一種切圓燃燒煤粉鍋爐scr系統(tǒng)脫硝運(yùn)行優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種煤粉鍋爐SCR系統(tǒng)脫硝運(yùn)行優(yōu)化方法，具體為：采用數(shù)值模擬方法，考慮鍋爐結(jié)構(gòu)和運(yùn)行情況獲得鍋爐出口的煙氣流速和NOx濃度分布均勻性及偏差，以此作為SCR系統(tǒng)入口邊界條件，獲取SCR反應(yīng)器內(nèi)的煙氣流速和NH3/NOx分布均勻性及偏差；根據(jù)煙氣流速和NH3/NOx，優(yōu)化調(diào)整SCR系統(tǒng)煙道上的氨噴嘴的噴氨流量，將煙氣流速偏大的區(qū)域?qū)?yīng)的氨噴嘴的噴氨流量調(diào)大，將煙氣流速偏小的區(qū)域?qū)?yīng)的氨噴嘴的噴氨流量調(diào)小；將NH3/NOx偏小的區(qū)域?qū)?yīng)的氨噴嘴的噴氨流量調(diào)大，將NH3/NOx偏大的區(qū)域?qū)?yīng)的氨噴嘴的噴氨流量調(diào)小。本發(fā)明綜合考慮鍋爐和SCR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行情況進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，提高SCR系統(tǒng)脫硝效率，減少氨的噴入量和逃逸率，提高鍋爐機(jī)組運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。
【專利說(shuō)明】—種切圓燃燒煤粉鍋爐SCR系統(tǒng)脫硝運(yùn)行優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煤粉燃燒脫硝【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種切圓燃燒煤粉鍋爐SCR系統(tǒng)脫硝運(yùn)行優(yōu)化方法，尤其適用于四角切圓和墻式切圓燃燒煤粉鍋爐。
【背景技術(shù)】
[0002]中國(guó)一次能源消費(fèi)以煤炭為主，煤炭消費(fèi)約占一次能源消費(fèi)的70%以上，并且這種以煤為主的能源結(jié)構(gòu)在今后的一段時(shí)期內(nèi)都不會(huì)改變。煤燃燒產(chǎn)生的氮氧化物(NO、NO2和N2O,統(tǒng)稱NOx)排放是大氣污染物主要來(lái)源之一。NOx會(huì)直接危害人體健康，還會(huì)導(dǎo)致酸雨與光化學(xué)煙霧的形成和造成大氣溫室效應(yīng)。新的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2012)，將 NOx (以 NO2 計(jì))濃度由(GB13223-2003)的 450-1100mg/m3 消減為100-200mg/m3，對(duì)NOx排放控制提出了更緊迫和更嚴(yán)格的需求。
[0003]國(guó)內(nèi)外發(fā)展了許多控制煤燃燒過(guò)程中NOx排放的技術(shù)措施，主要可分為兩大類:
(I)低NOx燃燒技術(shù)，主要有低NOx燃燒器、空氣分級(jí)燃燒、燃料分級(jí)燃燒、再燃技術(shù)和煙氣再循環(huán)；(2)煙氣脫硝技術(shù)，主要包括選擇性催化還原法(SCR)和選擇性非催化還原法(SNCR)。燃燒控制技術(shù)基本思想是，通過(guò)各種技術(shù)手段抑制燃燒過(guò)程中NOx的生成反應(yīng)，或是設(shè)法造成缺氧富燃的燃燒區(qū)域，使已生成的NOx被部分還原。煙氣脫硝技術(shù)是向煙氣噴射氨、尿素等氨基還原劑，利用其選擇性地將NOx轉(zhuǎn)化為N2和H2O的工藝。因?yàn)橐欢囟确秶鷥?nèi)NH3只和煙氣中NOx發(fā)生反應(yīng)，而一般并不與煙氣中氧發(fā)生反應(yīng)，這種有選擇的化學(xué)反應(yīng)稱之為選擇性降低NOx法。選擇性煙氣脫硝方法有分為SNCR法和SCR法。由于現(xiàn)有低氮燃燒技術(shù)的限制，僅采用爐內(nèi)低氮燃燒技術(shù)，鍋爐NOx排放量達(dá)不到新的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，因此采用爐內(nèi)低氮燃燒技術(shù)與煙氣選擇性還原脫硝技術(shù)，是新建和現(xiàn)役大型電站鍋爐低氮技術(shù)改造的最優(yōu)選擇。SNCR技術(shù)在爐膛上部向爐膛煙氣中噴氨，由于不采用催化劑，NH3還原NOx反應(yīng)只能在950~1050°C這一狹 窄溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，對(duì)運(yùn)行工況變化的適應(yīng)性較差，實(shí)際運(yùn)行脫硝效率低不到50% ;而且未反應(yīng)NH3會(huì)泄漏到鍋爐尾部受熱面，引起尾部受熱面堵塞、結(jié)渣和腐蝕，還會(huì)造成新的污染。因此，目前煙氣脫硝技術(shù)主要是SCR技術(shù)。
