專利名稱：一種基于cfd的工業(yè)鍋爐sncr脫硝裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及煙氣脫硝裝置，尤其涉及一種基于CFD的工業(yè)鍋爐SNCR脫硝裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)階段，我國(guó)工業(yè)鍋爐主要的脫硝技術(shù)可分為兩大類，一是燃燒優(yōu)化氮氧化物控制技術(shù)(包括:低過(guò)量空氣燃燒、空氣分級(jí)燃燒、燃料分級(jí)燃燒、再燃、煙氣再循環(huán)、循環(huán)流化床(CFB)燃燒技術(shù)等);二是煙氣脫硝技術(shù)(包括:SNCR技術(shù)、SCR技術(shù)、SNCR與SCR相結(jié)合)。工業(yè)鍋爐的尺寸比較小，混合相對(duì)比較容易，工業(yè)鍋爐的爐膛溫度恰好處于SNCR的反應(yīng)窗口內(nèi)，不需要大的改造空間，可通過(guò)對(duì)鍋爐的改造實(shí)現(xiàn)，同時(shí)SNCR技術(shù)由于成本較低，因此較為適合現(xiàn)有工業(yè)鍋爐的NOx脫除。SNCR技術(shù)，即選擇性非催化還原技術(shù)，是在爐膛85(Tll50°C這一溫度范圍內(nèi)、在無(wú)催化劑的作用下將NH3或者尿素等氨基噴入爐膛內(nèi)部，還原劑可選擇性的還原煙氣中的NOx，其最佳反應(yīng)溫度是900 1100°C。脫硝效率可控制在3(T80%之間，是目前應(yīng)用較多的煙氣脫硝技術(shù)之一。采用NH3作為還原劑，還原NOx的化學(xué)反應(yīng)方程式主要為:4NH3+4N0+02 — 4N2+6H204NH3+2N0+202 — 3N2+6H208NH3+6NO — 7N2+12H20SNCR技術(shù)還原NOx的反應(yīng)對(duì)于溫度條件非常敏感，反應(yīng)溫度窗口的選擇是SNCR還原NOx效率高低的關(guān)鍵之一，溫度窗口取決于煙氣組成、煙氣速度梯度、爐型結(jié)構(gòu)等參數(shù)。最佳的反應(yīng)溫度范圍為900 1100°C，溫度過(guò)高，還原劑被氧化成N0X，煙氣中的NOx含量不減少反而增加；溫度過(guò)低，反應(yīng)不充分，容易在尾部煙道處產(chǎn)生漏氨問(wèn)題，腐蝕受熱面和空預(yù)器等金屬表面，造成沾污、堵灰和漏風(fēng)現(xiàn)象，嚴(yán)重影響鍋爐的安全運(yùn)行。本發(fā)明針對(duì)SNCR反應(yīng)溫窗定位的問(wèn)題，借助CFD模擬爐膛溫度場(chǎng)，從而精確定位SNCR噴射點(diǎn)位置。爐膛內(nèi)部的溫度分布受到鍋爐負(fù)荷、煤種等多種因素的影響，溫度窗口隨著鍋爐負(fù)荷的變化而變動(dòng)。傳統(tǒng)的反應(yīng)溫度窗口的定位是根據(jù)鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)確定的各爐膛位置溫度分布，以及通過(guò)鍋爐本體現(xiàn)有的各個(gè)觀火窗和窺視孔進(jìn)行的溫度測(cè)量而確定。對(duì)于運(yùn)行時(shí)間不長(zhǎng)的鍋爐，該方法準(zhǔn)確性較高。對(duì)于運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)的鍋爐，由于爐膛內(nèi)水冷壁的結(jié)焦，導(dǎo)致水冷壁與鍋爐爐膛內(nèi)煙氣熱交換效率下降，在原鍋爐設(shè)計(jì)的反應(yīng)溫度窗口位置的煙氣溫度往往偏高，使得選擇反應(yīng)溫窗位置不夠精確。眾所周知，氮氧化物(NOx)是鍋爐燃燒的主要污染物排放之一，也是目前以及未來(lái)一段時(shí)期我國(guó)大氣環(huán)境管理和污染源排放控制的重點(diǎn)污染物。相對(duì)于燃煤電站鍋爐，我國(guó)工業(yè)鍋爐排放的NOx受重視程度較低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)現(xiàn)有工業(yè)鍋爐60萬(wàn)臺(tái)，年耗煤量約4億t，是僅次于電站鍋爐的耗煤大戶。