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北京達(dá)華潔能工程技術(shù)有限公司成立于2015年12月08日，注冊(cè)資金2000萬元。公司致力于電力行業(yè)節(jié)能減排技術(shù)研究及產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用，在行業(yè)內(nèi)是同步分區(qū)測量優(yōu)化噴氨先行者、總量優(yōu)化控制專家，公司擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大數(shù)據(jù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程智能控制。 ...
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當(dāng)前位置： 首頁 >> 解決方案 >> 脫硝流場優(yōu)化

脫硝流場優(yōu)化

脫硝煙氣流場偏差大，存在噴氨不均局部氨逃逸超標(biāo)的現(xiàn)象。影響脫硝下游設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，特別是空預(yù)器低溫段頻繁因硫酸氫氨積聚堵塞。致使電廠必須停爐對(duì)整個(gè)脫硝系統(tǒng)進(jìn)行改造。改造目的在于提高脫硝效率，達(dá)到NO_X排放標(biāo)準(zhǔn)，并減輕或消除煙道積灰及空預(yù)器磨損問題，是脫硝裝置高效、穩(wěn)定運(yùn)行。

· 流場模擬數(shù)學(xué)模型
脫硝煙氣流動(dòng)遵循質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒、能量守恒方程，湍流模型采用標(biāo)準(zhǔn)k—ε雙方程模型，壓力—速度耦合采用SIMPLE算法，氨氮混合采用組分輸運(yùn)模型。
假設(shè)流動(dòng)處于穩(wěn)態(tài)、入口速度均勻，入口邊界采用速度入口邊界，速度值由BMCR工況煙氣流量計(jì)算得到：出口邊界采用壓力出口邊界；催化劑采用蜂窩式多孔介質(zhì)模型，按催化劑壓降為200Pa設(shè)置阻力系數(shù)；導(dǎo)流板、整流格柵等均采用壁面邊界。

· 數(shù)值模擬結(jié)果與分析討論
★ 改造前模擬結(jié)果與分析
對(duì)改造前脫硝裝置進(jìn)行數(shù)值模擬，結(jié)果如圖2—圖7所示。圖2顯示，改造前省煤器出口水平擴(kuò)張煙道未設(shè)置導(dǎo)流板，煙氣無法在整個(gè)煙道內(nèi)均勻擴(kuò)張，煙氣主要從靠鍋爐中心線側(cè)流過，在遠(yuǎn)離鍋爐中心線側(cè)存在大范圍渦流，這是導(dǎo)致該區(qū)域煙道積灰嚴(yán)重的主要原因，也使噴氨區(qū)域煙氣速度分布不均勻（如圖3所示），截面速度Cv分布值為48.8%，靠鍋爐中心線側(cè)煙氣速度大，遠(yuǎn)離鍋爐中心線側(cè)煙氣速度小，噴氨區(qū)域煙氣速度分布與噴氨量難以匹配，不利于催化劑入口氨濃度均勻分布。

圖2 改造前省煤器出口擴(kuò)張煙道流場（俯視圖）

圖3 改造前噴氨區(qū)域煙氣速度分布圖4 改造前首層催化劑入口煙氣速度分布

改造前首層催化劑入口煙氣速度分布如圖4所示，截面煙氣速度分布均勻性良好，Cv值為10.2%，達(dá)到速度分布相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差CV≤10%流場指標(biāo)要求，但均勻性可以進(jìn)一步優(yōu)化。
圖5示出反應(yīng)器出口（即空預(yù)器入口）煙氣速度分布，截面速度分布Cv值為36.4%，左側(cè)速度高，右側(cè)速度低，從而導(dǎo)致空預(yù)器磨損嚴(yán)重問題的出現(xiàn)。脫硝反應(yīng)器出口煙氣速度分布雖然對(duì)脫硝本身不會(huì)造成影響，但對(duì)于空預(yù)器運(yùn)行卻影響很大。
改造前首層催化劑入口氨濃度分布如圖6所示，截面氨濃度分布均勻性較差，氨濃度Cv值為29.5%，無法滿足催化劑入口NH₃/NO_X摩爾比分布相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差CV≤5%指標(biāo)要求，從而導(dǎo)致改造前脫硝效率低。造成首層催化劑入口氨濃度分布均勻性差原因有2點(diǎn)：1）噴氨區(qū)域煙氣速度分布不均勻，導(dǎo)致噴氨區(qū)域煙氣速度分布與噴氨量不匹配；2）噴氨裝置的噴氨口和混合氣數(shù)量太少。改造前氨氣流線如圖7所示，噴氨過于集中且混合器間距大，難以使煙氣與氨氣充分混合。

