一種w火焰鍋爐scr系統(tǒng)脫硝運(yùn)行優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種W火焰鍋爐SCR系統(tǒng)脫硝運(yùn)行優(yōu)化方法，具體為：采用數(shù)值模擬方法，考慮W火焰鍋爐結(jié)構(gòu)和運(yùn)行工況獲得鍋爐出口的煙氣流速和NOx濃度分布均勻性及偏差，以此作為后期SCR系統(tǒng)入口邊界條件，模擬獲取SCR反應(yīng)器內(nèi)的煙氣流速和NH3/NOx分布均勻性及偏差；在滿足下層噴氨流量大于上層，中間噴氨流量大于兩邊的基本準(zhǔn)則下，將煙氣流速偏大和NH3/NOx偏小的區(qū)域?qū)?yīng)的噴氨流量調(diào)大、氨噴嘴數(shù)量增多，將煙氣流速偏小和NH3/NOx偏大的區(qū)域?qū)?yīng)的噴氨流量調(diào)小。本發(fā)明綜合考慮W鍋爐和SCR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行情況進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，提高SCR系統(tǒng)脫硝效率，減少氨的噴入量和逃逸率。
【專利說明】—種W火焰鍋爐SCR系統(tǒng)脫硝運(yùn)行優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煤粉燃燒脫硝【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種燃煤鍋爐SCR系統(tǒng)脫硝運(yùn)行優(yōu)化方法，尤其適用于W型火焰燃煤鍋爐。
【背景技術(shù)】
[0002]中國一次能源消費(fèi)以煤炭為主，煤炭消費(fèi)約占一次能源消費(fèi)的70%以上，并且這種以煤為主的能源結(jié)構(gòu)在今后的一段時期內(nèi)都不會改變。煤燃燒產(chǎn)生的氮氧化物(NO、NO2和N2O,統(tǒng)稱NOx)排放是大氣污染物主要來源之一。NOx會直接危害人體健康，還會導(dǎo)致酸雨與光化學(xué)煙霧的形成和造成大氣溫室效應(yīng)。W火焰鍋爐尤其適合低揮發(fā)分劣質(zhì)煤燃燒，但NOx排放量較大，新的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2012)，將NOx (以NO2計(jì))濃度由(GB13223-2003)的450_1100mg/m3消減為100-200mg/m3，尤其對W火焰燃煤電站鍋爐NOx (以NO2計(jì))排放濃度限定為200mg/Nm3，對W爐型燃煤電廠NOx排放控制提出了更緊迫和更嚴(yán)格的需求。
[0003]國內(nèi)外發(fā)展了許多控制煤燃燒過程中NOx排放的技術(shù)措施，主要可分為兩大類:
(I)低NOx燃燒技術(shù)，主要有低NOx燃燒器、空氣分級燃燒、燃料分級燃燒、再燃技術(shù)和煙氣再循環(huán)；(2)煙氣脫硝技術(shù)，主要包括選擇性催化還原法(SCR)和選擇性非催化還原法(SNCR)。燃燒控制技術(shù)基本思想是，通過各種技術(shù)手段抑制燃燒過程中NOx的生成反應(yīng)，或是設(shè)法造成缺氧富燃的燃燒區(qū)域，使已生成的NOx被部分還原。煙氣脫硝技術(shù)是向煙氣噴射氨、尿素等氨基還原劑，利用其選擇性地將NOx轉(zhuǎn)化為N2和H2O的工藝。因?yàn)橐欢囟确秶鷥?nèi)NH3只和煙氣中NOx發(fā)生反應(yīng)，而一般并不與煙氣中氧發(fā)生反應(yīng)，這種有選擇的化學(xué)反應(yīng)稱之為選擇性降低NOx法。選擇性煙氣脫硝方法有分為SNCR法和SCR法。由于現(xiàn)有低氮燃燒技術(shù)的限制，W鍋爐即使通過低氮燃燒技術(shù)改進(jìn)后，NOx排放量仍然較大，僅采用爐內(nèi)低氮燃燒技術(shù)，鍋爐NOx排放量達(dá)不到新的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，因此采用爐內(nèi)低氮燃燒技術(shù)與煙氣選擇性還原脫硝技術(shù)，是新建和現(xiàn)役大型W火焰鍋爐低氮技術(shù)改造的最優(yōu)選擇。SNCR技術(shù)在爐膛上部向爐膛煙氣中噴氨，由于不采用催化劑，NH3還原NOx反應(yīng)只能在950~1050°C這一狹窄溫度范圍內(nèi)進(jìn)行，對運(yùn)行工況變化的適應(yīng)性較差，實(shí)際運(yùn)行脫硝效率低不到50% ;而且未反應(yīng)NH3會泄漏到鍋爐尾部受熱面，引起尾部受熱面堵塞、結(jié)渣和腐蝕，還會造成新的污染。因此，目前煙氣脫硝技術(shù)主要是SCR技術(shù)。
[0004]SCR技術(shù)使用NH3和催化劑將NOx還原成N2,反應(yīng)溫度大大降低且范圍較寬(IOO0C -4500C ) ;SCR技術(shù)具有很高的脫硝效率，在見13/^0!￡摩爾比為I的條件下，可以達(dá)到90%以上的脫硝效率。在實(shí)際運(yùn)行中，影響SCR系統(tǒng)脫硝運(yùn)行性能的因素主要有反應(yīng)器中流動均勻性、NOx分布均勻性、ΝΗ3/Ν0χ摩爾比、氨逃逸率、催化劑性能、鍋爐運(yùn)行工況等(湯元強(qiáng)，燃煤電廠SCR煙氣脫硝系統(tǒng)優(yōu)化與飛灰顆粒運(yùn)動的研究[D].碩士論文，上海:上海交通大學(xué)，2012)。
