白杰

摘? 要：本文通過對脫硝系統(tǒng)、數(shù)值模擬和流場優(yōu)化以及噴氨總量控制還有格柵均衡控制及結(jié)果進(jìn)行模擬實驗研究和分析，從而得出相應(yīng)的燃煤電站鍋爐脫硝精準(zhǔn)噴氨技術(shù)的優(yōu)化手段。

關(guān)鍵詞：燃煤電站鍋爐;脫硝;精準(zhǔn)噴氨

引言：現(xiàn)如今，為了保護(hù)環(huán)境，對于各種污染物的排放都要進(jìn)行相應(yīng)的控制，從而減少大氣中的污染物含量，實現(xiàn)保護(hù)環(huán)境的效果。在燃煤電站鍋爐燃燒時，往往會有這樣的一種大氣污染物產(chǎn)生，也就是氮氧化物，其對于大氣環(huán)境的污染程度十分嚴(yán)重，因此需要對此進(jìn)行相應(yīng)的控制和改善，從而減少排放量或者減少污染物的含量。

1 脫硝系統(tǒng)

為了能精準(zhǔn)達(dá)到“超低排放”的要求，將排放的濃度進(jìn)行準(zhǔn)確的控制，使其不會超標(biāo)，就需要針對多方面進(jìn)行相應(yīng)的改造和技術(shù)研究。在目前的脫硝系統(tǒng)當(dāng)中，也從實踐當(dāng)中看來，發(fā)現(xiàn)很多電廠的SCR脫硝系統(tǒng)，時常會有各種問題的產(chǎn)生，比如噴氨控制方面存在不夠精準(zhǔn)的問題、流場有著分布的相對不夠均勻的情況，從而使氮氧化物還有氨成分會出現(xiàn)濃度上難以達(dá)到相應(yīng)要求的問題，而當(dāng)相關(guān)電廠在解決問題的時候，會采用增加噴氨的手段，從而令氮氧化物排放能夠達(dá)標(biāo)。但是這種方式又使得氨逃逸量增加了，從而再次形成了一種危害物質(zhì)，硫酸氫氨，最終環(huán)境污染更加嚴(yán)重。為了解決這些問題首先需要對脫硝系統(tǒng)進(jìn)行研究和改造。

SCR脫硝系統(tǒng)一般是較低溫狀態(tài)下，這個溫度范圍一般在280℃到420℃之間，然后在氧氣和催化劑有所存在的環(huán)境當(dāng)中，實現(xiàn)還原劑氨生成化學(xué)反應(yīng)，將煙類物質(zhì)中所含有的氮氧化物加以還原，并形成水和氮氣，從而降低污染物質(zhì)氮氫化物的排放量的手段。目前的SCR脫硝系統(tǒng)構(gòu)成見圖1。

2 數(shù)值模擬與流場優(yōu)化

對于系統(tǒng)工作的成果好壞與否的評價標(biāo)準(zhǔn)在于相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行工作時的脫硝效率以及產(chǎn)生的氨逃逸量，只有在SCR反應(yīng)器前，相應(yīng)的各項數(shù)值都能達(dá)到一個標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的時候，也就是煙氣、氨氣混合程度還有速度方面能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，比如有著合適的混合速度，才能使作為評價標(biāo)準(zhǔn)的脫硝效率還有氨逃逸率相應(yīng)的能夠被使用更長的時間。因此可以采取一些改善來實現(xiàn)性能的提高。

2.1模型對象

進(jìn)行相應(yīng)的研究對象的選擇時，對某廠機(jī)組進(jìn)行了調(diào)查研究，通過調(diào)查收集現(xiàn)有的各項數(shù)值，并針對這些數(shù)值當(dāng)中反映的不足的情況，開展了優(yōu)化實驗和數(shù)據(jù)模擬。其中針對脫硝系統(tǒng)的煙道的流場還有濃度場都需要采取手段進(jìn)行改善。比如做好導(dǎo)流板還有相關(guān)混合器的設(shè)計，針對其結(jié)構(gòu)還有分區(qū)導(dǎo)流板甚至對于混合器位置都需要進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計。從而實現(xiàn)最佳的改造，提高噴氨精準(zhǔn)度。