圖5 改造前反應(yīng)器出口煙氣速度分布圖6 改造前催化劑入口氨濃度分布

★ 優(yōu)化后模擬結(jié)果分析
根據(jù)改造前流場存在的問題，提出優(yōu)化脫硝裝置措施（如圖8所示），包括：1）在省煤器出口水平擴(kuò)張煙道合理設(shè)置導(dǎo)流板；2）在整流格柵上游增設(shè)導(dǎo)流板；3）更換噴氨混合裝置；4）在反應(yīng)器出口上游轉(zhuǎn)彎煙道處增設(shè)導(dǎo)流板。對(duì)優(yōu)化后脫硝裝置BMCR工況下流場進(jìn)行數(shù)值模擬，結(jié)果如圖9—14所示。從圖9可以看出，優(yōu)化后在省煤器出口水平煙道段合理的設(shè)置導(dǎo)流板，煙氣在整個(gè)煙道內(nèi)均勻擴(kuò)張，消除了大范圍渦流，能有效減輕煙道積灰。

圖7 改造前氨氣流線圖8 優(yōu)化后脫硝裝置CFD模型

在省煤器出口水平煙道設(shè)置導(dǎo)流板也使噴氨區(qū)域煙氣速度分布均勻（如圖10所示），截面速度分布Cv值降為10.5%，有利于催化劑入口氨濃度均勻分布。優(yōu)化后首層催化劑入口煙氣速度分布如圖11所示，截面煙氣速度分布均勻性良好，Cv值為6.5%，速度分布均勻性優(yōu)于改造前。
圖12示出了反應(yīng)器出口煙氣速度分布，優(yōu)化后出口轉(zhuǎn)彎煙道處設(shè)置了導(dǎo)流板，使反應(yīng)器出口煙氣分布得到改善，截面速度分布Cv值降為13.3%，速度最大值也有明顯下降，可有效消除空預(yù)器磨損問題。因此，很有必要在反應(yīng)器出口煙道彎頭處合理設(shè)置導(dǎo)流板，使空預(yù)器入口煙氣速度分布均勻。

圖9 優(yōu)化后省煤器出口擴(kuò)張煙道流場（俯視圖）

圖10 優(yōu)化后噴氨區(qū)域煙氣速度分布圖11 優(yōu)化后首層催化劑入口煙氣速度分布

優(yōu)化后首層催化劑入口氨濃度分布如圖13所示，截面氨濃度分布均勻性得到顯著改善，氨濃度Cv值降為3%，滿足小于5%的指標(biāo)要求，可以很大程度上提高脫硝效率。通過更換噴氨混合器（如圖14所示），使噴氨不會(huì)過于集中而是均勻分散在整個(gè)截面上（如圖15所示），強(qiáng)化了煙氣和氨氣的混合，從而使催化劑入口氨濃度均勻分布。圖16示出了改造前和優(yōu)化后氨濃度分布均勻性沿豎直煙道截面變化情況（Z表示沿高度方向，噴氨母管高度位置為0），優(yōu)化后個(gè)界面氨濃度分布Cv值都比改造前小，說明優(yōu)化后氨濃度分布更趨于均勻。

圖12 優(yōu)化后反應(yīng)器出口煙氣速度分布圖13 優(yōu)化后首層催化劑入口氨濃度分布

圖14 優(yōu)化后噴氨混合裝置氨分布

圖15 優(yōu)化后氨氣流線

圖 16 改造前和優(yōu)化后氨濃度分布均勻性

★ 優(yōu)化結(jié)果表明
優(yōu)化后省煤器出口水平擴(kuò)張煙道合理設(shè)置導(dǎo)流板，消除了該區(qū)域的大范圍渦流，能有效減輕積灰；優(yōu)化后噴氨區(qū)域的速度分布均勻性大幅改善，有利于該區(qū)域均勻噴氨，大大強(qiáng)化了氨氣和煙氣的混合，使得催化劑入口氨濃度分布均勻，很大程度上提高了脫硝效率；優(yōu)化后在反應(yīng)器出口煙道彎頭處設(shè)置了導(dǎo)流板，空預(yù)器入口速度分布均勻，無明顯高速區(qū)，解決了空預(yù)器磨損嚴(yán)重的問題。按此優(yōu)化方案對(duì)脫硝裝置進(jìn)行了提效改造，脫硝效率得到了顯著提升，煙道積灰和空預(yù)器磨損問題得以解決，使脫硝裝置高效、穩(wěn)定運(yùn)行。