我國(guó)工業(yè)鍋爐以中小型為主，數(shù)量多，分布廣，脫硝處理難以集中，排放的NOx在污染物比重中所占份額也很大。根據(jù)我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，燃煤鍋爐仍將是我們工業(yè)鍋爐的主流，然而現(xiàn)有工業(yè)鍋爐的爐膛內(nèi)煙氣混合及停留時(shí)間短，不能滿足SNCR脫硝反應(yīng)大于0.3秒的要求，不利于提高煙氣脫硝效率。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，脫硫效率高的基于CFD的工業(yè)鍋爐SNCR脫硝裝置。本實(shí)用新型通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種基于CFD的工業(yè)鍋爐SNCR脫硝裝置，包括爐膛、一個(gè)脫硝裝置，所述脫硝裝置包括裝有氨水溶液的容器、與容器管路連接的氨水泵、布置在爐膛燃燒區(qū)域上部的雙層噴嘴組、布置在爐膛頂部并與折焰角對(duì)應(yīng)處的單層噴嘴組；所述氨水泵的出口通過(guò)管路連接雙層噴嘴組和單層噴嘴組。在與雙層噴嘴組和單層噴嘴組連接的管路上設(shè)置有調(diào)節(jié)閥。雙層噴嘴組的噴嘴分為四排，布置在爐膛的前墻和后墻上的噴嘴每一排均有4個(gè)構(gòu)成，每個(gè)噴嘴的間隔距離是左墻邊界至右墻邊界寬度的20% ;布置在左墻和右墻上的噴嘴每一排均有2個(gè)構(gòu)成，每個(gè)噴嘴的間隔距離是前墻邊界至后墻邊界寬度的30%。所述雙層噴嘴組的噴嘴噴射角度為90°。單層噴嘴組的噴嘴分布在左墻、右墻和頂墻上，其中，左墻和右墻上各設(shè)I個(gè)，頂墻設(shè)4個(gè)；所述單層噴嘴組的噴嘴噴射角度為90°。左墻和右墻上的I個(gè)噴嘴至頂墻邊界的距離，是頂墻邊界至底墻邊界之間寬度的40% ;頂墻設(shè)4個(gè)，每個(gè)噴嘴的間隔距離是左墻邊界至右墻邊界寬度的20%。本實(shí)用新型與現(xiàn)有的技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):爐膛的燃燒區(qū)域上部的雙層噴嘴組為常開(kāi)噴嘴組，折焰角附近(水平煙道處)的單層噴嘴組選擇性開(kāi)啟噴嘴組，雙層噴嘴組和單層噴嘴組的位置，都在SNCR反應(yīng)溫度窗口區(qū)間內(nèi)噴射，實(shí)現(xiàn)高效脫硝。單層噴嘴組作為選擇性開(kāi)啟噴嘴，以應(yīng)負(fù)荷、煤種變化引起的NOx初始濃度上升和煙氣溫度的變化，從而達(dá)到環(huán)保要求。增加了脫硝裝置，氨水溶液通過(guò)氨水泵，按照雙層噴嘴組和單層噴嘴組預(yù)定的位置及角度噴入爐膛內(nèi)，使配比好的氨水溶液與爐膛內(nèi)的煙氣得到良好的霧化，雙層噴嘴組和單層噴嘴組的布局，加強(qiáng)了氨水溶液與爐膛內(nèi)煙氣混合及停留時(shí)間，滿足SNCR脫硝反應(yīng)大于0.3秒的要求，有利于提高煙氣脫硝效率。借助CFD對(duì)爐膛內(nèi)溫度場(chǎng)、流場(chǎng)進(jìn)行模擬分析，結(jié)合爐膛溫度場(chǎng)測(cè)試結(jié)果、熱力計(jì)算結(jié)果的設(shè)計(jì)布置，使得SNCR在工業(yè)鍋爐內(nèi)部反應(yīng)溫度窗口的定位更為精確，提高脫硝效率。本專利雙層噴嘴組和單層噴嘴組布局合理、脫硝效率高、環(huán)保效果好的優(yōu)點(diǎn)，可結(jié)合具體爐型、容量改造工業(yè)鍋爐，應(yīng)用前景廣闊。

