鄒紅果
(大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司,北京 100091)
合體式煙道、反應(yīng)器在脫硝工程中的可行性分析
鄒紅果
(大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司,北京 100091)
介紹了合體式煙道、反應(yīng)器的布置方式,并對(duì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性以及流場(chǎng)方面進(jìn)行了可行性分析。
合體式煙道、反應(yīng)器;流場(chǎng)模擬;可行性分析
隨著新的《火電廠大氣污排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)自2012年1月1日起正式實(shí)施,要求新建機(jī)組2012年開始、老機(jī)組2014年開始,其氮氧化物排放量不得超出100mg/Nm3;2014年9月12日,國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)、環(huán)境保護(hù)部、國(guó)家能源局聯(lián)合下發(fā)《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014-2020年)》,進(jìn)一步提高氮氧化物排放要求。為適應(yīng)日益嚴(yán)格的NOx排放標(biāo)準(zhǔn),選擇性催化還原(SCR)煙氣脫硝技術(shù)已成為燃煤機(jī)組煙氣脫硝的主要選擇。該技術(shù)的反應(yīng)器布置在鍋爐省煤器與空氣預(yù)熱器之間。
對(duì)于近幾年新建的電廠,在進(jìn)行鍋爐主體工程設(shè)計(jì)時(shí),已經(jīng)預(yù)留了SCR脫硝裝置反應(yīng)器布置的空間,甚至是預(yù)留了脫硝的鋼結(jié)構(gòu)荷載,此類機(jī)組在進(jìn)行脫硝改造時(shí),改造難度相對(duì)較小,直接將脫硝的煙道和反應(yīng)器布置在引風(fēng)機(jī)上部空間,通過加固引風(fēng)機(jī)框架或者重新設(shè)置鋼架,來(lái)承受脫硝煙道及反應(yīng)器的荷載。然而,對(duì)于已投運(yùn)多年、未設(shè)脫硝改造空間的老機(jī)組,脫硝改造的難度加大,尤其是加裝SCR脫硝裝置的空間限制,在對(duì)SCR脫硝裝置的布置及支撐結(jié)構(gòu)等因素進(jìn)行綜合考慮后,出現(xiàn)了一種新型的合體式煙道、反應(yīng)器[1],即SCR入口煙道與脫硝反應(yīng)器采用一體化設(shè)計(jì),形成一個(gè)受力系統(tǒng)。合體式及分體式煙道、反應(yīng)器的SCR脫硝系統(tǒng)縱剖示意圖分別見圖1、圖2。
圖1 合體式煙道、反應(yīng)器縱剖圖
圖2 分體式煙道、反應(yīng)器縱剖圖
(1)合體式煙道、反應(yīng)器介紹
合體式煙道、反應(yīng)器是將脫硝反應(yīng)器與SCR入口煙道的豎直段緊貼在一起,共用同一煙道壁板。此種布置方案,SCR入口煙道豎直段無(wú)需單獨(dú)支撐,直接將其懸掛在反應(yīng)器上,組成一個(gè)一體化結(jié)構(gòu)。合體式煙道、反應(yīng)器適用于場(chǎng)地空間有限,送風(fēng)機(jī)檢修支架寬度小、送風(fēng)機(jī)檢修支架及鍋爐鋼結(jié)構(gòu)布置較為復(fù)雜等特殊情況下的脫硝改造工程。此種布置方案,結(jié)構(gòu)易實(shí)現(xiàn)。為了確保煙道和反應(yīng)器的整體受力情況,要求在煙道、反應(yīng)器合體前,在與SCR入口煙道水平段相連接處加裝非金屬膨脹節(jié),將合體煙道與SCR入口的水平段煙道隔離開。
(2)合體式煙道、反應(yīng)器技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析
合體式煙道、反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)形式,不僅解決了工程建設(shè)中,場(chǎng)地受限的問題,而且對(duì)于SCR入口煙道豎直段,直接懸掛在反應(yīng)器上,不需要設(shè)置單獨(dú)的支撐結(jié)構(gòu),這在一定程度上,不僅減少了反應(yīng)器以及SCR入口煙道的鋼材量,同時(shí)降低了鋼結(jié)構(gòu)量以及下部的基礎(chǔ)加固工程量,具有很好的經(jīng)濟(jì)性。合體式煙道、反應(yīng)器與分體式煙道、反應(yīng)器的比較,見表1。
(3)合體式煙道、反應(yīng)器流場(chǎng)分析
在進(jìn)行SCR工程設(shè)計(jì)時(shí),計(jì)算機(jī)流場(chǎng)模擬(CFD)是除催化劑外的脫硝工程成敗的另一個(gè)關(guān)鍵因素。其目的是通過流場(chǎng)模擬來(lái)優(yōu)化改進(jìn)催化劑前的SCR入口煙道的導(dǎo)流裝置以及噴氨裝置的設(shè)計(jì),提高煙氣在SCR脫硝反應(yīng)器內(nèi)的速度分布和氨濃度分布的均勻性[2],從而確保煙氣中的NH3與NOx的最佳混合,降低壓損,達(dá)到最佳的脫硝效率。
