基于数值模拟的1000MW燃煤机组SCR脱硝系统设计

烟气和NH3在反应器内速度场和浓度场分布是否均匀直接影响SCR技术的脱硝效率。采用FLUENT软件、结合多孔介质模型和组分输运方程对某1000 MW燃煤机组SCR脱硝系统进行数值模拟,获得了4种方案的速度场和浓度场。结果表明:加装导流叶栅和整流格栅,反应器内第一层催化剂入口断面烟气速度不均匀性小于15%。在获得最佳流场的前提下,涡流混合器保证了氨与烟气在反应器中的充分掺混。通过冷态模型试验验证了数值模拟的可靠性,数值计算有效地指导了SCR脱硝系统的设计。     

1000MW机组脱硝系统流场模拟与优化

脱硝装置中流场分布不均会严重影响脱硝效率及催化剂使用寿命。针对超超临界1 000 MW机组配套脱硝系统实际应用案例较少,经验不足等问题,以1 000 MW机组配套脱硝装置为仿真对象,通过改直角弯道为圆角弯道,在不同位置增设不同尺寸、形状的导流板,催化剂上方增设整流格栅对其内部流场进行优化,并通过云图及均方根值进行定性及定量分析。研究表明:导流板及整流格栅可以改变烟气流动的方向,对烟气进行深度整流,使烟道及催化剂上方截面速度分布偏差系数降低到15%以下。在SCR反应器及烟道内合理增设导流及整流装置,可以使流场分布趋于均匀,提高脱硝反应效率和催化剂使用寿命。     

选择性催化还原脱硝装置内部磨损数值模拟

为解决选择性催化还原(SCR)脱硝装置在运行中出现的喷氨喷嘴和催化剂层严重磨损问题,采用GAMBIT软件模拟脱硝装置内部流场的速度分布,并通过现场冷态试验验证模型的有效性。模拟结果表明:SCR脱硝装置入口处烟道存在上下或左右倾斜,整流格栅和转向弯头处存在高度差,使得烟气经过整流格栅后进入催化剂层的速度分布不均匀,导致喷氨喷嘴和催化剂层磨损;本文在数值模拟中改变引起流场分布不均的结构,能够解决其所造成的脱硝装置磨损问题;模拟结果与实际磨损状况一致,说明本文所用数值模型能准确模拟脱硝装置速度分布。     

燃用高沾污性煤质锅炉SCR脱硝流场优化

某2×300 MW机组选择性催化还原(SCR)烟气脱硝装置,自2013年运行以来,一直存在喷氨格栅、水平烟道和导流板等位置积灰严重,氨逃逸量明显超标,空气预热器差压高等问题。通过计算流体动力学(CFD)流场校核分析产生问题的原因,最终确定优化方案为:更换防积灰能力强、混合特性好的花瓣型喷氨格栅,优化导流板布置,并加大导流板和烟道壁面处流速以减轻积灰。优化后,喷氨格栅分区可调性能明显好转,SCR脱硝装置出口NOx质量浓度分布更为均匀,氨逃逸量显著降低,运行8个月后停炉检修时发现喷氨格栅、烟道和导流板异常堵灰的情况得到了根本解决。     

660MW燃煤电厂SCR脱硝系统CFD模拟优化研究

为探究流场和组分浓度分布对SCR装置脱硝效率和氨逃逸的影响进而提升脱硝性能,基于ANSYS FLUENT软件平台、耦合多孔介质模型和E-R脱硝反应动力学模型,建立国内某660 MW燃煤机组SCR系统的三维计算流体力学模型;详细分析不同负荷下烟气速度分布、组分浓度分布、脱硝效率和氨逃逸等流动反应特性;进而针对分区喷氨和静态混合器对脱硝性能的影响进行模拟与优化。结果表明:当顶部导流板倾角与楔形弯头倾角相同时,流场分离现象消失,速度分布更加均匀。较之于均匀喷氨方式,分区喷氨可使NH_3浓度均匀性提高55%、出口NO浓度偏差降低50%。采用平板型混合器结合分区喷氨策略,催化剂入口截面NH3浓度偏差系数小于2.5%,出口截面NO浓度偏差系数小于8%,局部最大氨逃逸为1.82mg/m~3,脱硝效率提高了7%,实现SCR装置的稳定高效运行。     

