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SCR脱硝催化剂磨损及堆灰治理

北极星环保网来源:《电力科学与工程》作者:陈鸿伟等2017/5/22 11:24:29我要投稿
所属行业: 大气治理  关键词:脱硝催化剂 SCR 脱硝技术

北极星环保网讯:摘要:为解决四川某电厂催化剂层局部磨损和堆灰的问题,基于Flunet14.0数值模拟软件,在SCR反应器内部增设导流装置,对多种工况下的流场分布情况及颗粒轨迹进行模拟对比。

结果表明:SCR系统中布置导流装置可以有效改善流场分布均匀性,相对速度偏差由空塔时的58.42%降低为15.64%;颗粒轨迹与流场分布高度一致。通过改善流场分布可以有效缓解催化剂层局部磨损、堆灰的问题。

关键词:SCR催化剂;流场优化;磨损;堆灰;颗粒轨迹

富煤、贫油、少气的能源布局特征决定了以后很长时段内煤炭仍将在国内动力能源消耗中占很大份额。煤在燃烧反应过程中释放出SOx、NOx和烟尘等有害物质,带来酸雨、雾霾、光化学烟雾和其他环境问题。深入完善大气污染防治行动计划,实施区域联防联控,推动燃煤电厂超低排放改造,促进重点区域煤炭消费量零增长。通过不断努力,SOx已得到较好控制,而NOx迅猛增长,对NOx的控制已迫在眉睫。

SCR是当前应用最普遍、技术最可靠的一种烟气脱硝手段。该法的主要优点是:由于使用了催化剂,对还原温度要求较低;NOx脱除率高,可达90%以上;工艺设备紧凑,运行可靠;反应物N2可直接排入大气,几乎没有二次污染。

但SCR烟气脱硝技术在实际工程应用中还存在一些问题,其核心是脱硝催化剂[1],在实际运行中磨损严重并产生了大量堆灰,对设备的脱硝效率产生了一定影响,同时大大降低了催化剂的工作寿命。

同时流场的不均匀性还将导致催化剂层局部氨气过量,未用于还原反应的氨与烟气中SO3反应生成化合物NH4HSO4和(NH4)2SO4,造成催化剂层孔隙堵塞。毛剑宏等[2]通过数值模拟和冷态实验证明合理设计烟道转弯处的导流部件可以有效改善脱硝系统的速度分布,使速度场得到优化。

凌忠钱等[3]对某300MW锅炉SCR系统导流板采用多种调节方案进行优化,模拟计算到符合设计要求的方案。杨超等[4]对装有涡流混合器的脱硝设备进行了模拟,表明涡流混合器在减少喷嘴数量的同时可以有效提高氨气与烟气混合均匀程度。

危日光等[5]对脱硝系统后空预器搪瓷蓄热元件进行研究,得到了3种搪瓷蓄热元件的努塞尔数和阻力系数随雷诺数的变化规律,同时给出了内部流体的流场和温度场分布。上述学者对SCR脱硝反应器流场分别进行了多方面的优化,但优化后对SCR反应器内颗粒相的研究还不太完善。现以四川某投产运行电厂600MW机组SCR脱硝系统为模拟对象。

通过对SCR脱硝系统中的导流板、整流格栅、涡流混合器进行综合设计改造,优化流场分布。在优化方案中射入不同粒径的颗粒模拟烟气中颗粒物对催化剂层的磨损作用,阐明流场对催化剂层磨损和堆灰的影响。

1几何模型与网格划分

1.1研究对象

试验对象为四川某投产运行电厂600MW机组SCR脱硝系统,每台机组配备两台SCR反应器,采用高尘区布置。选取省煤器出口到空预器入口前整个系统作为模拟对象,由于两台反应器布置结构对称,选其左侧结构进行模拟研究,以100%工况为模拟工况。

1.2三维几何模型

三维几何模型与SCR实体装置按照1∶1尺寸构建,如图1所示。根据系统实际情况,在建立模型和Fluent计算中做出如下简化:来流烟气假设为不可压缩牛顿流体;烟气进口速度大小均匀并且垂直于进口断面;烟气不同组分之间不发生化学反应;流体物性参数为常数。使用Gambit对SCR系统进行三维模型建立和网格划分,对涡流混合和导流板段烟道进行局部网格加密,在划分过程中对网格逐步细化得到近似无关解,计算网格数为500万。

SCR脱硝

图1SCR模型

2数学模型与边界条件

2.1通用控制方程

控制方程模型:

SCR脱硝

延伸阅读:

SCR脱硝催化剂循环再利用的研究进展

造成SCR脱硝催化剂失活的关键物质及预防

火电厂SCR脱硝催化剂维护保养

燃煤电厂灵活调峰宽温差SCR脱硝催化剂以及超低排放技术

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