[0004]SCR技術(shù)使用NH3和催化劑將NOx還原成N2,反應(yīng)溫度大大降低且范圍較寬(IOO0C -4500C ) ;SCR技術(shù)具有很高的脫硝效率，在見13/^0!￡摩爾比為I的條件下，可以達(dá)到90%以上的脫硝效率。在實(shí)際運(yùn)行中，影響SCR系統(tǒng)脫硝運(yùn)行性能的因素主要有反應(yīng)器中流動(dòng)均勻性、NOx分布均勻性、ΝΗ3/Ν0χ摩爾比、氨逃逸率、催化劑性能、鍋爐運(yùn)行工況等(湯元強(qiáng)，燃煤電廠SCR煙氣脫硝系統(tǒng)優(yōu)化與飛灰顆粒運(yùn)動(dòng)的研究[D].碩士論文，上海:上海交通大學(xué)，2012)。
[0005](I)流動(dòng)均勻性
[0006]反應(yīng)器中流動(dòng)均勻性對(duì)NOx分布均勻性和NH3/NOx的混合效果很重要，是SCR裝置設(shè)計(jì)和運(yùn)行中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。如果流動(dòng)均勻性不好，NH3與煙氣混合不均，即使氨的輸入量不大，氨與NOx也不能充分反應(yīng)，不僅達(dá)不到脫硝的目的還會(huì)增加氨泄漏。需要采用合理的噴嘴格柵，導(dǎo)流和均流裝置設(shè)計(jì)，改善流動(dòng)和NOx分布均勻性，使氨和煙氣均勻混合的，避免由于氨和煙氣的混合不均所引起的一系列問(wèn)題。
[0007](2) NOx分布均勻性
[0008]由于鍋爐燃燒條件不當(dāng)，可能造成爐膛內(nèi)局部區(qū)域NOx生成量和濃度偏高，導(dǎo)致在SCR系統(tǒng)中NOx分布不均；如果不能有針對(duì)性進(jìn)行噴氨的優(yōu)化調(diào)整，會(huì)使脫硝效率降低，NOx排放量超標(biāo)。
[0009](3)ΝΗ3/Ν0χ 摩爾比
[0010]理論上，I摩爾NOx需要I摩爾NH3脫除，NH3量不足會(huì)使脫硝效率降低，但NH3過(guò)量又會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染；通常NH3的噴入隨著鍋爐機(jī)組運(yùn)行工況的變化而變化。還原劑NH3的用量一般根據(jù)期望達(dá)到的脫硝效率，通過(guò)設(shè)定NOx與NH3的摩爾比來(lái)控制。當(dāng)其摩爾比較小時(shí)，NOx與NH3的反應(yīng)不完全，NOx轉(zhuǎn)化率低。當(dāng)摩爾比超過(guò)一定范圍時(shí)，NOx轉(zhuǎn)化率不再增加，造成還原劑NH3的浪費(fèi)，氨逃逸量增大。
[0011]⑷氨逃逸率
[0012]若NH3量控制不好，不僅使成本增加，而且將導(dǎo)致兩個(gè)主要問(wèn)題:空氣預(yù)熱器換熱面的腐蝕和飛灰的污染。由于多余的氨與煙氣中的SO3反應(yīng)生成硫酸氫銨，當(dāng)后續(xù)煙道煙溫降低時(shí)，硫酸氫銨就會(huì)附著在空氣預(yù)熱器表面和飛灰顆粒管板，造成腐蝕和堵塞，影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。
[0013](5)催化劑性能
[0014]不同的催化劑有不同的活性和物理性能，這決定了不同的結(jié)構(gòu)和表面積。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于選定的催化劑，結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單，表面積越大，越有利于催化劑的布置和反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)物的反應(yīng)。在氨氮摩爾比、反應(yīng)器尺寸一定的條件下，催化劑活性越大，降低NOx生成量的可能性就越大，SCR反應(yīng)器中填裝的催化劑活性成份一般有V205、W03、Mo03等。
