（环境工程专业论文）燃煤电厂scr法烟气脱硝装置优化控制的仿真运行研究.pdf

华北电力大学硕二l 学位论文摘要 摘要 本文通过了解烟气脱硝技术，选择出了最佳的方案s c r 脱销方法这种脱 销工艺，其中主要通过目前的技术以及社会经济发展的角度来进行学习分 析。然后本文以选择性催化还原法烟气脱硝系统作为研究对象，以3 0 0 m w 燃煤电厂烟气脱硝装置为例，对s c r 法的仿真运行进行了详细的研究，并进行 运行仿真。通过对比当前烟气脱硝技术的发展现状和典型的烟气脱硝方法，对 s c r 法烟气脱硝装置的不同布置方案进行讨论，选定仿真对象的布置形式，设 备类型等，并对3 0 0 m w 燃煤电厂烟气数据进行优化。通过选定的装置及布置方 式，模拟3 0 0 m w 燃煤电厂s c r 脱硝系统运行利用v b 进行构图，并同时编辑 动画，开发出运行软件，直观了解燃煤电厂烟气脱硝系统运行的情况。 通过对s c r 烟气脱硝装置的研究，建立了包括烟气流量参数、s c r 反应器、 液氨存储供应系统等一系列相应的仿真数学模型。在仿真数学模型的基础上，利 用v b 6 0 开发了运行仿真软件。同时，编译了仿真运算窗口，用以计算烟气参 数，最后达到参数优化，优化过的参数在仿真运行中体现，便于控制。 开发出来的s c r 仿真运行软件能够在w i n d o w s 系统下独立运行。燃煤 电厂s c r 仿真软件可为可用于教学和运行维护人员培训，还原电厂运行的情 况，并进行了优化处理，为设备的高效、安全运行提供参考依据。 关键词：s c r 系统；软件；模型；烟气脱硝；仿真运行；优化； 华北电力大学硕士学位论文摘要 a b s t r a c t i nt h i sp a p e r ，f l u eg a sd e n i t r i f i c a t i o nt e c h n o l o g yi ss t u d e d ，a n dt h eb e s t s o l u t i o nw a yi ss e l e c t i v ec a t c l y t i cr e d u c t i o n ，m a i n l yt h r o u g ht h el e a r n i n go f c u r r e n tt e c h n o l o g i c a la n ds o c i o - e c o n o m i cd e v e l o p m e n t t h i sp a p e ru s e ss c r f l u eg a sd e n i t r a t i o ns y s t e ma st h er e s e a r c ho b j e c t ，t a k i n gd e n i t r a t i o nd e v i c ei n t h e3 0 0m wc o a l f i r e dp o w e rp l a n tf o re x a m p l e ，t h es i m u l a t i o na n d t h e o p e r a t i o no fs c rm e t h o di s s t u d i e dp a r t i c u l a r l y b yc o m p a r i n gt h ec u r r e n t p r e s e n ts i t u a t i o no f t h eg a sd e n i t r a t i o nt e c h n o l o g ya n dt y p i c a lm e t h o do ff l u eg a s d e n i t r a t i o n ，t h ed i f f e r e n ta r r a n g e m e n to fd e v i c ei ns c r f l u eg a sd e n i t r a t i o nf o ri s d i s c u s s e d ，a n dt h ef o r mo fl a y o u ta n dt y p eo fe q u i p m e n ti ss e l e c t e d ，t h e nt h ed a t a s o ft h e3 0 0m wc o a l f i r e dp o w e rp l a n ti so p t i m i z e d t h r o u g ht h es e l e c t e dd e v i c e a n da r r a n g e m e n t 3 0 0m wc o a l f i r e dp o w e rp l a n t ss c rd e n i t r a t i o ns y s t e mi s s i m u l a t e db yv b ，a n da tt h es a m et i m ee d i t i n ga n i m a t i o na n dd e v e l o p i n gt h e s o f t w a r e ，t h es y s