1000MW机组双变截面烟道SCR脱硝系统数值模拟与优化
发布时间：2020-11-09 06:07
按照我国目前的能源结构来说,在未来一段时间内以火电为主的格局不会有很大变化。燃煤电站尾部烟气中的NO_x是人为NO_x源的主要来源之一,掌握其反应原理并实现对该类大气污染物排放的有效控制是落实节能减排的一种体现。作为当今的主流技术,SCR因其效率高且使用方面较为成熟在国内外的火电厂烟气脱硝当中得到了广泛应用。利用CFD仿真分析技术对SCR脱硝系统建立相应的数学模型并组织模拟,不但速度快而且节省成本,依靠模拟结果还能够为烟道结构及其内部均流部件的选型、喷氨格栅、整流格栅等装置的合理设计提供参考。本文以某电厂1000 MW塔式锅炉的SCR脱硝系统为研究对象,针对其首层催化剂速度场和浓度场偏差系数较大的问题,建立了其SCR脱硝系统的三维模型,并借助数值模拟研究了该系统双变截面烟道处导流板的布置方式对流场的影响规律。模拟结果表明:原始SCR系统受双变截面烟道结构尺寸的影响,通过反复优化设计该处导流板的布置方式,烟气流经该区域时依旧存在边界层脱离现象,无法沿左侧壁面的倾斜方向流动。在此基础上,提出了两种烟道结构的改造方案,并从相对标准偏差、系统压降和飞灰磨损几个方面对两种方案的模拟结果做定性及定量比较。对比结果发现,按照方案1改造后,通过将原始SCR系统的双变截面烟道拆分为X方向和Z方向2个单变截面烟道,流场均匀性优化效果较方案2更为显著。在对SCR脱硝系统流场优化的基础上,合理地设计喷氨格栅的位置和尺寸是改善烟气与氨均匀混合的有效措施。通过采用不添加化学反应的Species Transport模型模拟NH_3在烟气中的混合及扩散,分别考察了烟道长度方向和宽度方向的喷嘴至壁面的距离(即X方向和Z方向喷嘴间距)及相邻支管喷嘴间距对首层催化剂氨浓度分布的影响规律,确定出了最优的喷氨格栅尺寸。然后,通过采取分区喷氨的优化方式,经反复模拟及调整各分区的喷嘴喷射流速,实现了还原剂与NO_x的最佳湍流混合,NH_3的浓度分布偏差系数降至2.24%,保证了催化剂各通道内脱硝反应的均匀进行。脱硝系统内的烟气中常携有大量飞灰颗粒,这对导流叶片及催化剂层的磨损会产生较大影响,长时间运行容易造成导流失效,从而影响脱硝效率。本文通过采用DPM模型对飞灰颗粒的运动轨迹进行追踪,并监测各组导流板壁面的磨损与沉积情况,以便预测磨损发生的部位及磨损速率的具体大小,为导流板的防磨措施提供参考。
【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】：
华北电力大学硕士学位论文1.2 氮氧化物控制技术1.2.1 NOx产生机理目前，燃煤电站煤粉燃烧产生的 NOx中以一氧化氮为主（约占 90%），是燃煤电站 NOx的生成与排放量的主要因素，而对于二氧化氮（NO2）及少量的 N2O等，因其所占比例很低，通常考虑较少。目前，关于 NOx的形成机理主要分以下 3 种[12]：（1）热力型 NOx热力型NOx是由供入炉膛空气中的氮在高温条件下与O发生反应而生成的其生成量不仅与反应区内的温度及反应物浓度有关，还与燃烧气体在炉膛内的停留时间密切相关，其中温度的作用最明显。图 1-1 说明了不同类型 NOx的生成量与温度的关系。
图 1-2 燃料型 NOx的生成随燃烧温度变化情况（3）快速型 NOx该类 NOx的形成通常发生在燃料为碳氢化合物且浓度较大的情况下，少量分子 N 在反应区内经中间产物迅速转化而成，其转化率与过程中的空气过剩条件和温度水平有关。在正常炉膛温度下，该部分数量很少，可以不予考虑。1.2.2 影响 NOx生成的因素（1）锅炉燃料特性煤炭燃烧过程中 NOx生成量的多少与煤炭挥发分中各元素比的大小有关，例如：NOx的排放量与氧/氮（O/N）成正比关系；即使在相同 O/N 比值条件下其转化率还与 α 有关，α 越大，转化率越高，NOx排放量最终增加，见图 1-3。此外，NOx的排放水平还受硫/氮（S/N）比的影响，硫元素在氧化时会参与竞争氮氧化物的排放量会随着二氧化硫排放量的增加而减少。
