锅炉SCR脱硝系统内流动与化学反应模拟研究

发布时间：2020-08-28 16:00

　　火力发电厂是大气污染物NO_x的主要来源之一,我国对火电厂NO_x排放标准日趋严格。选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction,SCR)脱硝技术因具有脱硝效率高、无二次污染、对机组运行影响小等一系列优点成为当前火电机组控制NO_x排放的首要选择。锅炉SCR脱硝系统结构复杂,其速度分布、氨氮混合均匀性对脱硝性能影响较大,通过加装烟气导流装置,提高烟气速度与组分浓度均匀性,进而提高脱硝性能,减轻积灰堵塞、腐蚀等问题。此外,SCR脱硝反应是影响脱硝性能的根本所在,对脱硝反应影响较大的运行参数主要包括烟气温度、流速、氨氮比等。SCR脱硝系统中,存在催化剂活性较高的温度,即脱硝反应的温度窗口。烟气流速直接影响NH_3与NO_x的混合程度及烟气在催化剂中停留时间,合理的流速可以促进NH_3与NO_x混合及反应充分进行。脱硝效率一般随氨氮摩尔比的增大而增大,但当氨氮比大于1.1时,氨逃逸量会急剧增大,也会加剧氨氧化等副反应,故需确定其最佳氨氮比。因此,基于脱硝反应机理分析,对脱硝系统流场、浓度场及脱硝反应影响因素进行模拟研究,以提高脱硝效率,降低氨逃逸,实现氮氧化物“超超低”排放。以某电厂1000MW锅炉SCR脱硝系统为研究对象,通过数值模拟计算找到导流板和整流格栅的最佳布置方案,以提高流场、浓度场均匀性。结果表明:SCR脱硝系统入口烟道两个直角转角布置6块弧直导流板,在催化剂上方布置间距0.2m,高度0.6m的整流格栅对流场、浓度场优化效果较好,喷氨下游截面速度偏差由改造前的26.78%降到11.83%,首层催化剂层入口截面速度偏差由30.1%降到12.9%,NH_3浓度偏差由11.4%降到3.3%。应用气相化学反应动力学软件CHEMKIN对SCR脱硝反应进行模拟,通过敏感性、反应路径、活性位覆盖度分析等对选择性催化还原脱硝反应机理进行深入研究。将CHEMKIN脱硝反应机理与FLUENT数值模拟耦合,模拟分析温度、氨氮比、空速等对脱硝反应的影响规律。结果表明:脱硝反应的温度窗口在330~420℃;控制氨氮比在1~1.05可使脱硝效率达到最大,且氨逃逸较小;低空速下脱硝效率较高,当空速大于4500h~(-1)后,随空速升高脱硝效率逐渐下降。
【学位单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X773
【部分图文】：

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硝反应的复杂性，对脱硝反应机理的研究相对述 SCR 脱硝反应过程，因此需对电厂 SCR 脱应过程涉及到一系列复杂的反应，应用气相化地对 SCR 脱硝反应进行模拟，利用自带的敏感过催化剂表面活性位覆盖率变化、反应路径分反应机理。及模型数介绍KIN 软件包中的完全搅动反应器及蜂窝陶瓷反 3-1 所示，SCR 反应器模型烟气及氨气入口模N 中脱硝反应模拟计算过程做简化假设：（1）气器径向速度一致，化学反应只沿轴向进行。

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图 3-3 温度敏感性分析图的敏感性分析敏感性分析的最终目的是将出口氮氧化物的浓度降到规定的限制以率，需找到对 NO 消耗率影响较大的基元反应，对各基元。

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18图 3-4 NO 敏感性分析图由图 3-4 可知，A1~A5 基元反应对 NO 的敏感性系数较大，数值随反应的进行逐渐增大，对 NO 最敏感的是 A5 基元反应，最大敏感性系数是-1.72，A5 反应是脱除 NO 的主要反应，其次是 A2、A4 反应，最大敏感性系数在 1.02 左右，敏感性系数为正，说明 A2、A4 基元反应向生成 NO 的方向移动，A1、A3 基元反应在出口处对 NO 的敏感性系数约为-0.86。A5 基元反应的敏感性系数是其余四个基元反应的 2 倍左右，就整体而言，随反应的进行，NO 逐渐被消耗。A6~A8 基元反应对 NO 的敏感性系数都在 10-3数量级，对 NO 的影响相对较小，

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