SNCR在中温分离CFB锅炉上的CFD研究应用

2.3 NOx浓度分布

图6描述了75t˙h-1高负荷和33t˙h-1低负荷时整个系统的NOx浓度分布｡从图6可以看出,炉膛中下部的NOx浓度分布较为均匀,但炉膛中下部(随负荷升高分界点提高)的NOx浓度分布出现较大偏差,呈现“W”型分布特性,即侧边和中心NOx浓度高､其他位置NOx浓度低,这是由于二次风分级送风､分段燃烧造成部分NOx还原为N2,与现场工业试验测试结果相一致｡

分析其原因,主要有:

(1)由于二次风射程能力和穿透深度有限,炉膛中心存在一个三角形的缺氧区域,O2浓度从炉膛中心向四周逐渐增大,炉膛四周则处于富氧状态;

(2)二次风使福建无烟煤燃烧加剧,焦炭燃烧和挥发分N燃烧过程NO生成量增加,且NO还原速率降低;

(3)炉膛中心属于严重缺氧区域,O2浓度的严重不足不仅延迟了燃料颗粒的着火和燃烧,还影响了NH3与NO的还原反应,NOx浓度较高;

(4)炉膛中心与四周之间区域内的燃烧过程生成一些的CO､NH3､HCN､H2和焦炭等不完全燃烧产物,可抑制NO生成,并利于NO还原分解,NOx浓度较低;

(5)炉膛四周处于强氧化性气氛,焦炭N析出过程提前并部分转化为NO,还加快了挥发分N转化为NO的速率,加剧了HCN､NH3的氧化反应,增加了NO生成量;同时,还降低了CO､H2焦炭C粒子的浓度,降低NO被还原分解的率,NOx浓度较高｡

2.4烟气流线分布

图7描述了75t˙h-1高负荷和33t˙h-1低负荷时整个系统的烟气流线分布｡整体而言,由于对炉内烟气进行假定和简化处理,相同负荷下炉膛内的烟气流线分布较为均匀,在蒸发管束以下区域的垂直方向速度分布均匀,可作为喷枪布置的设计依据｡

同时,对比图7(a)､7(b)可以看出,不同负荷下的烟气流速差别较大｡相同负荷下烟气在炉膛内均匀分布,向上依次通过蒸发管束､高温过热器､低温过热器,在分离器入口形成旋流进入分离器｡

2.5还原剂喷入流线

考虑到存在较大的负荷温度梯度,SNCR系统要在不同的负荷下运行并满足NOx排放限值100mg˙m-3,采取喷枪分层设置的方式:第一层喷枪(流量70L˙h-1,平均粒径100μm,压缩空气雾化,雾化角60°,水压0.4MPa,一次风冷却,具有伸缩机构)设置在标高15.0m处的侧墙上,一边2根对称布置,在低负荷时投运;第二层喷枪设置在标高16.2m处的侧墙上,一边2根对称布置,在高负荷或炉膛上部平均温度达到900℃及以上时投运第二层4根喷枪｡通过测量炉膛中上部的温度可以控制两层喷嘴的相互切换,在保证较高的脱硝效率同时保证很小的NH3逃逸｡

图8描述了75t˙h-1高负荷和33t˙h-1低负荷时整个系统的还原剂喷入流线分布｡从图8可看出,氨水通过喷枪喷出时被0.4~0.5MPa压缩空气充分雾化后,以60°的扩散角度喷入炉膛,通过雾化空气的作用,保证氨水的雾化粒径和穿透强度,促进了还原剂NH3与烟气中NOx充分的接触和均匀的混合,并在蒸发管束入口前全部蒸发和反应,这也说明喷枪的喷射距离刚好满足工艺设计要求｡

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