图 1-2 燃料型 NOx的生成随燃烧温度变化情况3）快速型 NOx该类 NOx的形成通常发生在燃料为碳氢化合物且浓度较大的情况下，少子 N 在反应区内经中间产物迅速转化而成，其转化率与过程中的空气过剩和温度水平有关。在正常炉膛温度下，该部分数量很少，可以不予考虑。.2.2 影响 NOx生成的因素1）锅炉燃料特性煤炭燃烧过程中 NOx生成量的多少与煤炭挥发分中各元素比的大小有关如：NOx的排放量与氧/氮（O/N）成正比关系；即使在相同 O/N 比值条件转化率还与 α 有关，α 越大，转化率越高，NOx排放量最终增加，见图 1-外，NOx的排放水平还受硫/氮（S/N）比的影响，硫元素在氧化时会参与竞氧化物的排放量会随着二氧化硫排放量的增加而减少。
【参考文献】
本文编号：2876009
【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】：
华北电力大学硕士学位论文1.2 氮氧化物控制技术1.2.1 NOx产生机理目前，燃煤电站煤粉燃烧产生的 NOx中以一氧化氮为主（约占 90%），是燃煤电站 NOx的生成与排放量的主要因素，而对于二氧化氮（NO2）及少量的 N2O等，因其所占比例很低，通常考虑较少。目前，关于 NOx的形成机理主要分以下 3 种[12]：（1）热力型 NOx热力型NOx是由供入炉膛空气中的氮在高温条件下与O发生反应而生成的其生成量不仅与反应区内的温度及反应物浓度有关，还与燃烧气体在炉膛内的停留时间密切相关，其中温度的作用最明显。图 1-1 说明了不同类型 NOx的生成量与温度的关系。
图 1-2 燃料型 NOx的生成随燃烧温度变化情况（3）快速型 NOx该类 NOx的形成通常发生在燃料为碳氢化合物且浓度较大的情况下，少量分子 N 在反应区内经中间产物迅速转化而成，其转化率与过程中的空气过剩条件和温度水平有关。在正常炉膛温度下，该部分数量很少，可以不予考虑。1.2.2 影响 NOx生成的因素（1）锅炉燃料特性煤炭燃烧过程中 NOx生成量的多少与煤炭挥发分中各元素比的大小有关，例如：NOx的排放量与氧/氮（O/N）成正比关系；即使在相同 O/N 比值条件下其转化率还与 α 有关，α 越大，转化率越高，NOx排放量最终增加，见图 1-3。此外，NOx的排放水平还受硫/氮（S/N）比的影响，硫元素在氧化时会参与竞争氮氧化物的排放量会随着二氧化硫排放量的增加而减少。
图 1-2 燃料型 NOx的生成随燃烧温度变化情况3）快速型 NOx该类 NOx的形成通常发生在燃料为碳氢化合物且浓度较大的情况下，少子 N 在反应区内经中间产物迅速转化而成，其转化率与过程中的空气过剩和温度水平有关。在正常炉膛温度下，该部分数量很少，可以不予考虑。.2.2 影响 NOx生成的因素1）锅炉燃料特性煤炭燃烧过程中 NOx生成量的多少与煤炭挥发分中各元素比的大小有关如：NOx的排放量与氧/氮（O/N）成正比关系；即使在相同 O/N 比值条件转化率还与 α 有关，α 越大，转化率越高，NOx排放量最终增加，见图 1-外，NOx的排放水平还受硫/氮（S/N）比的影响，硫元素在氧化时会参与竞氧化物的排放量会随着二氧化硫排放量的增加而减少。
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 赵大周;王传奇;司风琪;徐治皋;;多变截面选择性催化还原系统喷氨方式数值模拟[J];热力发电;2015年12期
2 潘伶;杨沛山;曹友洪;;SCR脱硝反应器烟道内部流场的数值模拟与优化[J];环境工程学报;2015年06期
3 张文志;曾毅夫;;SCR脱硝系统烟道内流场优化[J];环境工程学报;2015年02期
4 余刚;;SCR烟气脱硝技术中数值模拟方法的应用及展望[J];稀有金属与硬质合金;2014年05期
5 芶永桃;张饶;陈琴;;氮氧化物排放现状及防治对策分析[J];泸天化科技;2014年02期
6 冯加星;;烟气中飞灰对选择性催化还原法(SCR)烟气脱硝催化剂的影响[J];广东化工;2014年10期
7 凌忠钱;曾宪阳;胡善涛;周昊;岑可法;;电站锅炉SCR烟气脱硝系统优化数值模拟[J];动力工程学报;2014年01期
8 蒋春来;许艳玲;杨金田;宋晓珲;;“十二五”氮氧化物总量减排中期评估与对策探讨[J];环境保护;2013年19期
9 汤元强;吴国江;赵亮;;SCR脱硝系统喷氨格栅优化设计[J];热力发电;2013年03期
10 朱玲;;烟气脱氮技术在氮氧化物总量减排中的应用研究[J];环境监控与预警;2013年01期
本文编号：2876009
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huanjinggongchenglunwen/2876009.html