[0015](6)鍋爐運(yùn)行工況
[0016]鍋爐運(yùn)行工況的變化對(duì)SCR系統(tǒng)的影響一方面體現(xiàn)在氨的噴入量和位置上；當(dāng)鍋爐運(yùn)行工況，如負(fù)荷、過(guò)量空氣系數(shù)、配風(fēng)方式、磨煤機(jī)運(yùn)行方式等改變時(shí)，SCR系統(tǒng)入口流動(dòng)均勻性和NOx含量也隨之改變，為了維持一定的ΝΗ3/Ν0χ比，保證脫硝效率，必須及時(shí)調(diào)整氨的噴入量和位置；另一方面，鍋爐運(yùn)行工況變化時(shí)，煙氣溫度也隨之變化，對(duì)反應(yīng)速度和催化劑的活性也將有所影響。
[0017]但實(shí)際運(yùn)行中，SCR系統(tǒng)運(yùn)行中存在以下問(wèn)題:(I)脫硝效率低于設(shè)計(jì)值，NOx排放量達(dá)不到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)；(2)反應(yīng)不完全導(dǎo)致部分NH3逃逸，運(yùn)行成本升高；(3) NH3逃逸造成二次污染，導(dǎo)致空氣預(yù)熱器等設(shè)備腐蝕和堵塞，對(duì)鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行造成隱患。
[0018]導(dǎo)致上述問(wèn)題的原因主要有:(I)目前，我國(guó)處于SCR脫硝系統(tǒng)大規(guī)模建設(shè)時(shí)期，系統(tǒng)設(shè)備和技術(shù)供應(yīng)方和發(fā)電廠都主要關(guān)注SCR脫硝系統(tǒng)的建設(shè)，還缺乏對(duì)SCR系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展。(2)在SCR系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要考慮SCR系統(tǒng)內(nèi)通過(guò)加裝導(dǎo)流和均流裝置等來(lái)改善反應(yīng)器內(nèi)流動(dòng)和NOx分布均勻性。實(shí)際上，鍋爐燃燒方式、爐膛和尾部煙道結(jié)構(gòu)、鍋爐運(yùn)行工況條件都會(huì)對(duì)SCR入口煙氣流動(dòng)和NOx分布的均勻性產(chǎn)生很大影響。對(duì)于切圓燃燒煤粉鍋爐，高溫煤粉氣流火炬在爐膛中強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)上升，由于旋轉(zhuǎn)殘余的影響，在爐膛上部過(guò)熱器受熱面屏區(qū)會(huì)沿爐膛寬度方向產(chǎn)生煙氣速度和流量偏差(Yin C G.Furtherstudy of the gas temperature deviation in large-scale tangentially coal-firedboilers[J].Fuel, 2003, 821127-1137.);這種偏差經(jīng)過(guò)尾部煙道后，會(huì)傳遞到SCR系統(tǒng)入口截面，導(dǎo)致其流動(dòng)和NOx分布均勻性產(chǎn)生偏差，進(jìn)而會(huì)降低SCR反應(yīng)器中流動(dòng)和NOx分布均勻性。鍋爐運(yùn)行工況變化，SCR系統(tǒng)入口截面和反應(yīng)器中流動(dòng)和NOx分布均勻性也會(huì)隨之改變。針對(duì)這些因素影響，運(yùn)行中如果不及時(shí)調(diào)整，系統(tǒng)脫硝效率降低，排放超標(biāo)，氨逃逸率增力口，加重二次污染，會(huì)嚴(yán)重影響整個(gè)鍋爐機(jī)組系統(tǒng)運(yùn)行的安全、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保性能。而目前運(yùn)行調(diào)整中，都沒(méi)有考慮這些因素的影響。(3)針對(duì)(2)中所述SCR系統(tǒng)入口截面和反應(yīng)器中流動(dòng)和NOx分布不均勻特性和偏差，缺乏有效的NH3噴入控制優(yōu)化方法和手段，包括NH3噴入的位置和流量的確定方法和簡(jiǎn)便易行的噴NH3調(diào)整控制手段。