t e mo p e r a t i o no ft h ec o a l f i r e dp o w e rp l a n td e n i t r a t i o nc a nb e l e a r n e d b yt h er e s e a r c ho fs c rd e n i t r a t i o n ，f l u eg a sf l o wp a r a m e t e r s ，i n c l u d i n g s c rr e a c t o r 、a m m o n i as t o r a g es u p p l ys y s t e ma n das e r i e so fc o r r e s p o n d i n g m a t h e m a t i c a lm o d e ls i m u l a t i o ni se s t a b l i s h e d i nt h es i m u l a t i o n b a s e do nt h e m a t h e m a t i c a lm o d e l ，t h es i m u l a t i o ns o f t w a r ei sd e v e l o p e db yu s i n gv b 6 0 a n d ， t h es i m u l a t i o nc o m p u t a t i o nw i n d o w sa r ec o m p i l e dt oc a l c u l a t et h ep a r a m e t e r so f f l u eg a s ，f i n a l l yp a r a m e t e r so p t i m i z a t i o ni sa c h i e v e d ，t h eo p t i m i z e dp a r a m e t e r s i ns i m u l a t i o nr e f l e c t e di no p e r a t i o n ，m a k i n gi te a s yt oc o n t r 0 1 d e v e l o p m e n to fs c rs i m u l a t i o ns o f t w a r ew i l lr u n o nw i n d o w ss t a r t ss y s t e m i n d e p e n d e n to p e r a t i o n 。t h es i m u l a t i o ns o f t w a r ec a nb eu s e df o rt e a c h i n ga n df o r o p e r a t i o na n dm a i n t e n a n c ep e r s o n n e lt r a i n i n g ，a n dr e d u c t i o no f t h eo p e r a t i o ni n p o w e r ，a n di so p t i m i z e df o r t h es a f eo p e r a t i o no ft h ee q u i p m e n te f f i c i e n c y ，t o p r o v i d et h er e f e r e n c e 。 k e y w o r d s ：s c rs y s t e m ；f l u eg a sd e n i t r a t i o n ；m o d e l ；t h es i m u l a t i o no p e r a t i o n ； o p t i m i z a t i o n ；s o f t w a r e 华北电力大学硕士学位论文 1 1 选题背景及意义 第1 章绪论 所谓得氮氧化物是专指一氧化氮( n o ) 和二氧化氮( n 0 2 ) 的总称。氮氧化物是 构成大气污染和产生光化学烟雾的根由物质之一，污染危害广泛，而且往往是全球 性的。氮氧化物会刺激呼吸系统，还可通过光化学反应生成光化学的烟雾，光化学 烟雾会刺激人体呼吸系统造成伤害。n o 能使人中枢神经麻痹和窒息死亡。二氧化 氮会造成哮喘和肺气肿并破坏心肺功能及造血组织甚至死亡，其毒性强过n o 。n 0 2 在大气中参与一系列的光化学反应，生成臭氧和p a n ( 过氧乙酰硝酸酯) 一类的光 化学氧化剂。在城市环境中氮氧化物可以转化形成p m l o 和p m 2 5 。这些颗粒物能在 空气中漂浮很长时间和距离最后达到人肺的最敏感部位，所以氮氧化物会造成不同 方面的伤害。 目前，我国的氮氧化物年排放量仅次于美国。随着经济的快速发展，大气污染 也正从煤烟型向混合型转变，局部地区的硝酸型酸雨有所表现，混合型大气污染污 染的危害将使原来的煤烟型污染加剧，因此会导致社会经济的总损失会大大超过原 估计值的水平。 同烟气脱硫一样，在防治大气污染中，烟气脱硝也占据着很重要的的地位。n o x 和s 0 2 在性质，排放特征及防治对策等多方面存在许多异同。