結(jié)合目前針對此方面的《燃煤煙氣凈化SCR脫硝流場模擬實驗技術(shù)規(guī)范》，對于CFD模型對象進(jìn)行了設(shè)計，通過進(jìn)行實際的測量，得到相應(yīng)的尺寸，并把噴氨格柵還有導(dǎo)流板等內(nèi)容放置加入。如圖2可以對原始結(jié)構(gòu)SCR系統(tǒng)進(jìn)行反應(yīng)，相應(yīng)制作出的模型尺寸與SCR的有著同樣的尺寸，而且其計算網(wǎng)格數(shù)也能符合規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。

2.2流場模擬數(shù)學(xué)模型及邊界條件

在模擬進(jìn)行時，需要圍繞著各種相關(guān)守恒來進(jìn)行研究，在此基礎(chǔ)上，設(shè)置相應(yīng)的條件，比如入口條件，需要以鍋爐所排的煙氣量還有排放煙氣的溫度作為條件，然后將模型加以一一輸入。通過不同成分的輸入，進(jìn)而分組進(jìn)行模擬，比如二氧化氮、氨氣、二氧化碳還有水和氧氣。并根據(jù)氮氧化物的測量值，把二氧化氮的濃度加以調(diào)整，然后進(jìn)行求解。在針對真?zhèn)€工程設(shè)計方面都能相應(yīng)的使其能夠滿足條件要求的情況下，可以相應(yīng)的對內(nèi)煙氣狀況加以簡化，從而對于部分小的影響因素比如漏風(fēng)還有構(gòu)造方面的問題，就可以采取暫時忽略的態(tài)度，以及灰分，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行各工況邊界條件參數(shù)，來源應(yīng)該是由該機(jī)組流場測試數(shù)據(jù)還有運行參數(shù)提供。

要相應(yīng)的對上游流場影響加以考慮，然后再進(jìn)行分區(qū)，根據(jù)入口測點分布，可以把入口截面分成64個區(qū)，并在每個區(qū)當(dāng)中輸入相應(yīng)的數(shù)值內(nèi)容，也就是氮氧化物還有流速的數(shù)值。

2.3優(yōu)化的性能方面

模擬當(dāng)中需要對于各種方面進(jìn)行要求，比如為了對于經(jīng)濟(jì)性還有適應(yīng)性能夠得到保證，進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計的時候就要極力的為了實現(xiàn)目標(biāo)而進(jìn)行安排，比如需要保證壓損最小、導(dǎo)流片數(shù)少等原則能夠在模擬當(dāng)中實現(xiàn)。

最先要做的是將導(dǎo)流板還有整流格柵等構(gòu)件，按照現(xiàn)行的規(guī)范進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，還有部件選型還有噴氨量也要有所優(yōu)化，在實踐中要保證首層的催化劑入口煙氣條件偏差較小，流向偏差也要低于10°，還有氨氣/氮氧化物的摩爾比偏差也要小，而且是要小于5%的。經(jīng)過偏差計算后，如果所得值數(shù)量越小，就證明偏差越小。

2.4結(jié)果討論

經(jīng)過兩種模擬結(jié)果的獲得和對比發(fā)現(xiàn)，在原始結(jié)構(gòu)下的流程數(shù)值結(jié)果不需要對于導(dǎo)流裝置進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化，但是因為存在氨氣/氮氧化物的摩爾比較高的情況，因此針對此的均勻性還要有所提高。對此的解決方案是加入圓形混合器，如圖3。

還有對于優(yōu)化結(jié)構(gòu)90%負(fù)荷工況下的流場模擬數(shù)值發(fā)現(xiàn)其對于首層催化劑速度偏角有一定的優(yōu)化作用，截面速度偏差降低、速度更加均勻、影響更小。