[0019]綜上所述，發(fā)展SCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化方法和技術(shù)，提高脫硝效率，減少氨的噴入量和逃逸率對(duì)鍋爐機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保運(yùn)行都很重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]本發(fā)明提供一種切圓燃燒煤粉鍋爐SCR系統(tǒng)脫硝運(yùn)行優(yōu)化方法，其目的在于，綜合考慮鍋爐和SCR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行情況來(lái)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，提高SCR系統(tǒng)脫硝效率，減少氨的噴入量和逃逸率，提高鍋爐機(jī)組運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。
[0021]一種煤粉鍋爐SCR系統(tǒng)脫硝運(yùn)行優(yōu)化方法，包括以下步驟:
[0022]步驟SOl:根據(jù)鍋爐實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸建立流動(dòng)、燃燒和傳熱三維數(shù)值模型，以實(shí)際運(yùn)行條件設(shè)置鍋爐入口和壁面邊界條件，在不同運(yùn)行工況下研究鍋爐爐膛和尾部煙道煙氣流速和NOx分布特性，獲得鍋爐出口即SCR系統(tǒng)入口截面的煙氣流速和NOx濃度分布均勻性及偏差;
[0023]步驟S02:根據(jù)SCR系統(tǒng)實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸建立流動(dòng)和組分輸運(yùn)三維數(shù)值模型，以步驟SOl獲得的煙氣流速和NOx濃度分布均勻性及偏差模型值為入口邊界條件，在不同運(yùn)行工況下研究SCR系統(tǒng)內(nèi)煙氣流速以及NH3與NOx比值分布特性，獲得SCR系統(tǒng)反應(yīng)器中煙氣流速以及NH3與NOx摩爾比分布均勻性及偏差；
[0024]步驟S03:在SCR系統(tǒng)出口布置測(cè)量點(diǎn)，采用網(wǎng)格法測(cè)量得到SCR系統(tǒng)出口截面的NOx和NH3的排放量和分布均勻性；
[0025]步驟S04:根據(jù)步驟SOl和S02中獲取的煙氣流速和NH3與NOx摩爾比分布均勻性及偏差，并以步驟S03獲取的SCR系統(tǒng)出口截面NOx和NH3的排放量達(dá)到設(shè)計(jì)值和均勻分布為目標(biāo)，優(yōu)化調(diào)整SCR系統(tǒng)煙道上的氨噴嘴的噴氨流量，調(diào)整方法為:
[0026]將SCR系統(tǒng)入口煙氣流速偏大的區(qū)域?qū)?yīng)的氨噴嘴的噴氨流量調(diào)大，將煙氣流速模型值偏小的區(qū)域?qū)?yīng)的氨噴嘴的噴氨流量調(diào)??；
[0027]將SCR系統(tǒng)反應(yīng)器內(nèi)NH3與NOx摩爾比比偏小的區(qū)域?qū)?yīng)的氨噴嘴的噴氨流量調(diào)大，將NH3與NOx摩爾比偏大的區(qū)域?qū)?yīng)的氨噴嘴的噴氨流量調(diào)??；
[0028]按照上述方式反復(fù)調(diào)整和測(cè)量，直到SCR系統(tǒng)出口截面的NOjJP NH3排放量和分布均勻性滿足預(yù)定要求。
[0029]進(jìn)一步地，在步驟SOl中建立鍋爐三維模型時(shí)考慮水平煙道、過(guò)熱器受熱面、再熱器受熱面、轉(zhuǎn)向室、尾部煙道低溫過(guò)、再熱器受熱面和省煤器受熱面、煙氣調(diào)節(jié)擋板對(duì)SCR系統(tǒng)入口截面煙氣流速和NOx分布均勻性均勻性及偏差的影響。
[0030]進(jìn)一步地，在步驟S03中建立SCR系統(tǒng)模型時(shí)考慮SCR系統(tǒng)內(nèi)部導(dǎo)流板、噴氨裝置和均流格柵對(duì)SCR反應(yīng)器內(nèi)煙氣流速和NH3與NOx摩爾比分布均勻性及偏差的影響。[0031]本發(fā)明的技術(shù)效果體現(xiàn)在:
[0032]本發(fā)明的切圓燃燒煤粉鍋爐SCR系統(tǒng)脫硝運(yùn)行優(yōu)化方法，通過(guò)數(shù)值模擬方法，考慮鍋爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運(yùn)行情況獲得鍋爐出口即SCR系統(tǒng)入口截面的煙氣流速和NOx濃度分布均勻性及偏差，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步考慮SCR系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運(yùn)行情況獲取SCR反應(yīng)器內(nèi)的煙氣流速和ΝΗ3/Ν0χ分布均勻性及偏差；并根據(jù)煙氣流速和ΝΗ3/Ν0χ，優(yōu)化調(diào)整SCR系統(tǒng)煙道上的氨噴嘴的噴氨流量，將煙氣流速偏大的區(qū)域?qū)?yīng)的氨噴嘴的噴氨流量調(diào)大，將煙氣流速偏小的區(qū)域?qū)?yīng)的氨噴嘴的噴氨流量調(diào)小，將nh3/nox偏小的區(qū)域?qū)?yīng)的氨噴嘴的噴氨流量調(diào)大，將MVNOx偏大的區(qū)域?qū)?yīng)的氨噴嘴的噴氨流量調(diào)??；采用本方法，經(jīng)過(guò)幾次反復(fù)反復(fù)調(diào)整和測(cè)量，將ΝΗ3/Ν0χ調(diào)整至1.0左右，SCR系統(tǒng)出口截面的NOx和NH3排放量和分布均勻性滿足預(yù)定要求。優(yōu)化調(diào)整后，可獲得如下效果:(I)提高SCR系統(tǒng)脫硝效率，降低鍋爐NOx排放量，滿足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)；(2)減少噴氨量和NH3逃逸量，降低SCR系統(tǒng)運(yùn)行成本；(3)減少NH3逃逸量，降低二次污染程度，可有效緩解空氣預(yù)熱器等設(shè)備腐蝕和堵塞，提升鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行性能。該方法可用于四角切圓和墻式切圓燃燒煤粉鍋爐。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1是本發(fā)明煤粉鍋爐SCR系統(tǒng)脫硝優(yōu)化運(yùn)行方法流程示意圖；
[0034]圖2是本發(fā)明實(shí)施實(shí)例中的切圓燃燒鍋爐和SCR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖(正視方向)；
[0035]圖3是本發(fā)明實(shí)施實(shí)例中的切圓燃燒鍋爐上爐膛過(guò)熱器屏區(qū)及水平煙道煙氣流速偏差不意圖(俯視方向)；
[0036]圖4是本發(fā)明實(shí)施實(shí)例中的切圓燃燒鍋爐SCR系統(tǒng)煙道上氨噴嘴布置示意圖(俯視方向)。
【具體實(shí)施方式】
[0037]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0038]本發(fā)明提供了一種用于提高切圓燃燒煤粉鍋爐SCR系統(tǒng)脫硝效率，降低其運(yùn)行成本和提高其鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行安全性的SCR系統(tǒng)脫硝運(yùn)行優(yōu)化方法。該方法同時(shí)考慮鍋爐運(yùn)行工況、鍋爐爐膛與煙道結(jié)構(gòu)以及SCR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響，實(shí)施步驟如圖1所示:
[0039]步驟SOl:根據(jù)鍋爐實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸建立流動(dòng)、燃燒和傳熱三維數(shù)值模型，尤其是對(duì)水平煙道、過(guò)熱器受熱面、再熱器受熱面、轉(zhuǎn)向室、尾部煙道低溫過(guò)、再熱器受熱面和省煤器受熱面、煙氣調(diào)節(jié)擋板等都要按照實(shí)際結(jié)構(gòu)處理；采用實(shí)際運(yùn)行條件設(shè)置入口和壁面邊界條件，在不同運(yùn)行工況下研究爐膛和尾部煙道煙氣流速和NOx分布特性，獲得SCR系統(tǒng)入口截面(鍋爐尾部煙道出口截面)煙氣流速和NOx分布均勻性及偏差，并將其導(dǎo)出成為數(shù)據(jù)文件保存，作為步驟S02中SCR系統(tǒng)模擬的入口邊界條件。