它们的主要来源都是 燃烧过程，都广泛存在地球环境之中；他们同样属于酸性气体并都能形成酸雨；它 们同样能严重危害人类健康和破坏生态环境。但是由于化学物理性质的不同，氮氧 化物的防治更加困难，其造成的灾害更加严重。控制的成本更加昂贵。 煤炭是中国的主要能源，尤其是在发电行业，数据显示2 0 0 6 年煤炭占能源消费 的6 6 ，其中过半的是用于发电行业。到2 0 0 5 年排放将达到1 6 0 0 万吨，数据表明 也是大部分来源于电厂排放【2 】。随着对电力的需求量不断的增长发电装机量也增加 了很多。2 0 1 0 年发电量也达到2 8 3 6 5 亿k w h ，火电的发电量为18 0 7 3 亿k w h ，占 8 3 2 。同时n o x 排放量也增加。如果不进行控制，预计到2 0 2 0 年发电量将达到 4 6 0 0 0 亿k w h ，发电装机容量将达到l l 亿k w ，燃煤机组约占6 5 亿k w ”j 。2 0 2 0 年 和2 0 3 0 年我国氮氧化物排放量将成为世界第一，而其中一般的排放量仍然来源于 火电厂的排放。 目前，大多数燃煤电厂主要采取了脱硫措施，控制二氧化硫的排放，以减少酸 雨的产生。但是由于氮氧化物的排放日趋严重，造成酸雨的类型由原来的硫酸型转 变为硝酸混合型。因此，如果不控制它的排放，那么花费巨大的二氧化硫控制效果 华：i 匕电力大学硕士学位论文 也将大大减弱。 其它地区早期就对大气的n o x 污染制定了十分严格的n o x 排放标准。现在， 火电厂n o x 控制技术主要有低n o x 燃烧和烟气脱硝两类”j 。因为低n o x 燃烧技术 无法满足环境保护的标准。所以必须采用烟气脱硝技术。比如美国已经开始逐步采 用烟气脱硝技术【5 】。与其他国家相比，我国的发展比较晚且慢，1 9 9 6 年我国颁布 的火电厂大气污染物排放标准( g b l 3 2 2 3 1 9 9 6 ) 对燃煤电厂n o x 排放提出了要 求，规定第三时段n o x 最高允许排放浓度为6 5 0 m g n m 3 ，可以看出要求标准低还 不如采用低n o x 燃烧技术水平。进入2 1 世纪后，我国发布了排污费征收使用管 理条例，要求2 0 0 4 年7 月开始征收氮氧化物的排污费用；然后颁布了新的火电 厂大气污染物排放标准( g b l 3 2 2 3 2 0 0 3 ) ，对燃煤电厂n o x 的排放提出了更严格 的要求1 6 l 。 目前，从“十一五”开始，对火电厂的排放氮氧化物实施总量的控制是最佳时机： 现在十二五的进行加速了对于火电厂的氮氧化物排放量的标准要求。2 0 0 3 年l2 月 2 3 日发布了火电厂大气污染物排放标准( g b l3 2 2 3 2 0 0 3 ) ，并于2 0 0 4 年一月一 日执行。2 0 11 年产生新的火电厂大气污染物排放标准，综合前排放标准数据表格如 表1 1 所示。在新标准中，自2 0 1 4 年7 月1 日起，现有火力发电机组执行表l l 标 准，自2 0 l2 年1 月1 日起，新建火力发电机组执行表1 1 标准。 表1 1火电厂锅炉及燃气轮机组氮氧化物允许最高排放浓度 m g m 3 时段第1 时段新规定执行时段 2 0 0 5 年1 月1 日 2 0 11 年 2 0 1 2 年之后 实施时间 v d 。f 2 0 2 0 0 燃油锅炉6 5 0新建锅炉1 0 0 燃油1 5 0 燃气轮机组 燃气 8 0 其中“十二五”是我国电力行业的重要时期，它很大力度上促进了经济的发展也 严格要求了火电厂的氮氧化物控制和排放。我国的氮氧化物排放量非常大。因此在 “十二五”期间，必须严格执行新的要求，对新老电厂有不用的针对控制方式。因为 国际环境标准的闩益提高，我国也要赶上国际脚步，于是，2 0 1 1 年提出了新的火f 包 厂大气排放标准，并废除了之前标准，新老电厂都要在脱硝方面有较大改进。 华北电力火学硕士学位论文 1 2 氮氧化物控制技术概述 现在对于n o 。的控制方法主要包括三种：燃烧前脱硝；在燃烧中脱硝；燃烧后 n o 。控制技术。前两种方法是减少燃烧中产生的n o 。，第三种方法则是对燃烧后烟 气中的n o 。进行防治处理。 1 2 1 燃烧前n o x 控制技术 燃烧前n o x 控制技术即将燃料煤转变为低氮的燃料。一般的燃料含氧量在 0 5 2 5 ，有一些国家已经对于这项技术有一定的研究，但是由于实施和成本方面 难度都很大，所以发展的空间很大。所以我国目前的状况是无法实现这项技术并利 用到实际生产中。 1 2 2 燃烧中n o x 控制技术低氮氧化物燃烧技术 技术主要有四种措施：燃料分级燃烧( 再燃技术) ；空气分级燃烧；烟气再循环以 及使用低氮氧化物燃烧器。基本原理主要都是减少燃料周围的氧浓度，并在氧浓度较低 的情况下，能够维持足够的停留时间，使燃料中不易生成n o x ；另外通过降低温度的峰 值，从而减少热力型n o x 生成。 1 2 3 燃烧后n o x 控制技术烟气脱硝技术 氮氧化物因为水溶性和活性比较差，所以影响了治理的效果从而角球较高的技术， 世界上每个国家都有开发不同的烟气氮氧化物治理的技术。