SNCR在中温分离CFB锅炉上的CFD研究应用

由于在喷枪入口的区域内,喷射位置距离喷枪入口很近,受到喷枪扩散角度的影响,还原剂没有与烟气充分混合,需要对称布置的对侧喷枪相互补充,单层4根喷枪可基本保证炉膛内全覆盖,并能适锅炉负荷波动､燃烧参数变化､NOx排放波动的系统工况的要求｡

同时,对比图8(a)､8(b)和图8(c)､8(d)可以看出,较低负荷下的氨水穿透能力更强,更容易实现炉膛内全覆盖,甚至达到对侧水冷壁上,这是因为较低负荷时炉膛内烟气流速低､物料浓度低,并对炉膛烟气进行理想化处理｡

3、工程实践及效果

3.1工程实践应用情况

根据CFD模拟和优化结果,在2台燃用福建无烟煤的中温分离CFB锅炉应用SNCR进行脱硝改造,采用质量浓度为22%的氨水作为脱硝还原剂,在炉膛侧墙标高15.0m和16.2m各设置一层6支喷枪,两侧对称布置,根据炉膛中上部的温度控制切换两层喷枪,使氨水喷射和控制系统与精确的炉膛流体动力学分析及化学动力学分析相结合,来快速响锅炉运行参数和NOx排放浓度波动｡氨水储存和输送系统､稀释和计量分配系统､电气及控制系统与常规SNCR系统基本一致｡

为保证喷枪雾化效果,采用0.4~0.5MPa压缩空气进行雾化,使氨水通过喷嘴喷出时被压缩空气充分雾化后以60°的扩散角度喷入,通过雾化空气的作用保证氨水的雾化粒径和穿透强度,确保氨水和烟气混合均匀;用一次风作为冷却介质,使其能承受反应温度窗口区域的最高温度而不产生任何损坏;为保护喷枪头部,在喷枪外加装外套管,并使喷枪头部处于基本与耐磨挂砖平齐的位置,外套管焊接在水冷壁鳍片上;

同时,为防止高粉尘环境下喷枪头部被粉尘堵塞以及开停喷枪时的液滴腐蚀炉膛壁,在喷枪上设置外套管,并通入冷却风,用来保持喷枪周围始终有冷却风包围,减少堵塞及液滴流下的可能;喷枪具有伸缩机构,当喷枪不使用或雾化空气流量不足时,可将其从锅炉中抽出以保护喷枪不受损坏｡

3.2性能试验及效果

按照《燃煤电厂烟气脱硝装置性能验收试验规范》(DL/T260-2012)在100%BMCR和75%BMCR负荷(受热负荷较大影响无法降至50%BMCR负荷)工况下对SNCR进行性能试验,并根据《火电厂烟气脱硝工程技术规范选择性非催化还原法(HJ563-2010)》进行评价,结论如下:

(1)在100%BMCR和75%BMCR负荷工况下,实测脱硝效率都达到60%以上,NOx排放浓度满足福建省NOx排放限值100mg˙m-3要求,详见表3｡

4、结论

(1)限于75t˙h-1中温旋风分离CFB锅炉的分离器入口烟温在520℃~580℃之间,而炉膛标高4.7m至19.0m)烟温在850℃~1050℃之间,与SNCR喷氨脱硝的温度区间850℃~1100℃相近,对SNCR进行CFD研究,确定合理的炉膛喷氨点并优化布置,在保证较高脱硝效率的同时减少氨逃逸率｡

(2)根据炉膛内流场的CFD模拟计算结果,进行喷枪及其喷射系统设计优化,确定合理的喷射角度和距离,以达到良好的雾化和喷射效果,并结合实验经验优化设计控制策略,来快速响应锅炉运行参数和NOx浓度波动,适应锅炉负荷变化的要求｡

(3)在2台燃用福建无烟煤的中温分离CFB锅炉炉膛侧墙标高15.0m和16.2m各设置一层6支喷枪,根据炉膛中上部的温度控制切换两层喷枪｡现场性能试验结果表明,在100%BMCR和75%BMCR负荷工况下,实测脱硝效率达到60%以上,NOx排放浓度小于100mg˙m-3,氨逃逸质量浓度小于8mg˙m-3,氨消耗量和氨氮摩尔比满足性能保证值要求｡

文献信息

吴剑恒,何宏舟,俞金树.SNCR在中温分离CFB锅炉上的CFD研究应用[J].电力学报,2016,01:67-77.

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