梁華國(guó)網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院

SCR煙氣脫硝系統(tǒng)模擬優(yōu)化及噴氨量最優(yōu)控制

梁華
國(guó)網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院

摘要：大氣環(huán)境污染物最關(guān)鍵的就是氮氧化物，其對(duì)應(yīng)形式是多樣化的。煤及石油、天然氣的燃燒會(huì)所釋放的氮氧化物可達(dá)90％，這些氮氧化物質(zhì)在大氣中會(huì)出現(xiàn)一些物理化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而出現(xiàn)諸多環(huán)境問(wèn)題。極易和空氣中的氧氣、水反應(yīng)，從而出現(xiàn)酸雨。近些年，火電機(jī)組煙氣排放量持續(xù)增加，煙氣中NOX已經(jīng)被嚴(yán)密監(jiān)控。很多時(shí)候會(huì)選擇性催化還原法，也就是SCR技術(shù)的煙氣脫硝率是最高的，可達(dá)到90％以上，并且該技術(shù)的可靠性高、結(jié)構(gòu)也簡(jiǎn)單，對(duì)應(yīng)的氨氣逃逸率很小，也已經(jīng)被應(yīng)用于各大燃煤電站鍋爐控制NOX排放的關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：選擇性催化還原法；煙氣脫硝；噴氨量?jī)?yōu)化

前言

SCR煙氣脫硝體系在實(shí)際的工作過(guò)程中，相關(guān)反應(yīng)器內(nèi)部的對(duì)應(yīng)區(qū)域氮氧化物都是不均勻分布的，各個(gè)地方的對(duì)應(yīng)氮氧化物摩爾比都不相同，有些地方的供氧量過(guò)大，這就在很大的程度上提升了其運(yùn)作成本。相關(guān)研究人員構(gòu)建了SCR脫硝相對(duì)應(yīng)的反應(yīng)器流場(chǎng)冷態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置，充分的將相關(guān)脫硝反應(yīng)以及其對(duì)應(yīng)的煙道流場(chǎng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了有效的脫硝數(shù)學(xué)模型，提出適應(yīng)的相關(guān)物質(zhì)分布存在不均勻的模擬分析策略，并充分的利用數(shù)值模擬方式將不同情況之下的運(yùn)作系數(shù)展開(kāi)研究，并對(duì)相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行合理化調(diào)節(jié)，最終進(jìn)行模擬結(jié)果的顯示，裝設(shè)傾斜的對(duì)應(yīng)導(dǎo)流板、相關(guān)整流層反應(yīng)器可以充分的改進(jìn)煙道的煙氣流場(chǎng)。

一、SCR脫硝技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)對(duì)于SCR脫硝技術(shù)過(guò)程中的對(duì)應(yīng)催化劑是在不同方向展開(kāi)了研究與開(kāi)發(fā)。工業(yè)級(jí)TiO2以及納米級(jí)銳鈦型TiO2為其主要的載體時(shí)的相關(guān)催化劑脫硝性能實(shí)行了詳細(xì)的對(duì)比，最終的研究結(jié)果顯示其在該方面具備較好的脫硝性能；還有利用溶膠-凝膠法來(lái)進(jìn)行低溫制取SCR催化劑，此催化劑的相關(guān)活性物質(zhì)分布非常均勻，以及其納米結(jié)構(gòu)極為豐富，對(duì)于NOX的轉(zhuǎn)換率極高。

計(jì)算流體力學(xué)是經(jīng)過(guò)相應(yīng)的計(jì)算機(jī)，來(lái)達(dá)到對(duì)相關(guān)流體對(duì)應(yīng)流動(dòng)性和其熱傳遞以及相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)行了充分的數(shù)值模擬，最終有效的分析其流場(chǎng)內(nèi)部相關(guān)區(qū)域的物理量分布，再經(jīng)過(guò)其對(duì)應(yīng)的數(shù)值模擬給相關(guān)流場(chǎng)進(jìn)行分析、計(jì)算以及預(yù)測(cè)。在實(shí)際的運(yùn)作過(guò)程中，應(yīng)該注意其對(duì)應(yīng)前處理，所謂前處理也就是經(jīng)過(guò)對(duì)應(yīng)的軟件來(lái)對(duì)有關(guān)計(jì)算的區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格的劃分，再將對(duì)應(yīng)問(wèn)題充分轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)求解器完全能夠適應(yīng)的形式；接下來(lái)就是求解過(guò)程，對(duì)應(yīng)求解器會(huì)合理的讀取前處理過(guò)程中所形成的相關(guān)文件，其應(yīng)該設(shè)置有效的求解模型以及對(duì)應(yīng)的參數(shù)，至此才能夠完成相關(guān)計(jì)算任務(wù)；最終是后處理過(guò)程，該時(shí)期的處理最關(guān)鍵的是要基于計(jì)算收斂展開(kāi)對(duì)應(yīng)處理，最終將所得到的數(shù)據(jù)及圖表較為直觀的顯示，以便于溝通與交流。

二、假設(shè)模型

關(guān)于SCR煙氣的脫硝會(huì)涉及到對(duì)應(yīng)的湍流流動(dòng)、傳熱傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)還有多組分運(yùn)輸，且對(duì)應(yīng)混合型氣體相關(guān)流動(dòng)均是要充分遵循其質(zhì)量以及動(dòng)量和其能量的守恒定律。因?yàn)榱鲃?dòng)處在湍流情況下并包括成分不一樣的混合型物質(zhì)，起就應(yīng)該有效遵循湍流的對(duì)應(yīng)輸運(yùn)方程和其相關(guān)組分對(duì)應(yīng)守恒。

