SNCR的喷雾与混合过程及其对脱硝效率的影响研究

2、CFD模型模拟结果

对循环硫化床锅炉而言,最适合喷入还原剂的位置是在旋风分离器入口处,此处温度处于SNCR的窗口温度范围内,并且由于面积狭小,有利于还原剂的完全覆盖,可提高脱硝反应效率｡如图2所示,在该位置高度方向对称布置5层喷嘴｡

2.1粒径对液滴雾炬的影响

由于旋风分离器入口为切向进气方式,而切向进气包括内旋和外旋2种方式(见图3)｡对配置2个对称旋风分离器的锅炉而言,由于操作空间限制,从外侧喷射还原剂是比较理想的选择｡

从外侧喷射时,对外旋分离器而言,喷射方向与气流方向一致(称为顺喷),有利于液滴扩散;而对内旋分离器而言,喷射方向与气流方向相反(称为逆喷),喷射雾滴需克服气流方能继续向前扩散,分别对顺喷和逆喷时粒径的影响进行了研究｡图4为不同粒径､不同喷射情况下液滴轨迹与停留时间关系｡由图4

(a)和(b)可知,当液滴粒径为20~200μm时,顺喷时液滴在气流的带动下,很容易喷到对侧壁面,而逆喷时则喷到壁面较少｡但仍有部分喷到对侧壁面,发生湿壁现象｡由图4(c)可知,液滴粒径为20~100μm时,无论顺喷还是逆喷,其喷射距离都比较短,甚至不到通道宽度的1/2(只给出了逆喷,顺喷结果也相差不多),这势必会影响还原剂的覆盖面积｡

而从图4(d)给出的液滴粒径范围在20~150μm时的液滴轨迹可以看出,此时液滴轨迹刚好覆盖整个烟气通道,并且基本不与壁面接触,而蒸发时间也较符合烟气脱硝过程对蒸发时间的要求｡因此,后文的研究中采用液滴粒径范围20~150μm､逆喷形式｡当然,粒径范围与分离器结构以及气流速度等有关,改变工况其粒径范围也需作相应改变｡

2.2液滴喷射参数

图5分别为液滴停留时间､粒径､表面温度及还原剂浓度与喷射距离的关系曲线｡由图5(a)可知,停留时间与喷射距离基本呈线性关系,喷射距离越长的液滴停留时间也越长;根据图5(b),随着喷射距离的增加,所有液滴粒径均逐渐减小｡

当喷射距离达到3.75m时,所有的液滴蒸发完毕;而从图5(c)可以看出,在炉膛高温的影响下,液滴表面的平均温度逐渐上升到沸点温度,然后开始蒸发,达到稳定状态下,液滴温度基本维持在沸点温度(100℃),直至蒸发完毕;根据图5(d),还原剂在烟气中的局部浓度有一个先上升后急剧下降的趋势,其原因在于:在射流的中心区域,液滴的数目较大,并且此时已有部分液滴完全蒸发和扩散;在液滴喷射的起始区域,液滴还未完全蒸发和扩散,因此,烟气中还原剂的浓度还较低;在射流末端的液滴颗粒较少｡

2.3炉膛内不同截面还原剂浓度和温度分布

脱硝过程通常使用的还原剂包括液氨､氨水和尿素,与前两者相比,尿素使用过程的安全性容易保证｡用尿素作为还原剂时,总包反应为:

由公式(2)可知,理论的氨氮摩尔比为1,而根据公式(1),尿素与氨的比例为1∶2,所以还原剂尿素与NO的摩尔比为1∶2｡

定义:NSR=还原剂与入口NOx的实际摩尔比/还原剂与入口NOx的化学计量摩尔比｡

尽管从理论上来讲,提高NSR有利于提高SNCR工艺的脱硝效率,但过高的氨氮摩尔比会导致较大氨逃逸率｡而相关研究表明,当NSR达到1.5时,相应的脱硝率可以达到90%｡因此,建议根据实际的烟气量和NOx浓度调整还原剂的喷射量｡将NSR为1.5~2的区域控制在50%~60%范围内,即可同时实现NOx的脱除率和控制氨逃逸指标｡

延伸阅读：

脱硝喷氨自动控制在燃煤电厂的应用

SNCR+SCR耦合脱硝技术调试和优化运行及案例

主流脱硝工艺技术经济比选大全：SCR与SNCR脱硝技术探讨