660MW机组SCR系统喷氨格栅堵塞的原因分析及优化

为分析某660 MW燃煤机组喷氨格栅堵塞的问题,利用Fluent软件模拟了反应器内流场的分布。研究发现:由于反应器存在2个变截面烟道,因此喷氨格栅处的流场分布极不均匀,靠近变截面烟道一侧出现明显的低速区。为提高首层催化剂入口氨氮比分布的均匀性,低速区对应的喷氨阀门开度较小,从而导致了该区域喷嘴堵塞。通过对烟道内导流板布置的调整,可明显提高低速区烟气的速度,喷氨格栅截面的速度相对偏差系数由28%降低至21.5%。     

SCR脱硝系统静态混合器喷氨口尺寸优化设计

以某330 MW燃煤机组SCR脱硝系统为研究对象,优化设计喷氨口尺寸,同时基于CFD软件,模拟BMCR工况不同喷氨口对催化剂入口流场及组分分布的影响,研究最佳喷氨口尺寸对机组变工况的适应性。结果表明,适当增大喷氨口直径、喷氨速度略小于烟气主流速度时,催化剂首层入口氨氮摩尔比分布和氨气摩尔浓度分布均匀性较好。BMCR工况下最优喷氨口直径为0.21 m,以0.21 m为设计方案,当机组运行工况的减小,系统压降、氨气摩尔浓度偏差、氨氮摩尔比偏差均降低,满足运行要求。     

SCR烟气脱硝数学模拟研究

选择性催化还原法(SCR)脱硝反应器中的烟气流动情况对于脱硝反应的实际效果有显著影响.对SCR反应器入口烟气流场、SCR反应器氨浓度分布及SCR反应器出口烟气流场进行数学模拟.通过在弯头处增加弧形导流板,调整喷氨阀门开度,在SCR反应器出口段加装了4个垂直的导流板后,优化了SCR脱硝反应器中的烟气流速和氨浓度分布,在保证氨逃逸率的前提条件下,使脱硝效率达到设计值;通过模拟对烟道及反应器进行优化,大大降低了烟气对催化剂的冲刷,消除了烟道及反应器的飞灰沉积.     

SCR脱硝系统流道均流装置数值模拟与优化

为改善某选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)烟气脱硝系统流道的流场分布,采用ANSYS-Fluent软件对该流道流动情况进行数值模拟,利用正交试验方法设计18组计算工况,分析不同结构参数的导流板、多孔板、整流格栅对喷氨格栅(ammonia injection grid,AIG)上游和第1层催化剂入口速度均匀性的影响。模拟结果表明:多孔板开孔率对AIG上游速度均匀性影响最大,整流格栅间距对第1层催化剂入口速度均匀性影响最大;在优化方案下,AIG上游相对标准偏差系数Cv1值为3.94%,第1层催化剂入口相对标准偏差系数Cv2值为4.33%,系统压降为517Pa。     

基于影响因子的SCR脱硝系统喷氨量优化模拟

为提高某660MW机组选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)脱硝系统出口NO_x浓度分布均匀性,基于性能试验的实测烟气数据作为模拟入口边界条件,对烟气的湍流流动、多组分扩散和化学反应进行CFD数值计算。模拟分析了100%、75%和50%这3个典型工况下的烟气流场规律,得到5个分区及42个喷嘴喷氨对催化剂入口截面18个区域氨浓度分布影响因子,建立并求解最优喷氨量的矩阵方程。对优化后的喷氨量进行模拟得到3个工况出口NO_x浓度的相对标准偏差分别为13.7%、15.3%和17.6%,出口均匀性显著提高。结果表明采用影响因子定量计算最优喷氨量的方法适用于不同工况,且计算效率高,为实际喷氨优化调整试验和运行提供理论参考。     