其實(shí)際運(yùn)作狀況的對(duì)應(yīng)模擬假設(shè)是在SCR脫硝體系中的對(duì)應(yīng)煙氣相關(guān)進(jìn)出口處溫度之間的差別是極小的，并且相關(guān)的架設(shè)性體系是屬于絕熱體系；對(duì)應(yīng)煙氣的流動(dòng)是屬于定常性的流動(dòng)，并且其對(duì)應(yīng)的物性參數(shù)應(yīng)該是一個(gè)定值；因?yàn)闊煔庵械幕曳质禽^少的，則不用考慮到相關(guān)的灰分對(duì)其所造成的影響；其脫硝相關(guān)反應(yīng)器之外的對(duì)應(yīng)煙道上面對(duì)其相關(guān)脫硝化學(xué)反應(yīng)量通常是較少的且不予以考慮；相關(guān)的煙氣各個(gè)對(duì)應(yīng)組分和其有關(guān)的還原性氣體應(yīng)該是最為理想中的流體；煙氣催化劑層相關(guān)流動(dòng)僅僅只考慮層流的流動(dòng)，湍流所產(chǎn)生的影響可以不考慮；實(shí)際系統(tǒng)的漏風(fēng)情況是極小的，所以可以不考慮。

三、SCR脫硝反應(yīng)物混合模擬優(yōu)化

SCR煙氣脫硝系統(tǒng)內(nèi)部的相關(guān)煙氣以及噴入式的還原劑NH3的混合成效均勻程度，這直接關(guān)系著對(duì)應(yīng)催化劑層內(nèi)部所出現(xiàn)的相關(guān)化學(xué)反應(yīng)，這樣就能夠合理的決定對(duì)應(yīng)脫硝率以及相關(guān)NH3的逃逸量。若是相關(guān)的NH3/NOX兩者的混合不均勻，那么盡管所輸進(jìn)的對(duì)應(yīng)NH3的量不斷增加，氨氣以及氮氧化物也不會(huì)進(jìn)行有效的反應(yīng)，這不止是不能得到良好的脫硝率，也還提升了氨氣逃逸量，提高了運(yùn)作的成本。所以，在對(duì)于SCR脫硝系統(tǒng)的入口煙道流場(chǎng)優(yōu)化基礎(chǔ)之上，合理的設(shè)置其對(duì)應(yīng)的噴氨格柵，以便于促使相關(guān)煙氣速度分布均衡且與相關(guān)反應(yīng)物混合勻稱(chēng)，這樣才可以確保其脫硝效率以及氨氣逃逸率與相關(guān)催化劑的使用壽命。

合理的規(guī)劃噴嘴格柵的布局，為相關(guān)的反應(yīng)物提供更長(zhǎng)的混合煙道，這是完善煙氣及氨氣均勻混合的主要策略。所以，應(yīng)該對(duì)SCR脫硝系統(tǒng)中的噴氨格柵以及噴嘴系統(tǒng)設(shè)計(jì)務(wù)必滿足一下的要求，第一，噴嘴所噴出的對(duì)應(yīng)還原劑NH3應(yīng)在具備一定長(zhǎng)度的煙道中和煙氣完全均勻混合；第二，相關(guān)噴嘴噴進(jìn)的氨氣量以及煙氣氮氧化物的對(duì)應(yīng)含量配比量要適宜，也就是應(yīng)合理的對(duì)氨氮摩爾比例分布進(jìn)行控制。

四、噴氨格柵模擬與結(jié)果分析

噴嘴速度一樣的對(duì)應(yīng)單層噴管分布策略，此方式是將已經(jīng)設(shè)計(jì)好的對(duì)應(yīng)噴射格柵要求來(lái)達(dá)到單層噴管的布置方式，其對(duì)應(yīng)噴管的軸向是與和Y軸平行的19根噴管，并且每根噴管上都會(huì)合理設(shè)置15個(gè)噴嘴，這樣其對(duì)應(yīng)的噴嘴總數(shù)目是285個(gè)，噴嘴噴氨氣流的速度任何計(jì)算均設(shè)定是V=13.18m/s。關(guān)于噴嘴中所應(yīng)用的空氣實(shí)行稀釋?zhuān)鋵?duì)應(yīng)的稀釋比例是1:19。

通過(guò)一定的模擬分析得出，在其對(duì)應(yīng)的還原劑并沒(méi)有與對(duì)應(yīng)的煙氣進(jìn)行充分混合時(shí)其氨氣濃度分布就會(huì)是不均勻的，這樣就在很大程度上制約了其脫硝體系的最終效率。因此，我們要充分對(duì)有關(guān)噴氨格柵對(duì)應(yīng)噴嘴速度進(jìn)行最優(yōu)化的調(diào)節(jié)，這樣能夠合理的提高其對(duì)應(yīng)煙道的內(nèi)部擾動(dòng)性，并充分的將氨氣濃度分析程度進(jìn)行改善，以便于提高脫硝體系的最終脫硝效率。結(jié)語(yǔ)：NOX是大氣主要污染物質(zhì)之一，對(duì)人們的身體健康有著極大的危害，也是酸雨的主要來(lái)源。并且，NOX會(huì)生成光化學(xué)煙霧參與到臭氧層的破壞中。SCR技術(shù)以其高效且可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)成為NOX控制的必要選擇，不過(guò)SCR煙氣脫硝系統(tǒng)在運(yùn)作過(guò)程中也是存在著相關(guān)能耗及氨氮混合不均衡和氨逃逸堵塞下游的相關(guān)設(shè)施等技術(shù)性問(wèn)題。本文分析了SCR煙氣脫硝系統(tǒng)模擬優(yōu)化及噴氨量最優(yōu)控制，并提出了實(shí)用性策略，為SCR煙氣脫硝系統(tǒng)脫硝效率提升提供良好的保障。

參考文獻(xiàn)：

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