氨脱除机理主要可以非为两 类两类：一个是传统n o x 治理技术，另一个是等离子体过程n o x 治理技术。传统治理 技术按照传统的方法在燃烧过程中对氮氧化物进行控制和脱除。等离子体过程治理技术 主要就是通过适当的方式产生等离子体，然后利用等离子体的微观物理化学过程脱除 n o x 。 现在随着社会发展，要求使用脱销效率更高的烟气脱硝技术。它主要可以分为催化 还原、吸收和吸附等方法：烟气脱硝从工艺可以分为湿法和干法两大类 9 j 。干法有选择 性催化还原法( s c r ) 和选择性非催化还原法( s n c r ) 【10 1 。因为氮氧化物水溶性和活 性差，所以主要使用的还是干法。干法主要利用还原剂，还原剂主要以n h 3 为主的氨基， 干法利用这个使氮氧化物还原生成无毒的n 2 和h 2 0 。以还原剂对烟气中的n o 可选择 性吸收。湿法烟气脱销技术主要利用吸收法，吸收法里分为两种：稀硝酸吸收法；碱性 吸收法。与干法相比，湿法的主要缺点是排水难以处理，装置过于复杂并且庞大，内利 材料腐蚀，副产品处理较难，电耗大。目前主要使用s c r 法和s n c r 法，因为s c r 法 成本低等的原因被广泛使用。 华北电力大学颂：f ：学位论文 1 3 国内外研究现状 1 3 1 国内研究现状 烟气脱硝技术已经得到发展与实施因为在这个要求日益严格的发展趋势下【1 1 】。烟气 脱销技术已经在发达国家得到了很大的应用，我国目前已经对其进行了许多研究项目， 引用了国外的先进技术为我国脱硝工艺发展做出了铺垫工作b 2 。 我国在2 0 世纪后的研究工作已取得了成绩，我国建设中以及建设好的燃煤电厂工 程如表1 2 【1 3 】。 表1 2我国建设好，在建设以及准备建设燃煤电站脱硝工程 建设状态项目技术来源 漳少i 1 后石电厂6 x 6 0 0 m w 中鼎& 日立s c r 建设完成 江苏太仓电厂2 x 6 0 0 m w江苏苏源环保s c r 厦门嵩屿电厂4 x 3 0 0 m w上海电气集团& i h is c r 广州恒运热电厂扩建工程2 x 3 0 0 m w东锅& 鲁奇s c r 浙江宁海电厂1 x 6 0 0 m w新大能源& 日立s c r 广东台山电厂1 x 6 0 0 m w 浙大能源& t o p s o es c r 宁波宁海电厂6 0 0 m w 国华北京第一热电厂4 x1 0 0 m w 大唐北京高井发电厂4 x 1 0 0 m w + 4 x 5 0 m w 建设中华电长沙电厂2 x 6 0 0 m w 大唐浙江乌沙山电厂1x 6 0 0 m w 山西阳城发电厂二期扩建工程2 x 6 0 0 m w 山西鲁晋王曲发电有限责任公司一期工程1 2 0 0 m w 上海外高桥第三发电厂工程三期1 0 0 0 m w 天津市东北郊热电厂新建项目6 0 0 m w 三河发电厂二期工程热电联产机组2 x 3 0 0 m w 北京市草桥燃气联合循环热电厂工程6 0 0 m w 到目前为止，已投运烟气脱硝工程的电厂有：福建漳州后石电厂6 x 6 0 0 m w 机组， 采用的是日立巴布科克公司的s c r 装置，催化剂采用l 层，设计脱硝率在4 0 以上； 江苏国华太仓电厂2 x 6 0 0 m w 机组，采用江苏苏源环保公司自主开发的s c r 脱硝技术， 设计的脱硝效率不小于9 0 ；福建嵩屿电厂4 x 3 0 0 m w 机组，采用上海石川岛工程有限 公司的s c r 装置。催化剂采用2 + i 层，初期设计脱硝效率为6 0 ，远期设计脱硝效率 为9 0 ；广东台山电厂五号机组( 6 0 0 m w ) 采用丹麦公司的催化剂，设计脱硝效率为 8 0 【1 4 】。 在s c r 法的应用过程中，为了摆脱催化剂完全依赖进口【1 5 】，2 0 0 5 年，东方锅炉( 集 团) 股份有限公司与德国k w h 公司合资成立的成都东方凯特瑞环保催化剂有限责任公 司合作生产脱硝催化剂，并且计划每年生j 弦s c r 催化剂的能力为4 5 0 0 立方米，预计产 华北l 乜力大学硕：t 学位论文 品除了销售给中国市场以及s c r 电厂一外，同时也销售给k w h 公司负责的欧洲和美因市 场。随之科林上1 ：保公司等也效仿东锅模式，建立了脱硝催化剂生产基地。苏源环保、重 庆远达、山东三融、大唐环境、浙江菲达等公司也都在积极进行脱硝催化剂的研究和开 发，为s c r 法烟气脱硝技术开发和应用奠定了良好的基础。 1 3 2 国外烟气脱硝技术研究进展 影响s n c r 技术的脱除效率因素主要包括四种：一是还原剂的喷射；二是还原剂与 烟气的混合；三是炉膛内烟气温度；四是停留时间等。但是s n c r 技术难以取得高的 n o x 脱除效率主要由于炉膛内的烟气和温度浓度环境十分复杂，并且这些环境条件会随 着周围变化发生巨大的变化。对于小型工业锅炉和小型电站锅炉它们的脱硝效率都比较 高造成这个的原因主要是因为炉膛较小，所以烟气温度和浓度环境条件都比大型锅炉的 均匀很多，从而也易于控制还原剂的喷射；换言之，对于大型锅炉，炉膛较小，烟气流 场、温度场和浓度场不均匀，变化较为明显，n o x 脱除效率较低。与s c r 技术相比， s n c r 的优点是其设备较少，初投资和运行费用低。