低位布置燃气轮机SCR烟气脱硝数值模拟研究与应用

以某低位布置E级燃气蒸汽联合循环机组余热锅炉为例,进行了选择性催化还原（SCR）脱硝技术数值模拟研究,得到余热锅炉SCR烟气脱硝系统流场和余热锅炉内部喷氨格栅的放置位置。结果表明:对于低位布置的燃气轮机,在扩口段烟道设置导流板能够有效改善催化剂入口截面上速度分布均匀性;提出了一种适用于余热锅炉扩口烟道的分割仓式导流板结构;采用分区可调的多组一体式氨注射混合器能在较短距离内加强氨气和NOx的混合;将喷氨格栅布置在模块2之前时,催化剂入口截面上NH3分布均方根偏差为2.05%;在机组实际运行时对喷氨格栅进行分区优化调整可以获得最佳的余热锅炉出口截面NOx分布均匀性和最小的氨逃逸量。     

锅炉负荷变化对脱硝系统内烟气流动影响研究

为研究锅炉负荷变化对脱硝系统运行的影响,采用CFD方法对不同锅炉负荷时脱硝系统内烟气流动过程进行数值模拟,对比了50％,70％和100％三种锅炉负荷下,烟气NOx浓度分布、速度分布和温度分布差异,结果表明:负荷变化时,催化区域前后区域烟气流速会随之变化,但烟道内烟气流动规律基本相似;定量喷氨时,催化层入口区域内烟气各组...     

300 MW机组锅炉SCR装置流场研究

通过数值模拟和模型试验的方法,对某电厂300 MW机组锅炉选择性催化还原(SCR)烟气脱硝装置内的流场分布进行了研究.通过调整烟道结构、安装导流叶片以及延长整流格栅前导流叶片长度等,改善了流场分布.改进后SCR装置内催化剂来流烟速分布均匀性及方向性、催化剂来流氨氮摩尔比、脱硝系统阻力、催化剂来流灰量分布均匀性等指标均满足技术要求.     

脱硝系统新型涡流喷氨混合装置流场数值模拟

SCR脱硝系统的性能取决于进入脱硝反应器的氮氧化物与还原剂氨气混合的均匀程度和烟气速度分布。提出了一种新型的涡流喷氨混合装置,并对其流场进行了三维数值模拟。分析表明,涡流喷氨混合装置能够使进入第1层催化剂的烟气与氨气均匀混合,催化剂入口截面氨气浓度偏差小于10%,混合效果良好;在2个烟道转弯处等距离布置4块导流板,反应器上部等距离布置11块导流板后,烟气速度场达到偏差小于15%的设计要求,因此该新型涡流喷氨混合装置完全能够替代传统的喷氨格栅。     

省煤器烟气旁路在SCR烟气脱硝系统中的应用

由于机组低负荷运行时,选择性催化还原(SCR)烟气脱硝系统的入口烟气温度低于最低喷氨温度,会导致SCR系统无法喷氨运行。为此,需设置省煤器烟气旁路。以某火电厂600MW机组SCR系统为例,通过数值模拟的方法得到最佳省煤器烟气旁路方案,即将省煤器旁路入口设于喷氨格栅前,将部分接口伸入进口烟道内,加深高温烟气进入SCR系统水平烟道的射入距离,有利于高温烟气和低温烟气迅速混合。该方案实施后,第1层催化剂入口截面上烟气平均温度为319℃,烟气温度分布的最大偏差为2.4%,满足最低喷氨温度要求。     

多变截面SCR脱硝系统优化改造

为了解决某电厂600 MW机组选择性催化还原(SCR)脱硝系统存在脱硝效率低以及空气预热器磨损严重的问题,利用数值模拟分析该问题的原因,对该机组SCR脱硝装置进行了优化改造。结果表明:在省煤器出口水平扩张段的多变截面烟道采用小角度、多片数方法设计导流板,消除了水平扩张段的涡流低速区和高速区,提高了喷氨上游烟气流动的均匀性,并且使水平扩张段的流动阻力降低;对比涡流静态混合式喷氨、线性喷氨和分区喷氨,分区喷氨可以更好地控制首层催化剂入口氨氮摩尔比分布的均匀性,进而提高脱硝效率、减少氨逃逸;在SCR脱硝反应器出口到空气预热器入口增加导流板可以提高空气预热器入口烟气流速分布的均匀性,减轻空气预热器的磨损。     

