锅炉烟气scr脱硝超低排放提效改造流场优化研究

锅炉烟气scr脱硝超低排放提效改造流场优化研究

煤矿和气是指以煤为原料，通过化学加工，将煤转化为气体、液体、固体和化工生产过程。A煤化工热动厂配备A,B2台锅炉，原采用低氮燃烧+SCR（选择性催化还原技术）脱硝工艺，达到了GB13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》排放要求，NO对于烟气脱硝，SCR脱硝工艺是尾气脱硝工艺的主流技术，因其装置结构简单、可靠性好、脱硝效率高等优点，得到了广泛应用本文以A煤化工热动厂锅炉烟气脱硝提效改造工程为研究对象，采用CFD（计算流体力学）数值模拟方法对改造前流场进行校核，分析改造前流场存在的问题，阐述流场对SCR脱硝运行的影响，并根据校核情况对流场进行优化，以此改善脱硝系统的整体性能。1喷氨装置的设计该脱硝工程每台锅炉配置1台SCR脱硝反应器，改造前脱硝装置结构如图1所示。增加备用层后反应器共布置4层催化剂，喷氨装置由12根喷氨直管组成，每根喷氨管上均匀开设6个小喷嘴，总共72个小喷嘴。改造前，烟道内设置了部分导流装置对流场进行调整，如在喷氨上游的水平烟道变径处设置了导流板1和在喷氨下游顶部2个弯头处设置了导流板2，在催化剂上游设置了整流格栅使烟气竖直向下通过催化剂层，在空预器上游的变径烟道处也设置导流板3以调整空预器处的流场。2模型选取上的模型脱硝烟气流动遵循基本的守恒定律，包括：质量守恒、动量守恒、能量守恒定律，故所选数学模型需满足这三大守恒方程数值模拟时假设烟气为不可压缩的连续介质，流动处于定常流动，省煤器出口即模型入口的烟气速度分布均匀，且方向与截面垂直3流场评价指标为使脱硝高效稳定运行，要求流场相对标准偏差值是定量评价测试断面数据均匀性的依据，其值越小表明数据越均匀，采用C式(1)中，4数值模拟结果与分析4.1催化剂入口断面速度分布对改造前脱硝装置（见图1）的流场进行数值模拟校核，结果如图2～6所示。图2显示，改造前喷氨格栅上游多处弯头均未设置导流板，烟气基本上处于旋转式前进，气流较为紊乱，导致弯头处存在大范围涡流，烟道容易积灰。图3显示，改造前喷氨区域烟气速度分布不均匀，靠近锅炉侧烟气速度偏小，远离脱硝进口侧烟气速度偏大，速度分布相对标准偏差为17.2%，影响了喷氨下游的NH改造前首层催化剂入口断面速度分布如图4所示。截面烟气速度分布均匀性很差，速度的C改造前首层催化剂入口NH4.2脱硝系统优化方案根据改造前流场存在的问题，提出如下优化措施：a)取消原有导流板1，在喷氨格栅上游的弯头、变径烟道布置6组导流板；b)取消原有导流板2，重新设置整流格栅上游的导流板，并在斜坡烟道顶部设置窄条阻流板，防止远离脱硝进口侧速度过大；c)将喷氨装置由改造前的12根直管改为36根直管，分2层布置，每根直管上均匀布置4个小喷嘴，共计144个小喷嘴，这样每根直管上对应的喷嘴数量减少，可降低小喷嘴流量不均的程度，且采用分层布置为分区喷氨控制提供了条件；d)在喷氨格栅下游增设圆盘混合器，以促进NH根据优化方案建立的脱硝装置CFD模型如图7所示，对其流场进行数值模拟，结果如图8～12所示。从图8可看出，优化后在喷氨格栅上游弯头及变径处合理地设置导流板，基本消除了烟道内的大范围涡流，能有效减少烟道积灰；烟气在烟道内不再旋转式前进，流线平稳而顺滑，有利于减小烟道阻力。优化后喷氨区域速度分布如图9所示，喷氨格栅上游断面速度分布变均匀，相对标准偏差由原方案的17.2%降低至5.0%，均匀性有大幅改善，有利于NH优化后首层催化剂入口NH改造前和优化后的流场数值模拟统计结果对比如表1所示，优化后脱硝装置流场得到了显著改善，催化剂入口速度分布、NH5改造后的运营改造后对A锅炉、B锅炉脱硝反应器出口的NO6入口烟气速度分布不均匀、nhba)采用CFD数值模拟方法对改造前脱硝反应器流场进行校核分析，模拟结果显示改造前首层催化剂入口烟气速度分布不均匀、NHb)根据改造前流场校核模拟情况对流场进行优化，通过更改布置导流板，增设阻