从目前s n c r 技术发展状况来看， 中小型发电机组比较适合使用s n c r 技术 1 6 - 1 8 j 。 s c r 技术是目前国外应用比较广泛的一种烟气脱氮技术【l 弘2 l j 。在世界范围内，脱硝 技术工作做到最好的，日本就为其中之一。到2 0 0 2 年日本已经有大部分电厂使用了s c r 脱硝技术，经统计总容量达到2 3 1 g w 。同时日本为了日益完善技术用于满足世界的严 格要求标准，丌发了钒基钛基催化剂并取得了成功经验。在日本国家，s c r 技术不仅 仅应用于燃煤火电厂，还被广泛应用到了燃油和燃气电站的使用中。这在世界国家中已 经处于了领先的水平，烟气脱硝装置占电力行业使用的9 3 。 同时与r 本一样，德国的水平也较为先进。德国在引进技术之后，就规定了5 0 m w 以上的电站都得安装s c r 脱硝装置用于烟气脱硝，1 9 8 5 年1 2 月v e b a 电厂1 5 0 m w 及 a l t b a c h 电厂4 6 0 m w 机组都有大型脱硝装置投产。过段时期后某德国1 0 0 m w 电厂安装 了脱硝装置，并且脱硝装置安装在了除尘装置之后，这台装置最主要的特点就是在这台 设备上，粒状废石被第一次使用最为催化剂，不仅如此，还采用了不旋转的加热系统， 这也是第一次发生的。相比之下，美国的烟气脱硝技术发展较慢，发展时问晚，比如一 直到l9 9 7 年燃煤机组使用s c r 法德仅为8 个。但是从此之后美国在近十年内烟气脱硝 与控制技术有了很大迅速的发展，各种技术的引进以及先进的研究都为其做了强大的保 证，各种技术都在不同的机组类型中得到了很好的发展，何种气体脱硝技术的开发使降 低氮氧化物排放量有了技术的保证 2 2 1 。气预热器的运行和设计等在日本和欧洲都有很 大提高 2 2 25 1 。 虽然s c r 需要较高的投资，但由于许多国家的n o x 排放限制越来越严格，而s c r 技术的高脱硝率正好能满足其严格的要求，使得目前s c r 的应用呈现越来越强劲的趋 势 6 1 。 华北i 也力大学硕十：学位论文 1 4 课题研究内容 本课题将以某3 0 0 m w 机组燃煤电厂配套( i , * j s c r 法烟气脱硝装置为仿真研究对象，确 定处理工况条件( 当地气象条件、锅炉工况条件、燃烧煤种、烟气性质和环保要求等) 和s c r 法烟气脱硝装置的结构参数、运行调整参数，建立s c r 法烟气脱硝装置的仿真运 行模型和优化控制模型，开发燃煤电一s c r 法烟气脱硝装置优化控制的仿真运行软件。 通过对所搜集的有关本课题的资料进行仔细地阅读分析) ，确定本课题的主要研究 内容如下： 在满足燃煤电厂n 0 x 排放要求的前提下，尽量达到2 0 l l 提出将与2 0 1 2 年实施于新 电厂的新标准的2 0 0 m 咖3 的限制值。 1 研究燃煤电厂s c r 烟气脱硝装置的优化控制进行可行性分析 通过了解当前我国燃煤电厂采用s c r 法脱硝技术的现状，了解s c r 法脱硝装置 的使用情况及其可优化情况，对其进行可行性分析。 2 设计s c r 法烟气脱硝装置的优化控制系统，编制仿真软件 通过分析某燃煤电厂的详细资料，建立模型与开发软件，软件既能实现燃煤电 厂s c r 法烟气脱硝装置的全部仿真运行功能，又能实现燃煤电厂s c r 法烟气脱硝装 置的优化功能。该模型和软件应能进行仿真实验，以满足燃煤电厂s c r 法眼拿起脱 硝装置的科学研究和优化设计的需要。该软件能脱离v b 开发环境，在w i n d o w s 下独 立运行。 3 丰富仿真设计软件的内容 仿真设计软件除了包括以上的设计计算、结构系统图外，还可加入s c r 法脱硝 装置运行与控制等基本知识及对当前燃煤电厂脱硝的建议等以丰富软件的内容，进 一步实现仿真设计软件通用性的功能使其界面更加友好，设计流程的展现更加明 了。 华北电力大学硕：卜学位论文 第2 章烟气脱硝技术的选择 2 1 烟气脱硝技术介绍 2 1 1 选择性催化还原烟气脱硝技术 s c r 烟气脱硝法就是选择性催化还原法。它只要是指在一定温度内，在催化剂 的作用下，烟气中的氮氧化物被还原剂还原生成氮气和水的技术。烟气脱硝技术是 世界范围内效率最高成效最明显且应用最多的一种脱销技术。该方法反应温度比较 低，效率比较高，工艺的运行可靠，设备齐全，且无二次污染和副产品产生。以氨 为例的反应方程式为： 4 n h 3 + 4 n o + 0 2 4 n 2 + 6 h 2 0 ( 2 1 ) 4 n h 3 + 2 n 0 2 + 0 2 + 3 n 2 + 6 h 2 0 但- 2 ) 表2 一l 显示了部分国家电厂使用s c r 装置情况的统计数字【27 1 。 表2 1燃煤发电厂s c r 装置使用情况 2 8 1 国家屯厂数目，座电力装机，g w 德国 9 83 0 日本 9 7 2 4 奥地利 l l 2 荷兰3 1 5 瑞典 8 8 前苏联 1 2 3 意大利 3 4 1 2 s c r 是目前最好的固定源脱硝技术f 2 引。