流化床流動和燃燒特性對SNCR脫硝的影響研究

北極星環(huán)保網(wǎng)訊:SNCR(選擇性非催化還原)脫硝作為循環(huán)流化床鍋爐控制氮氧化物的主要方式,目前在大量循環(huán)流化床鍋爐中應(yīng)用｡隨著國家對氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴(yán)格,現(xiàn)有很多循環(huán)流化床鍋爐已不能滿足排放要求｡為了進(jìn)一步挖掘SNCR系統(tǒng)的脫硝潛力,需要對其進(jìn)行優(yōu)化,而數(shù)值模擬方法對燃煤鍋爐SNCR脫硝系統(tǒng)的優(yōu)化具有重要作用｡

目前已有一些研究者采用數(shù)值模擬方法對CFB鍋爐SNCR脫硝系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化｡李穹等對國內(nèi)某100t/h的循環(huán)流化床鍋爐的旋風(fēng)分離器部分進(jìn)行了SNCR脫硝數(shù)值模擬,研究均勻煙氣速度入口條件下溫度､氨氮摩爾比等對SNCR脫硝效率和氨逃逸率的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)脫硝效率和氨逃逸率隨氨氮摩爾比增加而增加;莫桂源對國內(nèi)某75t/h循環(huán)流化床進(jìn)行SNCR脫硝數(shù)值模擬,文中單獨(dú)對旋風(fēng)分離器進(jìn)行了模擬,并且給定旋風(fēng)進(jìn)口煙氣溫度､組分濃度和速度的值,重點(diǎn)研究了噴槍安裝位置對脫硝效率和氨逃逸率的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)噴槍安裝在旋風(fēng)入口水平煙道下側(cè)時,脫硝效率最高達(dá)到57.6%,但氨逃逸率也較高｡

從以上分析可以看出,目前的數(shù)值模擬研究均集中于均勻NOx入口條件下旋風(fēng)分離器內(nèi)流場流動和脫硝反應(yīng)特性,沒有考慮爐內(nèi)復(fù)雜稠密氣固流動和燃燒所產(chǎn)生的NOx分布不均勻性｡而循環(huán)流化床鍋爐是典型的稠密氣固流動體系,氣固兩相流動非常復(fù)雜,氣固兩相之間的相互作用會極大地影響爐內(nèi)的均相和非均相反應(yīng),并進(jìn)一步影響生成物的分布;倪建明和韓靜等的計(jì)算結(jié)果都驗(yàn)證了爐膛出口NOx濃度是不均勻的,而速度場和濃度場的不均勻性導(dǎo)致了氮氧化物通量在水平煙道出口截面的不均勻性｡因此,采用均勻入口條件來模擬SNCR脫硝反應(yīng)是不夠準(zhǔn)確的,很有必要從源頭上考慮爐內(nèi)燃燒和流動及結(jié)構(gòu)變化引起的非均勻性,這一工作為SNCR噴氨優(yōu)化提供突破口｡

本文針對某電廠循環(huán)流化床鍋爐SNCR脫硝過程,將循環(huán)流化床鍋爐和旋風(fēng)分離器作為一個整體,全面模擬了氣固流動､燃燒反應(yīng)､NOx生成和脫硝反應(yīng)過程,根據(jù)燃燒反應(yīng)計(jì)算得到的旋風(fēng)分離器入口不均勻的NOx通量分布,采用不同的噴氨位置､噴氨角度和氨氮摩爾比來進(jìn)行SNCR脫硝反應(yīng),使脫硝模擬工況更接近實(shí)際情況,并研究氨氮的混合均勻性對脫硝效率的影響,得到最佳的噴氨方式,提高脫硝效率,降低氨逃逸率｡

1數(shù)學(xué)模型與計(jì)算

1.1基本控制方程

歐拉雙流體模型的顆粒流的流動特性是應(yīng)用分子運(yùn)動理論來求得的｡氣相湍流模型采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型,固相應(yīng)用顆粒動力學(xué)理論,分別建立連續(xù)方程和動量守恒方程｡

1.1.1連續(xù)方程

1.1.2動量方程

1.1.3能量方程

氣固兩相能量守恒方程為:

1.2燃燒化學(xué)反應(yīng)模型

固相包括焦炭､碳酸鈣(CaCO3)和煤,氣相包括H2､HCN､CH4､H2O､NO､NH3､CO､CO2､O2和N2｡其中,煤的氣化燃燒過程主要包括:煤的熱解和脫揮發(fā)分;非均相的氣固反應(yīng),包括焦炭燃燒和焦炭氣化;均相的氣相之間的反應(yīng),包括揮發(fā)分和焦炭氣化氣體的燃燒｡

煤熱解產(chǎn)物主要由煤的工業(yè)分析及元素分析所確定,本文中電廠用煤煤質(zhì)分析如表1所示｡

燃燒過程中氣相燃燒的均相反應(yīng)(R5-R7)､焦炭的燃燒(R2)和氣化的非均相反應(yīng)(R3､R4)如下所示:

延伸閱讀：

2×300MW循環(huán)流化床鍋爐SNCR脫硝系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行及問題分析

鍋爐煙氣脫硫脫硝除塵的循環(huán)流化床半干法工藝技術(shù)抉擇分析

低氮燃燒技術(shù)+SNCR在循環(huán)流化床燃煤鍋爐上的應(yīng)用