鍋爐爐膛、煙道和受熱面系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖見圖2，圖中1-爐膛、2—過(guò)熱器、3—再熱器、4一轉(zhuǎn)向室、5—低溫再熱器、6—省煤器。鍋爐上爐膛過(guò)熱器屏區(qū)及水平煙道流動(dòng)偏差示意圖見圖3。本步驟建模方法可采用本領(lǐng)域常用的方法，例如計(jì)算流體力學(xué)法CFD (參考:韓才元，徐明厚，周懷春，邱建榮.煤粉燃燒[Μ].北京:科學(xué)出版社，2001.)，上述方法只是示例，不限于此，由于是現(xiàn)有技術(shù)在此不再贅述。
[0040]步驟S02:根據(jù)SCR系統(tǒng)實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸建立流動(dòng)和組分輸運(yùn)三維數(shù)值模型，對(duì)導(dǎo)流、均流和氨噴嘴裝置以及反應(yīng)器按照實(shí)際結(jié)構(gòu)處理；將步驟SOl中導(dǎo)出的數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入，作為SCR系統(tǒng)入口截面煙氣流速和NOx分布特性的入口邊界條件，在不同工況下研究SCR系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)和ΝΗ3/Ν0χ分布特性，獲得SCR系統(tǒng)反應(yīng)器中煙氣流速和ΝΗ3/Ν0χ分布均勻性及偏差。SCR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖見圖2，圖中7—SCR系統(tǒng)入口、8—導(dǎo)流板、9—噴氨裝置、10—整流裝置、11—反應(yīng)器、12—SCR系統(tǒng)出口。本步驟建模方法可采用本領(lǐng)域常用的方法，例如湯元強(qiáng)在燃煤電廠SCR煙氣脫硝系統(tǒng)優(yōu)化與飛灰顆粒運(yùn)動(dòng)的研究中(碩士論文，上海:上海交通大學(xué)，2012.)提到的方法，上述方法只是示例，不限于此，由于是現(xiàn)有技術(shù)在此不再贅述。
[0041]步驟S03:在SCR系統(tǒng)出口布置測(cè)量點(diǎn)，采用網(wǎng)格法(GB10184-88，電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程[S].1989.)測(cè)量此出口截面的NOx和NH3的排放量和分布均勻性。
[0042]步驟S04:根據(jù)步驟SOl和S02中獲取的模型值，并以步驟S03中的SCR系統(tǒng)出口截面NOx和NH3的排放量達(dá)到預(yù)設(shè)值和均勻分布為目標(biāo)，優(yōu)化調(diào)整SCR系統(tǒng)煙道上的氨噴嘴的噴氨流量(鍋爐SCR系統(tǒng)煙道上氨噴嘴布置示意圖見圖4);調(diào)整方法為:(I)將SCR系統(tǒng)入口煙氣流速偏大的區(qū)域?qū)?yīng)的氨噴嘴的噴氨流量調(diào)大，而將煙氣流速偏小的區(qū)域?qū)?yīng)的氨噴嘴的噴氨流量調(diào)??；將SCR系統(tǒng)反應(yīng)器內(nèi)ΝΗ3/Ν(^β小的區(qū)域?qū)?yīng)的氨噴嘴的噴氨流量調(diào)大，將ΝΗ3/Ν03β大的區(qū)域?qū)?yīng)的氨噴嘴的噴氨流量調(diào)小；(2)經(jīng)過(guò)(I)中的調(diào)整后，再次對(duì)SCR系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值模擬，考察SCR系統(tǒng)反應(yīng)器內(nèi)ΝΗ3/Ν0χ分布均勻性和偏差，測(cè)量SCR系統(tǒng)出口截面的NOj^PNH3的排放量和分布均勻性；并據(jù)此再次對(duì)不同只噴嘴噴氨流量進(jìn)行調(diào)整，方法同上；(3)經(jīng)過(guò)幾次反復(fù)反復(fù)調(diào)整和測(cè)量，將SCR系統(tǒng)反應(yīng)器內(nèi)ΝΗ3/Ν0χ調(diào)整至1.0左右，均勻分布，并使SCR系統(tǒng)出口截面NOx和NH3的排放量達(dá)到預(yù)設(shè)值且均勻分布。