表1 合體式煙道、反應(yīng)器與分體式煙道、反應(yīng)器比較
對(duì)于合體式煙道、反應(yīng)器的布置方式,上升煙道急速轉(zhuǎn)為水平煙道,煙氣攜帶的煙塵顆粒在彎頭外側(cè)富集,濃度較高且顆粒較大的煙塵主要位于外側(cè)壁面處,轉(zhuǎn)彎上升過程中,由于大顆粒煙塵慣性較大,不易在煙氣攜帶下向整個(gè)斷面擴(kuò)散,因此,高濃度、粒徑較大的煙塵將被帶到催化劑入口斷面的中前部,導(dǎo)致中前部的流場(chǎng)不均。為了滿足頂層催化劑入口的氨濃度分布和煙氣分布均勻性,提出了改進(jìn)SCR入口斷面顆粒濃度場(chǎng)及不同直徑顆粒分布均勻的原則,利用CFD計(jì)算,在豎直煙道轉(zhuǎn)彎處加裝合適的導(dǎo)流裝置,確保SCR入口斷面流場(chǎng)、顆粒濃度場(chǎng)、顆粒直徑的均勻分布。根據(jù)多個(gè)項(xiàng)目的數(shù)值模擬顯示,SCR裝置內(nèi)的流動(dòng)狀況良好,第一層催化劑上方速度變異率≤10%,符合給定的流動(dòng)判斷準(zhǔn)則,可以達(dá)到與分體式煙道、反應(yīng)器相似的流場(chǎng)結(jié)果。
(4)工程應(yīng)用實(shí)例
大唐七臺(tái)河發(fā)電有限公司一期2×350MW機(jī)組煙氣脫硝改造工程,考慮到鍋爐最后一排鋼結(jié)構(gòu)的調(diào)整難度較大,在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí),采用了合體式煙道、反應(yīng)器結(jié)構(gòu)形式。機(jī)組脫硝裝置一次投運(yùn)成功,且能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行,在設(shè)計(jì)煤種、鍋爐BMCR工況、處理100%煙氣量條件下,入口NOx含量在450mg/Nm3時(shí),脫硝效率大于80%,并且NH3逃逸率也滿足設(shè)計(jì)要求。大唐長(zhǎng)春第二熱電有限責(zé)任公司1、2號(hào)機(jī)組(2×200MW)煙氣SCR脫硝改造總承包工程,本項(xiàng)目屬于老機(jī)組改造,主廠房最后一排柱結(jié)構(gòu)為混凝土框架,且與除塵器之間可以支撐脫硝煙道及反應(yīng)器的鋼結(jié)構(gòu)寬度僅為8 000mm,最終確定采用合體式煙道、反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)形式。機(jī)組投運(yùn)后,在設(shè)計(jì)煤種、鍋爐BMCR工況、處理100%煙氣量條件下,入口NOx含量在450mg/Nm3時(shí),脫硝效率大于80%,NH3逃逸率同時(shí)達(dá)標(biāo)。
衡量SCR脫硝系統(tǒng)的工作質(zhì)量有2個(gè)重要指標(biāo):脫硝效率和NH3的逃逸率。以上項(xiàng)目的成功投運(yùn),標(biāo)志著合體式煙道、反應(yīng)器技術(shù)已趨于成熟。
在脫硝改造工程中,對(duì)于建設(shè)場(chǎng)地狹小或者鍋爐最后一排鋼結(jié)構(gòu)調(diào)整難度較大的項(xiàng)目,完全可采用合體式煙道、反應(yīng)器的布置方案。同時(shí),建議采用流場(chǎng)模擬(CFD)與物理模型試驗(yàn)相結(jié)合的方法,通過對(duì)SCR入口煙道和反應(yīng)器內(nèi)部增設(shè)合適的導(dǎo)流裝置,消除流場(chǎng)的不均勻性,確保SCR脫硝系統(tǒng)的脫硝效率以及氨逃逸率達(dá)標(biāo)。
[1]周偉,楊衛(wèi)科,任振業(yè),李鵬.一種脫硝反應(yīng)器.實(shí)用新型專利.CN 202751937 U.
[2]張玉華,張亞平,楊林軍.選擇性催化還原(SCR)脫硝技術(shù)存在的問題及對(duì)策.中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.2013.
Feasibility analysisof combined flueand reactor in denitrification project
ZOUHong-guo
(Datang Environmental Industry Group Co.,Ltd.,Beijing 100091,China)
Thispaper introduces themethod of the arrangementof the type of flue,the reactor'sarrangement,the feasibility of the technology and economy and the flow field.
combined flue;reactor;flow field simulation;feasibility analysis
TK223.28
B
1009-1785(2015)11-0045-02
2015-10-20