王濱 王建

摘 要：電廠鍋爐等產(chǎn)生的NOX是我國NOX排放的主要來源之一，降低鍋爐的NOX排放是十分緊迫的環(huán)保任務(wù)。本文以某電廠SCR反應(yīng)器為例，對整體反應(yīng)器進(jìn)行噴氨模擬優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：SCR反應(yīng)器；催化脫硝；模擬優(yōu)化

1 引言

目前我國的煙氣脫硝技術(shù)主要是選擇性催化還原法（SCR）、選擇性非催化還原法（SNCR）和SNCR/SCR聯(lián)合脫硝[1]。SCR是指在催化劑的作用下，還原劑（以NH3為例）與氮氧化物 NOx反應(yīng)，生成無污染的 N2和水。其主要的反應(yīng)原理如下：

4NH3 +4NO +O2 →4N2 +6H2O

4NH3 +2NO2+O2 →3N2 +6H2O

在不添加催化劑的條件下，氨與氮氧化物的化學(xué)反應(yīng)溫度為980℃，加入催化劑反應(yīng)溫度可降低到320～400℃[2]。本文設(shè)計(jì)了SCR反應(yīng)器，并對反應(yīng)器噴氨情況進(jìn)行模擬優(yōu)化。

2 研究對象

SCR 噴氨口及總體結(jié)構(gòu)圖如圖2.1～2.2所示。

3 邊界條件

對于煙道內(nèi)使用組分輸運(yùn)數(shù)學(xué)模型，根據(jù)某電廠的數(shù)據(jù)得到煙氣組分為CO2、水蒸氣、NO、N2，各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)如表3.1所示，本文只考慮NO，不考慮其他氮氧化物。煙氣以12.3896m/s的速度進(jìn)入煙道，初始溫度為647.15K。

4 反應(yīng)器整體模擬結(jié)果

4.1噴氨速率對除氮效率影響

加入化學(xué)反應(yīng)對反應(yīng)器進(jìn)行熱態(tài)模擬，分別設(shè)置噴氨速度為7、8、9、10、11、12m/s（氨氮比分別為0.695、0.793、0.894、0.993、1.092、1.192），得到一系列結(jié)果如圖4.1所示：

從圖4.1可以看出，反應(yīng)器整體壓降在氨氮比為0.793時(shí)迅速降低，出口NO平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著氨氮比的增加大體下降，但在0.993的時(shí)候有所上升，而出口NH3平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著氨氮比的上升均勻上升。綜合三種曲線可得，氨氮比為0.894左右（噴氨速度為9m/s）時(shí)結(jié)果最優(yōu)，這與其他文獻(xiàn)中比較相符[3]。

4.2噴氨口分區(qū)域速度優(yōu)化模擬

先采用噴氨速度為10m/s，在不添加化學(xué)反應(yīng)的情況下對反應(yīng)器進(jìn)行冷態(tài)模擬，得到催化劑上層氨氣分布云圖如圖4.3（a）所示。并根據(jù)云圖對各噴氨口速度進(jìn)行分區(qū)域調(diào)整。從圖中可以看出，NH3在左右兩側(cè)壁面處濃度較小，中心區(qū)域濃度較大，因此調(diào)大對應(yīng)壁面氨氣噴速并且調(diào)小中心噴口氨氣噴速同時(shí)保證每秒噴氨總質(zhì)量不變，具體噴速情況如圖4.2所示：

得到優(yōu)化前后反應(yīng)器整體壓降及出口NO質(zhì)量分?jǐn)?shù)如表4.1所示，優(yōu)化前后催化劑上層NH3分布云圖如圖4.3所示：

綜上可以看出優(yōu)化后脫氮效率有所提高，出口NO質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低了0.062%?？筛鶕?jù)思路繼續(xù)對速度分區(qū)域調(diào)整以求達(dá)到出口NO質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)一步降低。

5 總結(jié)

本文模擬了三種煙道，選擇其中一種溫度場、壓力場以及出口NO分布最均勻的一種設(shè)計(jì)了整體SCR反應(yīng)器，并對反應(yīng)器進(jìn)行模擬。模擬結(jié)果得到氨氮比為0.894左右氨逃逸率、除氮率、反應(yīng)器壓降等綜合效果最好。另外本文通過對噴氨口噴氨速度進(jìn)行分區(qū)域優(yōu)化，驗(yàn)證了這種方法的可行性，為其他SCR反應(yīng)器模擬優(yōu)化提供了切實(shí)可行的優(yōu)化思路。

參考文獻(xiàn)

[1] 張國梁，海勃灣電廠330MW燃煤機(jī)組SCR脫硝技術(shù)改造，2017，華北電力大學(xué).第 55頁.

[2] 周英貴，大型電站鍋爐SNCR/SCR脫硝工藝試驗(yàn)研究、數(shù)值模擬及工程驗(yàn)證，2016，東南大學(xué).第 211頁.