圖1是本實(shí)用新型基于CFD的工業(yè)鍋爐SNCR脫硝裝置的示意圖。圖2是圖1中A-A剖面示意圖。圖3是圖1中B-B剖面示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述。實(shí)施例如圖1 圖3所示，本實(shí)用新型基于CFD的工業(yè)鍋爐SNCR脫硝裝置，包括爐膛3、一個(gè)脫硝裝置，所述脫硝裝置包括裝有氨水溶液的容器1、與容器I管路連接的氨水泵2、布置在爐膛3燃燒區(qū)域上部的雙層噴嘴組6、布置在爐膛3頂部并與折焰角8對(duì)應(yīng)處的單層噴嘴組9 ;所述氨水泵2的出口通過(guò)管路連接雙層噴嘴組6和單層噴嘴組9。在與雙層噴嘴組6和單層噴嘴組9連接的管路上設(shè)置有調(diào)節(jié)閥5，調(diào)節(jié)氣壓和水壓。雙層噴嘴組6的噴嘴6-1分為四排，布置在爐膛3的前墻7和后墻7_1上的噴嘴每一排均有4個(gè)構(gòu)成，布置在左墻7-2和右墻7-3上的噴嘴每一排均有2個(gè)構(gòu)成；所述雙層噴嘴組6的噴嘴6-1噴射角度為90°。布置在爐膛3的前墻7和后墻7-1上的噴嘴每一排均有4個(gè)噴嘴構(gòu)成，每個(gè)噴嘴的間隔距離是左墻7-2邊界至右墻7-3邊界寬度的20% ;布置在左墻7-2和右墻7_3上的噴嘴每一排均有2個(gè)構(gòu)成，每個(gè)噴嘴的間隔距離是前墻7邊界至后墻7-1邊界寬度的30%。上述分布，有效保證氨水溶液噴入爐膛3內(nèi)沿寬度方向氣流的均勻性，減少寬度方向的流場(chǎng)、溫度場(chǎng)差異，有利于提高煙氣脫硝效率。當(dāng)爐膛3內(nèi)穩(wěn)定燃燒工況建立后，噴嘴開(kāi)始噴射氨水溶液，維持噴射流量恒定，初速度控制在4(T50m/s，使之在爐膛3內(nèi)形成旋流區(qū)域，加強(qiáng)爐膛內(nèi)氣流混合及停留時(shí)間，滿足SNCR脫硝反應(yīng)大于0.3秒的要求，提高脫硝效率。單層噴嘴組9的噴嘴9-1分布在左墻7-2、右墻7-3和頂墻7_4上，其中，左墻7_2和右墻7-3上各設(shè)I個(gè)，頂墻7-4設(shè)4個(gè)；所述單層噴嘴組9的噴嘴9-1噴射角度為90°。左墻7-2和右墻7-3上的I個(gè)噴嘴至頂墻7_4邊界的距離，是頂墻7_4邊界至底墻7-5邊界之間寬度的40% ;頂墻7-4設(shè)4個(gè)，每個(gè)噴嘴的間隔距離是左墻7-2邊界至右墻7-3邊界寬度的20%。當(dāng)工業(yè)鍋爐負(fù)荷、煤種變化引起NOX初始濃度上升和煙氣溫度發(fā)生變化，開(kāi)啟單層噴嘴組9，噴嘴噴射的氨水溶液顆粒初速度控制在3(T40m/s，氨水溶液高速噴入帶來(lái)的擾動(dòng)，增強(qiáng)爐膛內(nèi)氣流的混合，優(yōu)化氣流組織，脫硝效率得到保障，使煙氣排放達(dá)到環(huán)保要求。針對(duì)鏈條工業(yè)鍋爐，建立鏈條爐排燃燒模型，以鏈條爐排實(shí)際燃燒條件作為爐膛CFD數(shù)值計(jì)算的邊界，對(duì)爐內(nèi)工況進(jìn)行了模擬分析，獲得理論上爐排上方煙氣溫度及其組分濃度分布，和測(cè)點(diǎn)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較，修正模擬并獲得準(zhǔn)確結(jié)果。結(jié)果表明，鏈條工業(yè)鍋爐適合SNCR反應(yīng)的區(qū)域處于通常出現(xiàn)在爐膛燃燒區(qū)域上部以及折焰角附近(屏式過(guò)熱器、再熱器處)。在此區(qū)域內(nèi)布置雙層噴嘴組6和單層噴嘴組9，以精確定位SNCR噴嘴位置的目的，從而提聞脫硝效率。本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知，鏈條工業(yè)鍋爐的送風(fēng)系統(tǒng)通常由一次風(fēng)和二次風(fēng)構(gòu)成。進(jìn)入爐膛的煤層隨著爐排由前至后緩慢移動(dòng)，完成預(yù)熱、干燥、著火、燃燒直至燃盡等各個(gè)階段，最后形成的灰渣排出爐膛。燃燒所需的空氣由爐排下部能夠分區(qū)調(diào)節(jié)配風(fēng)的一次風(fēng)提供。二次風(fēng)的主要作用是促進(jìn)爐膛內(nèi)的煙氣混合，為可燃?xì)怏w和碳粒充分燃燒提供良好的條件，而不是為供給燃燒所需的空氣。因此，二次風(fēng)風(fēng)量不宜過(guò)大，一般占全部空氣需求量的5% 10%，出口速度50 70m/s，二次風(fēng)壓為300(T4000Pa。