但是技术也有一些缺点： ( 1 ) 成本造价偏高，原因主要是使用了氨水类具有腐蚀性的物质，所以对设 施管路要求高，投资费用达到8 0 美元k w 3 0 】； ( 2 ) 氨的加入量不当会导致二次污染； ( 3 ) 由于氨的性质，造成操作和贮存不便； 华北电力大学硕士学位论文 2 1 2 选择性非催化还原烟气脱硝技术 s n c r 脱硝方法即选择性催化非催化还原方法【3 ，其原理与s c r 法有相同的 地方，要用还原剂反应，还原剂使用氨和尿素等，还原剂需在高温区加入，使气体 与还原剂反应。还原剂一般需要的温度较高，温度为8 0 0 l l o o ，在该条件下， 还原剂分解成为氮气。反应主要公式机理与s c r 法相同。s n c r 法受影响因素音响 比较大。化学反应为： n h 3 为还原剂： 尿素为还原剂： 4 n o + 4 n h 3 + 0 2 4 n 2 + 6 h 2 0 ( n h 2 ) 2 c 2 n h 2 + c o n h 2 + n o n 2 + h 2 0 2c o + 2n o 斗n 2 + c 0 2 ( 2 3 ) ( 2 4 ) ( 2 - 5 ) ( 2 6 ) s n c r 法的优点是： ( 1 ) 不需要催化剂： ( 2 ) 旧设备改造量小； ( 3 ) 投资较s c r 法少( 投资费用为l5 美元瓜w ) 1 3 2 】； 但是大部分锅炉都不使用这个方法。主要因为它有以下缺点： ( 1 ) 效率不高； ( 2 ) 增加原料的消耗量； ( 3 ) 需要的温度过高，温度过低的话则无法使催化剂产生相应所需要的活性，从 而降低脱硝效率。 ( 4 ) 氨泄漏流量大，造成了二次污染，并且会形成物质堵塞空气预热器，设备损 失大。 图2 1 为s n c r 系统工艺流程。炉膛壁面安装有还原剂喷嘴，还原剂通过喷嘴 喷入烟气中，并与烟气混合，反应后的烟气流出锅炉。整个系统由还原剂贮槽、还 原剂喷入装置和控制仪表构成。氨是以气态形式喷入炉膛，对于大型锅炉，尿素 s n c r 应用更普遍。 华北t u 力人：学颂卜学位论文 图2 一ls n c r 。i ：艺流程示意 1 氨或尿素贮槽；2 燃烧器；3 一锅炉；4 一空气加热器 s n c s c r 工艺与s n c r 工艺的比较，见表2 2 。 表2 2s c r 与s n c r l ：艺比较 工艺名称 选择性催化还原法( s c r ) 选择性非催化还原法( s n c r ) n o 。脱除效( ) 7 0 9 03 0 8 0 温度( ) 2 0 0 5 0 0 7 0 0 1 1 0 0 氨氮比 o 4 1 00 8 2 5 氨泄漏1 0 6 l i n e 4 y 2t h e n l i n e 4 b o r d e r c o l o r = l 2 b o r d e r c o l o r l 2 x 1 = l i n e 5 xl l 2 x 2 = l 2 x 1 l 2 y 1 = l i n e 5 y l l 2 y 2 = l 2 y l n = l e n di f c a s e1 l 2 y 2 = l 2 y 2 + 10 0 、 i fl 2 y 2 l i n e 5 y 2t h e n l i n e 5 b o r d e r c o l o r = l 2 b o r d e r c o l o r l 2 x 1 = l i n e 6 x l l 2 x 2 = l 2 x l l 2 y 2 = l i n e 6 y 2 l 2 y 1 = l 2 y 2 n = 2 e n di f c a s e2 l 2 y 1 = l 2 y 1 1 0 0 i fl 2 y l l i n e 7 x 2t h e n l i n e 7 b o r d e r c o l o r = l 2 b o r d e r c o l o r l 2 x 1 = l i n e 9 x 1 l 2 x 2 = l 2 x 1 l 2 y l = l i n e 9 y l l 2 y 2 = l 2 y 1 r l = 4 e n di f c a s e4 l 2 x 2 = l 2 x 24 - 1 0 0 i fl 2 x 2 l i n e 9 x 2t h e n l i n e 9 b o r d e r c o l o r = l 2 b o r d e r c o l o r l 2 y 1 = l i n e 4 y 1 l 2 y 2 = l 2 y l l 2 xl = l i n e 4 x 1 l 2 x 2 = l 2 x 1 l i n e 4 b o r d e r c o l o r = l i n e 3 b o r d e r c o l o r 3 2 华北电力大学硕士学位论文 l i n e 5 b o r d e r c o l o r = l i n e 3 b o r d e r c o l o r l i n e 6 b o r d e r c o l o r = l i n e 3 b o r d e r c o l o r l i n e 7 b o r d e r c o l o r = l i n e 3 b o r d e r c o l o r l i n e 9 b o r d e r c o l o r = l i n e 3 b o r d e r c o l o r n = 0 e n di f 。 