[0043]現(xiàn)以一臺(tái)700MW四 角切圓燃燒煤粉鍋爐多工況SCR系統(tǒng)脫硝運(yùn)行優(yōu)化為例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0044]步驟SOl:根據(jù)該700MW鍋爐實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸建立流動(dòng)、燃燒和傳熱三維數(shù)值模型；在多工況條件下，采用實(shí)際運(yùn)行條件設(shè)置入口和壁面邊界條件，研究爐膛和尾部煙道煙氣流速和NOx分布特性，獲得SCR系統(tǒng)入口(鍋爐尾部煙道出口 )煙氣流速和NOx分布均勻性和偏差。
[0045]鍋爐采用四角切圓燃燒方式，煤粉氣流火焰沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)；在爐膛上部過(guò)熱器受熱面區(qū)域，由于旋轉(zhuǎn)殘余的影響，會(huì)沿爐膛寬度方向產(chǎn)生煙氣速度和流量偏差；導(dǎo)致右側(cè)煙氣速度和流量都高于左側(cè)，如圖3所示。模擬結(jié)果表明，這種偏差特性導(dǎo)致SCR系統(tǒng)入口截面右側(cè)和左側(cè)煙氣流速和NOx分布產(chǎn)生偏差，右側(cè)煙氣流速和流量、NOx濃度大于左側(cè)。將這種偏差特性導(dǎo)出成為數(shù)據(jù)文件保存，作為步驟S02中的SCR系統(tǒng)模擬的入口邊界條件。
[0046]步驟S02:根據(jù)SCR系統(tǒng)實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸建立流動(dòng)和組分輸運(yùn)三維數(shù)值模型；在多工況條件下，將步驟SOl中導(dǎo)出的數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入，作為SCR系統(tǒng)入口截面煙氣流速和NOx分布均勻性的入口邊界條件，在所有氨噴嘴噴氨流量相同的條件下，研究SCR系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)和NH3/NOx分布特性，獲得SCR系統(tǒng)反應(yīng)器中煙氣流速和ΝΗ3/Ν0χ分布均勻性和偏差。結(jié)果表明，ΝΗ3/Ν0χ存在偏差，右側(cè)ΝΗ3/Ν0χ偏小，而左側(cè)ΝΗ3/Ν0χ偏大。[0047]步驟S03:在SCR系統(tǒng)出口布置測(cè)量點(diǎn)，采用網(wǎng)格法測(cè)量此出口截面的NOx和NH3的排放量和分布均勻性。結(jié)果表明，右側(cè)NOx濃度偏高，而左側(cè)NH3濃度偏高。這說(shuō)明右側(cè)脫硝效率偏低，左側(cè)逃逸率NH3偏高。
[0048]步驟S04:根據(jù)步驟SOl和S02中的煙氣流速、NOx分布和ΝΗ3/Ν0χ分布偏差結(jié)果，并以步驟S03中的SCR系統(tǒng)出口截面NOx和NH3的排放量達(dá)到設(shè)計(jì)值和均勻分布為目標(biāo)，對(duì)不同氨噴嘴的噴氨流量進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，將SCR系統(tǒng)反應(yīng)器內(nèi)ΝΗ3/Ν0χ調(diào)整至1.0左右，改善ΝΗ3/Ν0χ分布均勻性。結(jié)合圖4來(lái)說(shuō)明優(yōu)化調(diào)整方法:(I)將12只氨噴嘴噴氨流量由原來(lái)均勻設(shè)置改為偏差設(shè)置，適當(dāng)增大右側(cè)I~6號(hào)噴嘴噴氨流量，適當(dāng)減小左側(cè)7~12號(hào)噴嘴噴氨流量，使12只噴嘴噴氨流量按照1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11與12號(hào)的順序依次遞減。
(2)經(jīng)過(guò)(I)中的調(diào)整后，再次對(duì)SCR系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值模擬，考察SCR系統(tǒng)反應(yīng)器內(nèi)ΝΗ3/Ν0χ分布均勻性和偏差，測(cè)量SCR系統(tǒng)出口截面的NOx和NH3的排放量和分布均勻性；并據(jù)此再次對(duì)12只噴嘴噴氨流量進(jìn)行調(diào)整，方法同上。(3)經(jīng)過(guò)幾次反復(fù)調(diào)整和測(cè)量后，將SCR系統(tǒng)反應(yīng)器內(nèi)ΝΗ3/Ν0χ調(diào)整至1.0左右，均勻分布，并使SCR系統(tǒng)出口截面NOx和NH3的排放量達(dá)到預(yù)設(shè)值且均勻分布。
