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循环流化床锅炉SNCR+SCR联合脱硝流场优化研究

北极星环保网来源:电力科技与环保 叶兴联2018/7/17 9:40:07我要投稿

北极星环保网讯:近年来,京津冀、长三角和珠三角等重点区域雾霾问题严重,“超低排放50355”新标准被提上日程,各行业开始进行脱硝、除尘、脱硫提效改造。原先应用于高浓度NOx循环流化床锅炉上的低氮燃烧技术、SNCR及低氮燃烧+SNCR技术已经不能满足NOx排放值小于50mg/m3的要求,为了控制NOx的排放浓度,必须采用SNCR+SCR联合脱硝技术对NOx进行控制。

与单一的SNCR和SCR脱硝相比,该技术具有脱硝效率高、催化剂用量小、SCR反应器体积小、系统阻力小、腐蚀性小、成本适度等优点,故在循环流化床锅炉得到了广泛的应用。流场分布是影响脱硝装置脱硝效率及氨逃逸率、催化剂使用寿命的关键因素之一,因此脱硝工程必须对流场进行优化设计。

李竞岌等采用数值模拟方法对循环流化床锅炉SNCR脱硝的喷入点位置、数量及喷射参数进行了优化分析,得出还原剂喷入点布在旋风分离器进口段内侧、喷入点至少四个、增大雾化粒径、增大喷雾锥角有利于增强烟气和还原剂的混合效果。赵永泉等、王岳军等也对循环流化床锅炉的SNCR脱硝流场进行了数值模拟分析研究。

目前,大部分研究都仅对单独的SNCR或SCR进行流场优化,关于SNCR+SCR联合脱硝的流场优化研究较少。本文拟采用CFD软件对某75t/h循环流化床锅炉的SNCR+SCR流场进行分析,为其现场设计提供参考依据。

1几何模型及数学模型

某75t/h燃煤型循环流化床锅炉100%BMCR工况下的烟气量为85000m3/h,按照1∶1的比例建立模型,主要包括燃烧床层部分、挂式过热器、2个旋风分离器、省煤器、导流板、整流格栅、催化剂层及SCR脱硝出口烟道下游的空预器部分,如图1所示。

为了简化计算,暂不考虑模型内粉尘颗粒的影响,先选用模型计算得出气相流场,后加入DPM模型及组分输运模型追踪氨水的蒸发过程以及与烟气的混合过程。另外,省煤器、空预器、催化剂层均设置为多孔介质,由于前二者内部涉及热交换,故设置有内热源。

脱硝技术

2参数研究

2.1速度分布

优化前烟道中未设置导流板,仅催化剂层上游设置了整流格栅,优化方案在SCR装置进出口烟道弯头处设置了相应的导流板,并在整流格栅上游斜烟道上设置了阻流板,模拟结果如图2~图4所示。图2为旋风分离器入口速度分布俯视图,烟气近切线方向进入分离器,之后沿外侧螺旋向下运动,最后经过分离器的中心内筒流出。

脱硝技术

图3为优化前后整个系统的烟气流线图,可看出,由于SCR脱硝上游烟道布置了合理的导流装置,烟气可以更均匀的竖直向下通过催化剂区域。

脱硝技术

图4显示了优化前后首层催化剂上游的速度分布,优化前外侧速度过大,最大速度达到12.24m/s,而低速区仅为0~1m/s,高烟速区容易导致催化剂磨损,低烟速区容易导致催化剂积灰,整个截面速度相对标准偏差为20.2%,速度分布均匀性差;优化后断面最大速度降低为4.90m/s,速度分布均匀性得到显著改善,截面速度相对标准偏差为6.2%,远小于15%的脱硝设计标准,有利于减轻催化剂的磨损和积灰。

脱硝技术

延伸阅读:

SCR流场优化调整试验对减少烟羽生成的作用

脱硫塔流场的数值模拟

超低排放形势下脱硝流场优化技术

烟道流场三维集成优化在超净改造中的应用

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