e n ds e l e c t 5 5 5s c r 反应器运行界面 在主菜单界面以及总体脱硝反应系统运行界面中都可选择菜单按钮进入s c r 反应器运行界面的窗口。同样使用s h a p e 控件，l a b l e 控件等绘制出s c r 反应器运 行流程图，然后用线条画出烟气流向，用t e x t 控件编辑窗口用于反应实时变化的参 数。 在界面中为了达到形象动态，真实模拟电厂现实环境，加入了动画效果，动画 效果主要在t i m e r 下编辑，是其随时间变化呈现规律性变化，s c r 反应器运行界面 如图5 - 9 所示。 图5 - 9s c r 反应器运行界面 该窗体的与总体脱硝反应运行界面一样使用线条变色表示烟气流向。图中有风 机的动画效果，部分源程序如下： p r i v a t es u b t i m e r 2 一t i m e r ( ) s h a p e l9 v i s i b l e = t r u ea n ds h a p e l9 v i s i b l e2f a l s e 华北电力大学硕士学位论文 s h a p e 2 4 v i s i b l e = t r u ea n ds h a p e 2 4 s i b l e2f a l s e e n ds u b p r i v a t es u b t i m e r 3 一t i m e r ( ) s h a p e 2 0 s i b l e = t r u ea n ds h a p e 2 0 v i s i b l e = f a l s e s h a p e 2 5 s i b l e = t r u ea n ds h a p e 2 5 s i b l e = f a l s e s h a p e l 2 v i s i b l e = t r u ea n ds h a p e l 2 v i s i b l e 2 f a l s e s h a p e l4 s i b l e = t r u ea n ds h a p f l 4 s i b l e = f a l s e e n ds u b p r i v a t es u bt i m e r 4t i m e r 0 s h a p e 21 v i s i b l e = t r u ea n ds h a p e 21 v i s i b l e = f a l s e s h a p e 2 6 v i s i b l e = t r u ea n ds h a p e 2 6 v i s i b l e = f a l s e s h a p e l 3 v i s i b l e = t r u e a n ds h a p e l 3 v i s i b l e = f a l s e s h a p e l5 v i s i b l e = t r u ea n ds h a p e l 5 v i s i b l e = f a l s e e n ds u b 5 5 6 液氨存储及供应运行界面 液氨存储及供应运行界面可由主菜单，s c r 总体系统运行界面以及s c r 反应器 运行界面打开。 图5 一1 0 液氨存储及供应运行界面 如图5 1 0 所示，液氨从卸料压缩机出来后一直到氨空气混合器的整体过程模 拟，以线条的变动表示液氨运送线路，图中有液氨消耗量，氨氮比，稀释风量等数 据的随机变化，以便检测观察变化，模拟电厂运行。数据程序如下： p r i v a t es u bt i m e r 3t i m e t ( ) t e x t l = 3 2 4 + i n t ( 5 0 术r n d ( ) ) l 0 t e x t 2 = 4 7 0 0 牟i n t ( 5 0 术r n d 0 ) 华北电力大学硕士学位论文 t e x t 3 = 0 9 + i n t ( 10 车r n d 0 1 1 0 0 5 5 7 参数计算 本软件还包含了参数计算内容，用于计算参数指标。可从主界面进入参数计算， 如图5 1 l 所示，参数计算包括氨氮比，煤质分析，脱销效率等。 图5 1 l 参数计算选择界面 5 5 7 1 氨氮比计算界面 曼苎兰! 茎墨芷! 塑邈霞墅童篁隧签 涯目主再西 名称 戮 氯氮比 ， 图5 1 2 氨氮比计算界面 根据数学模型建立计算软件，打开氨氮比计算界面后，如图5 12 ，可以输入 参数，然后点击计算按钮，右侧则显示出计算结果。若要重新进行计算，可点击重 输按钮，清除原有数据，然后进行重新输入。 攀黪缓臻一一碍。镳滚蒺攀 船 量 龃 i 州 黼 化 含 气 含 化 黜 瓣 撇 靴 黜 率 ； 柢 螈 愀 帧 柢 幛 粹 气 气 气 气 鼓 筋 脚量 脚 脚 脚 脚 一一 华北电力大学硕士学位论文 5 5 7 2 煤质分析计算界面 图5 1 3 煤质分析计算输入界面 需要进行煤质分析时，可打开煤质分析计算界面，将所需计算参数输入文本框中。 