對于優(yōu)化了首層催化劑入口界面的氨氣和氮氧化物濃度分布的數(shù)值模擬看來，標(biāo)準(zhǔn)偏差有所降低，分布濃度均勻性有所優(yōu)化。還有對首層催化劑前斷面的氨氣/氮氧化物的摩爾比也有所降低偏差，從而證明能夠使流場得到優(yōu)化。

3 噴氨總量鉻渣均衡控制與控制結(jié)果

3.1控制技術(shù)

控制方面可以選擇使用機(jī)組分散控制系統(tǒng)外加上外掛控制器。在使用此系統(tǒng)時，第一步要把模型還有策略相應(yīng)的使用在其中，并遠(yuǎn)程接入機(jī)組分散控制系統(tǒng)。隨后，相應(yīng)做好從系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)還有狀態(tài)的控制器完善，以及優(yōu)化運算，并將結(jié)果發(fā)送到機(jī)組分散控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)控制目標(biāo)。這使人們能夠在遠(yuǎn)程操控室當(dāng)中實現(xiàn)操作控制，對脫硝反應(yīng)器還有輔助系統(tǒng)都能夠?qū)崟r進(jìn)行監(jiān)控，并面對發(fā)生的任何問題都可以采取及時的處理手段。在本次的控制方式改造中，應(yīng)用到優(yōu)化控制器一臺還有熱控電源柜一臺，以及兩臺煙氣分析儀機(jī)柜。這個系統(tǒng)還能夠?qū)F(xiàn)場當(dāng)中的各種數(shù)據(jù)加以采集，從而更好的實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制保護(hù)。

相關(guān)人員需要對于優(yōu)化控制器方面更為實時的進(jìn)行看管和監(jiān)控，具體需要對優(yōu)化控制器當(dāng)中的使能模塊還有AND模塊以及延時置位模塊的延時時間以及延時復(fù)位模塊的延時時間進(jìn)行監(jiān)控，還有在機(jī)組分散控制系統(tǒng)中的延時置位模塊還有延時復(fù)位模塊、OR模塊、RS觸發(fā)器還有手動復(fù)位脈沖模塊進(jìn)行相應(yīng)的監(jiān)督。一旦發(fā)生異常，要立即切斷控制回路，并由機(jī)組分散控制系統(tǒng)進(jìn)行操控。

經(jīng)過多方面的優(yōu)化，對于脫硝系統(tǒng)總量方面，還有噴氨格柵均衡控制方面都能夠得到相應(yīng)的控制。優(yōu)化后的噴氨格柵不但能夠更加精準(zhǔn)另一方面還能夠受到更少的煙道分區(qū)控制過程中產(chǎn)生的互相干擾。而對于脫硝系統(tǒng)總量的控制方面，可以實現(xiàn)對氮氧化物的濃度進(jìn)行精準(zhǔn)控制。

3.2改造結(jié)果

針對脫硝總量，經(jīng)過對于煙囪入口的氮氧化物濃度方面加以控制在設(shè)定值范圍內(nèi)，并保證負(fù)荷工況比較穩(wěn)定的情況下，加以改造后的氨耗量將會更為平穩(wěn)，而且其濃度的波動幅度也會有所降低。在變負(fù)荷工況下，經(jīng)過改造，其濃度變化波動將會更快的得到調(diào)整，即使出現(xiàn)了上升，也會自動加以回落而使其運行更加穩(wěn)定。

此外，對于脫硝分區(qū)的均衡控制效果也不錯，A側(cè)以及B側(cè)得偏差都得到了大幅的降低。

結(jié)論：綜上所述，經(jīng)過對于精準(zhǔn)噴氨加以改造之后，產(chǎn)生了許多優(yōu)勢，不但能夠使污染物排放量能夠在排放標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)更加穩(wěn)定，還能夠在各方面降低能耗，實現(xiàn)節(jié)約資源的效果，從而更好的實現(xiàn)燃煤電站達(dá)到保護(hù)環(huán)境的要求，為創(chuàng)建一個優(yōu)美的環(huán)境、共建人們幸福家園這一人類共同目標(biāo)出一份力。

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