SCR防堵灰型流场优化技术及工程应用

贵州地区燃煤机组普遍燃用高硫、高灰分及高沾污性煤质,选择性催化还原（SCR）脱硝系统普遍存在喷氨格栅、水平烟道、导流板、整流格栅和催化剂等位置严重积灰,及氨逃逸量高和空气预热器等后续设备堵塞的问题。为此,本文提出SCR防堵灰型流场优化技术,并应用于贵州某电厂660 MW机组W型炉SCR脱硝系统。该技术改造方案是将原喷氨格栅更换为防积灰型花瓣式喷氨格栅,优化导流板形式和布置,加大导流板和烟道底部壁面流速以减轻积灰,优化入射整流格栅角度。改造后运行5个月停炉检查,喷氨格栅、烟道壁面和导流板严重堵灰问题得到了根本解决,为SCR脱硝系统发挥正常性能,降低氨逃逸量,保证后续设备安全可靠运行提供了有利条件。     

大型火电机组SCR烟气脱硝全流场数值模拟分析与优化

针对某1 000 MW机组选择性催化还原烟气脱硝系统内流场分布不均与氨逃逸值过大的现象,采用ANSYS Fluent软件对该系统进行数值模拟研究。通过分析原模型的流场、浓度场、氨逃逸与脱硝效率等特性,分别提出针对流场分布的三角区域扰流板布置方案和针对反应物浓度场分布的氨气入口角调整与平衡喷氨策略。研究结果表明:在三角烟道区域顶部增设5块平行扰流板可缓解烟气在壁面处速度过大的现象,催化剂入口流速相对标准偏差由16.31%下降至8.10%,有效地提高了系统的流场分布均匀性;在采用氨气入口角优化结合平衡喷氨策略后,催化剂入口氨气浓度相对标准偏差下降至20.62%,反应器出口的氨逃逸量平均值由0.120 03×10–3 mol/m3下降至0.058 23×10–3 mol/m3,降低了氨逃逸对后续系统的影响。     

某电厂SCR烟气脱硝系统氨分布均匀性试验与分析

通过对某电厂SCR脱硝系统出入口烟气流速、NOx浓度以及氧含量等参数测试,调节喷氨量,进行氨分布均匀性试验。结果表明,该电厂SCR脱硝系统氨均布调整试验前A、B侧出口烟气中NOx浓度相对标准偏差较大,分别为80%和78%,烟气中NH3浓度分布与NOx浓度分布不匹配;氨均布调整试验后烟气中NH3浓度分布与NOx浓度分布相匹配,A、B侧烟气NOx浓度相对标准偏差较小,分别为14%和17%,脱硝效率和脱硝出口烟气中NH3浓度满足性能保证值。     

基于流场多变的SCR脱硝系统喷氨优化调整试验

为解决负荷变化直接影响脱硝系统入口烟气流场,导致喷氨匹配较差,造成脱硝系统出口氨逃逸率升高而引起空气预热器堵灰等问题,对某电厂600 MW机组选择性催化还原(SCR)装置,在600MW负荷下进行了现场喷氨优化调整试验,并基于流场多变,对现场优化调整试验后的效果,在320MW工况下进行了验证试验。结果表明:喷氨优化后,反应器A、B出口的NO_x质量浓度分布均匀性均有明显提高,其相对标准偏差分别由27.8%、20.2%降低到16.2%、14.6%;在脱硝效率和氨氮摩尔比变化幅度不大的情况下,反应器A、B两侧的平均氨逃逸率分别下降了63.6%和64.3%,优化效果显著;320 MW负荷下SCR反应器出口NO_x质量浓度分布仍然不均匀,其相对标准偏差增大,且在氨氮摩尔比一定时其脱硝效率低于600 MW工况,与理论方法分析的结果相比实际测试脱硝效率值偏低。建议改进或优化脱硝系统进口烟道的整流装置实现流场均匀,以改善脱硝系统出口NO_x分布的均匀性,降低氨逃逸率,同时提高脱硝效率。