量堕至童垂至羹互互要耍篁翌墼墼i 鋈醚 一二羔薹二一j 薹： 二一二：辫藿篓篓螯 & j ”肆# j 辽目= 再叠辽g 硼气含水置 震姻弋中舍i 【墨 基耵l 渔 夏电气中童c 0 2 宣 瑚1 2 m 2 口妇弋中帅掷睡 入口旧1 轴曲袜虞 是拦婕产饵唪投 图5 1 4 煤质分析计算结果界面 输入数据后，点计算按钮可得到结果，如图5 1 4 。但是如果数据输入不全， 则无法显示结果，计算程序会提醒填完后可计算。计算界面主要使用t e x t 控件，l a b e l 控件编辑界面，后台参数使用数学模型进行编译，部分代码如下： e = 煤质参数t e x t 5 t e x t ( 收到基氧) 靴|；。；：兰郇 黎一辩隧器一 一 貅篡=署一 华北电力大学硕士学位论文 f = 煤质参数t e x t 6 t e x t ( 收到基氮) g = 煤质参数t e x t 7 t e x t ( 收到基硫) h = 煤质参数t e x t 8 t e x t ( 过量空气系数) i = 煤质参数t e x t 9 t e x t ( 煤耗量) j = 0 0 8 8 9 车c + 0 0 3 3 3 母g + 0 2 6 6 7 术d 一0 0 3 3 3 木e j = f o r m a t ( j ，”0 0 0 0 ”) t e x t l t e x t = j 理论空气量：k = i 半h k = f o r m a t ( k ，”0 0 0 0 ”) 实际空气量：t e x t 2 t e x t = k l = o 0 18 6 6 事c + 0 0 0 7 宰g + 0 0 0 8 f + o 8 0 6 幸j + o 111 木d + 0 0 1 2 4 木a l = f o r m a t ( 1 ，”0 0 0 0 ”) 理论烟气量：t e x t 3 t e x t = l m = l + 1 0 1 6 l 丰m 1 ) 车j m = f o r m a t ( m ，”0 0 0 0 ”) 3 7 华北电力大学硕士学位论文 第6 章燃煤电厂烟气脱硝装置仿真软件的参数优化控制 6 1 控件优化 软件中考虑到清晰明白，真实模拟燃煤电厂运行环境，使用了启停控制以及曲 线变化等控件按钮，如图6 1 。 蒸 曩虿毳墨纂i 囊季习鋈蘸穗惑i 交癣。囊i 。，鎏。渣! i 基囊鼍舞鋈囊囊黪p 簿誉、。f1 墨：， 图6 1s c r 反应器运行界面按钮 图6 一l 为反应器运行界面的按钮，有启停操作按钮，启停操作控制程序中的 动画并且控制数字变化的开始停止，图中氨氮比变化按钮为曲线变化按钮查看，点 击可查看氨氮比的曲线变化。 在运行界面上有工作人员用于查看曲线变化的按钮， 蛳，j j | | 霪霪 ；厂霄丁t _ f _ ：霄习 图6 - 2 界面部分曲线变化界面 如图6 2 所示。 华北电力大学硕士学位论文 图6 2 是界面中部分曲线变化按钮截取，点击温度变化曲线界面后可显示温度 变化窗体，如图6 3 所示可以随时查看进口温度及出口温度的动态图，并同时显示 数据的变化，直观检测数据变化。 婆垦塑塑塑出蟹婆整塑塑堂燮茎塑鬯塑墼翌墼堕塑璧夔翌量耋羔鉴型墼咝= 燮薹釜终翌篓璧；型塑遵照缬题鎏醺楚墅塑塑鲤堕麴囊缓燮墼i 照塑鲤盥匿筮塑缝燮篓一：二一：。： 。“、。0 一。一， j i 、? _ i ；罐ij 辫i - 。一一一，- ji 。、一j 攀萋蘩爨、叠辫嚣鎏蓥黉藜黪豢i 蕊! 磐 j ：j0 j 1 0 慧1 - 毒j 二嚣；蔫妻姜薹嚣；? 擘荽尊1 麓曼美0 j ：t 、 5 e 艘1 。r 反应温度 滋蛔_ 篡： 鞭鬻j 鬻攀鬻鬻爨攀鬻鬻筏黧饕鬻瀚 ! 霉熹_ 豢荔粪篓鬻缀辫黼鬻溪满黼黼 ：0 _ _ 。董鋈簸懋簸辫麓添蕊鬻黎麓鬟霞震、_ _ “、 00 ：薹： 、，童漂缮蓊霆黧黼滋黼黼 ；鬻! 粪繁誊雾鬻鋈瑟懑鬟懑震溺 。 i ， 、：l。i ：冀1 “i _ i 萼尊一 。 一二一，。， 0 ： h 7 ， i ”j 3 9 7t h e n i = 0 p 1 c l s p 2 c l s e n di f 6 2s c r 脱硝效率的主要影响因素 软件有对参数进行计算优化，可进入脱硝效率界面如图6 - 4 。 3 9 华北电力大学硕士学位论文 图6 4 脱硝效率界面 6 2 1 烟气温度对脱硝效率的影响 反应温度决定了反应速度和反应的活性，温度过高时，催化剂通道会发生变形 从而加速了催化剂的衰老，还会使n h 3 直接转化为n o 。【44 1 。温度过低时，氨容易形 成副反应形成铵盐，一方面减少了与烟气反应的量，另一方面，让催化剂通道堵塞， 降低活性直接影响脱硝效率。目前的s c r 系统大多设定在2 8 0 4 2 0 。c 之间。 本课题选择了温度范围3 1 0 - - 4 2 0 c 的范围内进行了仿真计算。该试验的其他实验 条件为锅炉入口烟气流量为1 2 9 0 0 0 0m 3 h 、燃煤含氮量为1 2 、氨氮比0 7 5 ，在此条 件下