[0035]本專利所用氨水溶液采用濃度為20% 30%的氨水混合溶液,通過(guò)調(diào)節(jié)兩者的體積比可以得到各種質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液。雙層噴嘴組6和單層噴嘴組9的噴嘴，可以通過(guò)電動(dòng)控制進(jìn)出爐膛3，當(dāng)開(kāi)始工作時(shí)進(jìn)入爐膛3內(nèi)開(kāi)始噴射；當(dāng)停止工作時(shí)，退出爐膛，可延長(zhǎng)雙層噴嘴組6和單層噴嘴組9的噴嘴使用壽命長(zhǎng)。如上所述便可較好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于CFD的工業(yè)鍋爐SNCR脫硝裝置，包括爐膛，其特征在于，還包括一個(gè)脫硝裝置，所述脫硝裝置包括裝有氨水溶液的容器、與容器管路連接的氨水泵、布置在爐膛燃燒區(qū)域上部的雙層噴嘴組、布置在爐膛頂部并與折焰角對(duì)應(yīng)處的單層噴嘴組；所述氨水泵的出口通過(guò)管路連接雙層噴嘴組和單層噴嘴組。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CFD的工業(yè)鍋爐SNCR脫硝裝置，其特征在于，在與雙層噴嘴組和單層噴嘴組連接的管路上設(shè)置有調(diào)節(jié)閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于CFD的工業(yè)鍋爐SNCR脫硝裝置，其特征在于，雙層噴嘴組的噴嘴分為四排，布置在爐膛的前墻和后墻上的噴嘴每一排均有4個(gè)構(gòu)成，布置在左墻和右墻上的噴嘴每一排均有2個(gè)構(gòu)成；所述雙層噴嘴組的噴嘴噴射角度為90°。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于CFD的工業(yè)鍋爐SNCR脫硝裝置，其特征在于，布置在爐膛的前墻和后墻上的噴嘴每一排均有4個(gè)噴嘴構(gòu)成，每個(gè)噴嘴的間隔距離是左墻邊界至右墻邊界寬度的20% ;布置在左墻和右墻上的噴嘴每一排均有2個(gè)構(gòu)成，每個(gè)噴嘴的間隔距離是前墻邊界至后墻邊界寬度的30%。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于CFD的工業(yè)鍋爐SNCR脫硝裝置，其特征在于，單層噴嘴組的噴嘴分布在左墻、右墻和頂墻上，其中，左墻和右墻上各設(shè)I個(gè)，頂墻設(shè)4個(gè)；所述單層噴嘴組的噴嘴噴射角度為90°。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于CFD的工業(yè)鍋爐SNCR脫硝裝置，其特征在于，左墻和右墻上的I個(gè)噴嘴至頂墻邊界的距離，是頂墻邊界至底墻邊界之間寬度的40% ;頂墻設(shè)4個(gè)，每個(gè)噴嘴的間隔距離是左墻邊界至右墻邊界寬度的20%。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于CFD的工業(yè)鍋爐SNCR脫硝裝置，包括爐膛、一個(gè)脫硝裝置，所述脫硝裝置包括裝有氨水溶液的容器、與容器管路連接的氨水泵、布置在爐膛燃燒區(qū)域上部的雙層噴嘴組、布置在爐膛頂部并與折焰角對(duì)應(yīng)處的單層噴嘴組；所述氨水泵的出口通過(guò)管路連接雙層噴嘴組和單層噴嘴組。增加了脫硝裝置，氨水溶液通過(guò)氨水泵，按照雙層噴嘴組和單層噴嘴組預(yù)定的位置及角度噴入爐膛內(nèi)，使配比好的氨水溶液與爐膛內(nèi)的煙氣得到良好的霧化，雙層噴嘴組和單層噴嘴組的布局，加強(qiáng)了氨水溶液與爐膛內(nèi)煙氣混合及停留時(shí)間，滿足SNCR脫硝反應(yīng)大于0.3秒的要求，有利于提高煙氣脫硝效率。本專利布局合理、脫硝效率高，應(yīng)用前景廣闊。
文檔編號(hào)B01D53/56GK202983499SQ20122064738
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月29日
發(fā)明者馬曉茜, 林有勝, 余昭勝 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)