【摘要】：氮氧化物(NOx)是重要的大氣污染物,90%以上源于礦物燃料的燃燒過程,70%來自于煤的燃燒。NOx的存在直接或間接地對(duì)人體、植物、建筑物和環(huán)境造成顯著危害。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,NOx排放量將繼續(xù)增加,2020年將達(dá)到2639萬噸,而一系列環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)NOx排放提出了越來越嚴(yán)格的要求,開發(fā)高效可靠的NOx治理技術(shù)迫在眉睫。選擇性催化還原(SCR)技術(shù)具有高效、可靠、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn),在歐洲和日本等得到廣泛應(yīng)用,我國對(duì)煙氣脫硝技術(shù)的研究處于起步階段。提高脫硝效率、延長催化劑壽命是目前的研究熱點(diǎn)。利用計(jì)算流體力學(xué)軟件對(duì)SCR脫硝系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值模擬仿真,可為脫硝反應(yīng)器煙道、導(dǎo)流板及噴射系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供重要依據(jù)和設(shè)計(jì)參數(shù)。 本文將氣體擴(kuò)散理論和表面化學(xué)反應(yīng)理論應(yīng)用于煙氣脫硝應(yīng)過程,建立了催化劑作用下NH3還原NOx的脫硝反應(yīng)速率模型,探討了改善SCR性能的方法與措施。提出用非均布導(dǎo)流板優(yōu)化入口煙道流場和用放射排列直板導(dǎo)流板結(jié)合整流器優(yōu)化反應(yīng)器流場的方案,并應(yīng)用于國內(nèi)某660MW機(jī)組SCR系統(tǒng),通過不同方案的模擬比較,確定了該機(jī)組入口煙道、反應(yīng)器的流場優(yōu)化方案和采用AIG實(shí)現(xiàn)還原劑與煙氣混合的方案,并對(duì)變工況性能進(jìn)行了模擬分析。主要內(nèi)容如下： 建立了SCR脫硝速率模型。SCR脫硝過程中存在大量的化學(xué)反應(yīng),但在一般鍋爐煙氣成分組成和一般反應(yīng)條件下,反應(yīng)：4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O占主導(dǎo)地位；SCR微觀脫硝過程包括外傳質(zhì)過程,內(nèi)傳質(zhì)過程和表面化學(xué)反應(yīng)過程；一定的反應(yīng)條件下,反應(yīng)速度與煙氣中反應(yīng)物濃度及催化劑微孔面積成正比,反應(yīng)阻力由三部分組成：外傳質(zhì)阻力,內(nèi)傳質(zhì)阻力和表面化學(xué)反應(yīng)阻力。 分析了催化劑和AIG安裝后入口煙道流場的流場分布,安裝催化劑使系統(tǒng)總阻力有較大增加,上游入口煙道Y向速度分布不均勻；安裝AIG后入口煙道Y向速度分布趨于均勻,AIG上游流速均勻性提高,同時(shí)也使系統(tǒng)阻力有一定的增加；安裝導(dǎo)流板后入口煙道流場得以優(yōu)化,同時(shí)阻力增加,適當(dāng)布置非均布導(dǎo)流板可以在阻力增加不多的情況下使AIG上游截面速度偏差系數(shù)CV≤15%,滿足NH3、NOx均勻混合的需要；煙氣流向急劇改變引起的對(duì)煙道壁面的局部高速?zèng)_刷可以通過安裝防磨導(dǎo)流板實(shí)現(xiàn)。 對(duì)放射排列直板導(dǎo)流板結(jié)合整流器優(yōu)化脫硝反應(yīng)器流場的方案進(jìn)行了模擬分析。結(jié)果表明,僅對(duì)入口煙道進(jìn)行優(yōu)化而SCR反應(yīng)器不采取優(yōu)化措施,催化劑入口流場分布不均,從左到右的流速依次增大,不能滿足速度分布偏差系數(shù)CV≤15%的要求；安裝整流格柵可以改善流場均勻性,改善程度與格柵間距和高度關(guān)系密切,間距需要適中,在格柵間距一定的條件下,隨著格柵高度的增加,流場均勻性提高,系統(tǒng)阻力增加；整流格柵與其上游布置的非均布直板導(dǎo)流板結(jié)合,能進(jìn)一步消除由于離心力導(dǎo)致的SCR反應(yīng)器催化劑入口速度左低右高的現(xiàn)象,滿足SCR反應(yīng)器要求的速度分布偏差系數(shù)CV≤15%的要求。 分析了SCR脫硝系統(tǒng)不同AIG布置方案時(shí)入口煙道內(nèi)煙氣與還原劑的混合效果,結(jié)果表明,在噴嘴噴管數(shù)量一定的情況下噴管單層布置方案混合均勻性優(yōu)于噴管雙層布置方案,流動(dòng)阻力高于雙層布置方案；單層布置時(shí)噴管布置方向?qū)旌闲Ч绊懖淮?噴管總數(shù)較少時(shí),噴管X向布置混合效果略優(yōu)于Z向布置,隨著噴管數(shù)量增多,混合效果差別也越來越小。噴管布置方向?qū)α鲃?dòng)阻力影響也比較小,噴管X向布置時(shí)流動(dòng)阻力略小于噴管Z向布置,隨著噴管數(shù)量增多差別越來越�。徊还苁菃螌硬贾眠�是雙層布置,混合效果均隨著噴嘴數(shù)量的增多而改善。而流動(dòng)阻力均隨著噴嘴數(shù)量的增多而增大。 模擬分析了SCR系統(tǒng)變工況流場分布和混合效果,結(jié)果表明,入口煙道出口截面和SCR反應(yīng)器第一層催化劑入口截面平均速度均隨負(fù)荷變化而變化,系統(tǒng)的流動(dòng)阻力也隨之變化,但AIG上游截面和反應(yīng)器第一層催化劑入口截面的速度分布偏差系數(shù)均變化不大,且均滿足CV≤15%,說明按BMCR工況設(shè)計(jì)的SCR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置在機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)能夠很好地滿足系統(tǒng)對(duì)流場速度分布均勻性的要求；當(dāng)煤種變化時(shí),理論燃燒空氣量變化,過量空氣系數(shù)也發(fā)生變化,煙氣中的NOx濃度也發(fā)生變化,按設(shè)計(jì)NH3/NOx摩爾比噴氨,NH3在煙氣中的質(zhì)量濃度分布均勻性偏差系數(shù)基本不變,與BMCR工況基本相同,且均≤5%,說明按BMCR工況設(shè)計(jì)的AIG系統(tǒng)布置方案在機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)能夠滿足系統(tǒng)對(duì)NH3/NOx均勻性的要求。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：X701.3

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本文編號(hào)：2623530