[0049]經(jīng)本實(shí)施例的SCR系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化后，脫硝運(yùn)行性能提升如下表:
[0050]
【權(quán)利要求】
1.一種切圓燃燒煤粉鍋爐SCR系統(tǒng)脫硝運(yùn)行優(yōu)化方法，包括以下步驟: 步驟SOl:根據(jù)鍋爐實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸建立流動(dòng)、燃燒和傳熱三維數(shù)值模型，以實(shí)際運(yùn)行條件設(shè)置鍋爐入口和壁面邊界條件，在不同運(yùn)行工況下研究鍋爐爐膛和尾部煙道煙氣流速和NOx分布特性，獲得鍋爐出口即SCR系統(tǒng)入口截面的煙氣流速和NOx濃度分布均勻性及偏差; 步驟S02:根據(jù)SCR系統(tǒng)實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸建立流動(dòng)和組分輸運(yùn)三維數(shù)值模型，以步驟SOl獲得的煙氣流速和NOx濃度分布均勻性及偏差模型值為入口邊界條件，在不同運(yùn)行工況下研究SCR系統(tǒng)內(nèi)煙氣流速以及NH3與NOx摩爾比分布特性，獲得SCR系統(tǒng)反應(yīng)器中煙氣流速以及NH3與NOx摩爾比分布均勻性及偏差； 步驟S03:在SCR系統(tǒng)出口布置測(cè)量點(diǎn)，采用網(wǎng)格法測(cè)量得到SCR系統(tǒng)出口截面的NOx和NH3的排放量和分布均勻性； 步驟S04:根據(jù)步驟SOl和S02中獲取的煙氣流速和NH3與NOx摩爾比分布均勻性及偏差，并以步驟S03獲取的SCR系統(tǒng)出口截面NOx和NH3的排放量達(dá)到設(shè)計(jì)值和均勻分布為目標(biāo)，優(yōu)化調(diào)整SCR系統(tǒng)煙道上的氨噴嘴的噴氨流量，調(diào)整方法為: 將SCR系統(tǒng)入口煙氣流速偏大的區(qū)域?qū)?yīng)的氨噴嘴的噴氨流量調(diào)大,將煙氣流速模型值偏小的區(qū)域?qū)?yīng)的氨噴嘴的噴氨流量調(diào)?。? 將SCR系統(tǒng)反應(yīng)器內(nèi)NH3與NOx摩爾比比偏小的區(qū)域?qū)?yīng)的氨噴嘴的噴氨流量調(diào)大，將NH3與NOx摩爾比偏大的區(qū)域?qū)?yīng)的氨噴嘴的噴氨流量調(diào)小； 按照上述方式反復(fù)調(diào)整和測(cè)量，直到SCR系統(tǒng)出口截面的NOx和NH3排放量和分布均勻性滿足預(yù)定要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種切圓燃燒煤粉鍋爐SCR系統(tǒng)脫硝運(yùn)行優(yōu)化方法，其特征在于，在步驟SOl中建立鍋爐三維模型時(shí)考慮水平煙道、過(guò)熱器受熱面、再熱器受熱面、轉(zhuǎn)向室、尾部煙道低溫過(guò)、再熱器受熱面和省煤器受熱面、煙氣調(diào)節(jié)擋板對(duì)SCR系統(tǒng)入口截面煙氣流速和NOx分布均勻性均勻性及偏差的影響。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種切圓燃燒煤粉鍋爐SCR系統(tǒng)脫硝運(yùn)行優(yōu)化方法，其特征在于，在步驟S02中建立SCR系統(tǒng)模型時(shí)考慮SCR系統(tǒng)內(nèi)部導(dǎo)流板、噴氨裝置和均流格柵對(duì)SCR反應(yīng)器內(nèi)煙氣流速和NH3與NOx摩爾比分布均勻性及偏差的影響。
【文檔編號(hào)】B01D53/90GK103752170SQ201410020138
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月16日
【發(fā)明者】方慶艷, 張 成, 陳剛, 袁洪濤, 鐘禮今, 王國(guó)強(qiáng) 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué), 廣東省粵電集團(tuán)有限公司珠海發(fā)電廠