温催化剂，应用于烟温在345~590℃之间的脱硝反应；适用于260~380℃的中温催化剂；可用于80~300℃范围的低温催化剂。目前电厂锅炉烟气脱硝过程中，有种类繁多的SCR催化剂材料可用，配方各有不同，可适用反应的温度也有差异。钒钛系高温催化剂是目前应用较多的，该催化剂最佳反应温度在350~380℃。当烟气温度过低时，催化剂的活性会减弱，随之脱硝效率也会下降，此时，反应器不仅脱硝效果下降，而且会发生副反应形成铵盐（式1-9，1-10），反应器内部分会因此催化剂失效，以及造成后续设备（主要是空气预热器）的粘堵、腐蚀；过
2SCR脱硝反应器设计方案11SCR烟气脱硝工程设计中，需要进行大量而繁杂的设计参数计算，其中涉及到多个专业领域，才能确定物料消耗、设备参数，以及对系统其他环节的影响评估，有时为了获得最佳参数配合，还需要反复试算，其计算的高复杂性，耗时长，成为了工程设计工作的关键控制环节。为此，国内外相关企业公司设计出了脱硝系统的计算软件，以降低设计的时间成本和设计人员的工作强度，提高设计效率。此类设计计算软件[56]包括了尿素法脱硝和氨法脱硝两套脱硝系统的设计流程，具备完整的脱硝物料平衡计算功能和系统各设备的选型参数等功能，可以快速地获得全套的技术参数数据。图2-1为计算软件的部分界面。图2-1计算软件部分界面FIG.2-1Theinterfaceofcomputersoftware根据电厂提供的基本数据，通过公司专业设计参数计算软件的计算输出，确定了SCR脱硝的设计所需要的基本参数，见表2-3，2-4，2-5。所以，根据当前技术参数要求和当前燃煤条件，须按照入口NOx浓度200mg/Nm3、出口NOx浓度40mg/Nm3进行烟气脱硝SCR系统设计。表2-3锅炉烟气量及污染物浓度Table2-3Thefluegasvolumeandpollutantconcentrationoftheboiler项目单位参数备注标况风量Nm3/h121817（标况、湿基、实氧）工况烟气量m3/h186518（工况、湿基、实氧）烟气含水量%5.94烟气温度℃145.00SO2浓度mg/Nm32403.17（标况、干基、6%基氧）SO3浓度mg/Nm329.07（标况、干基、6%基氧）粉尘浓度mg/Nm343167.82（标况、干基、6%基氧）NOx浓度mg/Nm3400（标况、干基、6%基氧）标况风量Nm3/h119497.07（标况、干基、6%基氧）
【参考文献】：
期刊论文
[1]2019年能源行业形势分析与2020年展望[J]. 尹伟华. 中国物价. 2020(02)
[2]火力发电厂空预器堵塞原因及处理[J]. 文露. 科学技术创新. 2019(36)
[3]SCR脱硝催化剂发展现状与前景分析[J]. 杜超. 中国石油和化工标准与质量. 2019(22)
[4]烟气脱硝技术的研究进展[J]. 于睿,魏昱,崔玲,曹桂荣. 山东化工. 2019(17)
[5]SCR脱硝催化剂的发展、应用及其成型工艺综述[J]. 马英利,高凤雨,贾广如,黄世平,赵顺征,易红宏,唐晓龙. 现代化工. 2019(08)
[6]SNCR与SCR脱硝技术比较[J]. 孙少波. 科技风. 2019(13)
[7]SCR脱硝不均匀反应宏观模型研究[J]. 宋玉宝,赵鹏,姚燕,谢新华,韦振祖,张发捷. 中国电力. 2019(05)
[8]基于Rosin-Rammler函数的数值模拟对旋风除尘器粒径分布规律的研究[J]. 熊攀,鄢曙光. 粉末冶金工业. 2019(02)
[9]燃煤电厂脱硝技术应用综述[J]. 赵阳,王一言,郭恒业. 河南科技. 2018(32)
[10]烟道导流板和弯头结构对SCR流场影响的模拟分析[J]. 季明彬,程智海,秦欢,时光辉,赵玉伟. 发电设备. 2018(04)
硕士论文
[1]1000MW机组双变截面烟道SCR脱硝系统数值模拟与优化[D]. 王朝阳.华北电力大学 2019
[2]超临界锅炉SCR脱硝系统数值模拟与优化[D]. 李伟亮.华北理工大学 2019
[3]SCR脱硝反应器流场模拟与改进研究[D]. 王子晓.山东大学 2018
[4]SCR流场及飞灰浓度分布优化数值模拟和实验研究[D]. 徐劲.华北电力大学 2017
[5]三聚氰酸/三聚氰胺选择性非催化还原脱硝实验研究[D]. 胡晓帅.山东大学 2016
[6]钒钛钨及SAPO-34催化剂的制备及催化性能研究[D]. 成慕荣.大连海事大学 2015
[7]基于气固两相的SCR脱硝系统流场优化及喷氨控制方法[D]. 陈天杰.东南大学 2015
[8]某燃煤电厂300MW机组SCR烟气脱硝装置结构优化和应用研究[D]. 王明轩.哈尔滨工业大学 2014
[9]SCR法烟气脱硝技术的数值模拟[D]. 安晓玲.华北电力大学（河北） 2009
[10]燃煤飞灰粒度分布特征的实验研究[D]. 宗翔鹏.华北电力大学（河北） 2005
本文编号：3623479
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