回转式空气预热器适应SCR脱硝系统的数值模拟研究

发布时间：2020-08-08 10:25

【摘要】：《锅炉大气污染物排放标准》(GB 13271-2014)明确规定了 NOx的排放不高于200 mg/m3,部分地区不高于100 mg/m3,各燃煤机组为满足日益严格的环保要求,大多都采用了占据市场主流的选择性催化还原技术(SCR)。燃煤机组加装SCR脱硝装置后,由于SCR反应器中未完全参与脱硝反应的还原剂氨(NH3)与烟气中S03和H20发生副反应,生成具有黏性和腐蚀性的硫酸氢铵(ABS)。ABS使空气预热器积灰堵塞加重,造成回转式空气预热器中烟气和空气进出口压差大,炉膛压力波动大,严重影响锅炉安全和经济运行。本文结合大唐株洲电厂#3号炉实际案例,先对其SCR脱硝系统进行性能试验和数值模拟研究,再对空气预热器进行了数值模拟研究,试图解决、治理株洲电厂空气预热器的积灰堵塞问题。对3号炉的SCR反应器开展现场性能试验和数值模拟计算,证实了现场试验结果和数值模拟结果一致,并发现SCR脱硝系统流场中烟气的速度和氨浓度分布不均匀,催化剂入口截面处的速度和氨浓度的相对标准偏差分别为33.3%和13%。经过对比分析,最后得出在SCR反应器中加装60度倾斜角的导流板,改变静态涡流混合器与来流烟气成垂直角度的优化方案。根据优化方案,模拟得到第一层催化剂入口截面处速度的相对标准偏差减小为13.6%,对增加催化剂寿命和减少NH3逃逸有积极作用。通过试验发现,如果控制SCR出口 NO浓度在10ppm以上时,NH3逃逸浓度基本降至3 ppm,可减轻ABS造成空气预热器堵塞的问题。针对目前3号炉SCR系统NH3逃逸量大造成空气预热器堵塞的问题:首先对空气预热器中常用的4种板型换热元件(DU、DU3E、NU、CU)分别进行模拟计算,获得单元体通道截面的速度分布以及壁面的换热系数分布,给出了换热元件各自换热特性、阻力特性,为相应板型的应用提供参考。运用DU和NU板型模拟数据,结合株洲电厂SCR脱硝出口模拟得到结果作为空气预热器模拟输入参数,对株洲电厂3号炉空气预热器进行数值模拟,得到空气预热器的三维温度分布,分析空气预热器中ABS沉积和酸性腐蚀的范围;为避免目前ABS在空气预热器中跨层沉积问题,进一步模拟研究了空气预热器变转速工况、烟气入口速度梯度分布、空气入口温度变化对空气预热器整体性能、空气预热器ABS沉积和腐蚀位置的影响,为运行人员参数调整提供参考。本文通过优化SCR脱硝系统以减少氨逃逸和空气预热器运行、结构调整两方面的模拟研究,使得空气预热器更加适应SCR脱硝运行,对保证SCR脱硝机组安全稳定、经济运行具有重要的工程应用价值。
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X773
【图文】：

脱硝,燃煤锅炉,火电,环保要求

ｓｍ缓冲椅逡逑图１－１火电常规ＳＣＲ脱硝系统逡逑为满足日益严格环保要求，燃煤锅炉引入ＳＣＲ脱硝系统，如图１－１，ＳＣＲ脱硝逡逑反应发生在装有催化剂的反应器内。还原剂ＮＨ３与烟气中的ＮＯｘ在催化剂的作用逡逑１逡逑

回转空气预热器,分仓,梁架,扇形板

总会有部分ＮＨ３未参与反应而离开ＳＣＲ系统，其在后续的空气预热器中形成逡逑具有黏性的硫酸氢铵（ＡＢＳ），并可能在转子元件表面造成严重的沉积板结，难以逡逑在线清除，进一步堵塞空气预热器，给运行带来非常大的麻烦，如图１－３所示。根逡逑据《火电厂烟气脱硝工程技术规范选择性催化还原法》，（ＨＪ－５２６－２０１０），氨逃逸逡逑质量浓度不超过２．５ｍｇ／ｍ３（３．２８ＰＰＭ）。为了减少氨逃逸，降低ＡＢＳ沉积量的影响，逡逑在电厂生产实际中，为了满足环保指标，不降低脱硝效率基础上，提出了优化ＳＣＲ逡逑反应器设计，通过减少氨气逃逸以减少ＡＢＳ在空气预热器中的形成和沉积的方案。逡逑图１－４回转空气预热器结构：１，７－上下梁架；２－烟气侧通道；逡逑３，６－扇形板；４－隔板；５－转子；８－空气分仓逡逑电站锅炉中运用的ＳＣＲ脱硝整体系统庞大复杂，工程上在安装使用ＳＣＲ脱硝，逡逑均先通过ＣＦＤ模拟软件

网格布,方式,壁面函数法,网格

壁面函数法实现流动与换热计算，只需在模拟计算的划分网格时，将网格节点布置逡逑在黏性底层，也就是只需与壁面相邻的第一个节点在充分端流区域内。这与低雷诺逡逑数模型相比，壁面函数法则大幅减少了在近壁区划分的网格数，如图２－１所示。逡逑１３逡逑

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