[0005](I)流動均勻性
[0006]反應(yīng)器中流動均勻性對NOx分布均勻性和ΝΗ3/Ν0χ的混合效果很重要，是SCR裝置設(shè)計(jì)和運(yùn)行中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。如果流動均勻性不好，NH3與煙氣混合不均，即使氨的輸入量不大，氨與NOx也不能充分反應(yīng)，不僅達(dá)不到脫硝的目的還會增加氨泄漏。需要采用合理的噴嘴格柵，導(dǎo)流和均流裝置設(shè)計(jì)，改善流動和NOx分布均勻性，使氨和煙氣均勻混合的，避免由于氨和煙氣的混合不均所引起的一系列問題。
[0007](2) NOx分布均勻性
[0008]由于鍋爐燃燒條件不當(dāng)，可能造成爐膛內(nèi)局部區(qū)域NOx生成量和濃度偏高，導(dǎo)致在SCR系統(tǒng)中NOx分布不均；如果不能有針對性進(jìn)行噴氨的優(yōu)化調(diào)整，會使脫硝效率降低，NOx排放量超標(biāo)。
[0009](3)ΝΗ3/Ν0χ 摩爾比
[0010]理論上，I摩爾NOx需要I摩爾NH3脫除，NH3量不足會使脫硝效率降低，但NH3過量又會對環(huán)境造成二次污染；通常NH3的噴入隨著鍋爐機(jī)組運(yùn)行工況的變化而變化。還原劑NH3的用量一般根據(jù)期望達(dá)到的脫硝效率，通過設(shè)定NOx與NH3的摩爾比來控制。當(dāng)其摩爾比較小時，NOx與NH3的反應(yīng)不完全，NOx轉(zhuǎn)化率低。當(dāng)摩爾比超過一定范圍時，NOx轉(zhuǎn)化率不再增加，造成還原劑NH3的浪費(fèi)，氨逃逸量增大。
[0011]⑷氨逃逸率
[0012]若NH3量控制不好，不僅使成本增加，而且將導(dǎo)致兩個主要問題:空氣預(yù)熱器換熱面的腐蝕和飛灰的污染。由于多余的氨與煙氣中的SO3反應(yīng)生成硫酸氫銨，當(dāng)后續(xù)煙道煙溫降低時，硫酸氫銨就會附著在空氣預(yù)熱器表面和飛灰顆粒管板，造成腐蝕和堵塞，影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。
[0013](5)催化劑性能
[0014]不同的催化劑有不同的活性和物理性能，這決定了不同的結(jié)構(gòu)和表面積。一般來說，對于選定的催化劑，結(jié)構(gòu)越簡單，表面積越大，越有利于催化劑的布置和反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)物的反應(yīng)。在氨氮摩爾比、反應(yīng)器尺寸一定的條件下，催化劑活性越大，降低NOx生成量的可能性就越大，SCR反應(yīng)器中填裝的催化劑活性成份一般有V205、W03、Mo03等。
[0015](6)鍋爐運(yùn)行工況
[0016]鍋爐運(yùn)行工況的變化對SCR系統(tǒng)的影響一方面體現(xiàn)在氨的噴入量和位置上；當(dāng)鍋爐運(yùn)行工況，如負(fù)荷、過量空氣系數(shù)、配風(fēng)方式、磨煤機(jī)運(yùn)行方式等改變時，SCR系統(tǒng)入口流動均勻性和NOx含量也隨之改變，為了維持一定的ΝΗ3/Ν0χ比，保證脫硝效率，必須及時調(diào)整氨的噴入量和位置；另一方面，鍋爐運(yùn)行工況變化時，煙氣溫度也隨之變化，對反應(yīng)速度和催化劑的活性也將有所影響。
[0017]但實(shí)際運(yùn)行中，SCR系統(tǒng)運(yùn)行中存在以下問題:(I)脫硝效率低于設(shè)計(jì)值，NOx排放量達(dá)不到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)；(2)反應(yīng)不完全導(dǎo)致部分NH3逃逸，運(yùn)行成本升高；(3) NH3逃逸造成二次污染，導(dǎo)致空氣預(yù)熱器等設(shè)備腐蝕和堵塞，對鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行造成隱患。
[0018]導(dǎo)致上述問題的原因主要有:(I)目前，我國處于SCR脫硝系統(tǒng)大規(guī)模建設(shè)時期，系統(tǒng)設(shè)備和技術(shù)供應(yīng)方和發(fā)電廠都主要關(guān)注SCR脫硝系統(tǒng)的建設(shè)，還缺乏對SCR系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展。(2)在SCR系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，主要考慮SCR系統(tǒng)內(nèi)通過加裝導(dǎo)流和均流裝置等來改善反應(yīng)器內(nèi)流動和NOx分布均勻性。實(shí)際上，鍋爐燃燒方式、爐膛和尾部煙道結(jié)構(gòu)、鍋爐運(yùn)行工況條件都會對SCR入口煙氣流動和NOx分布的均勻性產(chǎn)生很大影響。對于W型火焰鍋爐，在實(shí)際運(yùn)行中，可能采用不同磨煤機(jī)組合制粉，關(guān)停部分磨煤機(jī)，前后爐拱關(guān)停磨煤機(jī)對應(yīng)噴嘴煤粉流量極小甚至為零，加之受鍋爐折焰角的影響，導(dǎo)致前后墻高溫煤粉氣流速度和流量的不對稱、左右側(cè)墻方向氣流均勻性變差。受這種不對稱性和非均勻性的影響，在爐膛上部過熱器受熱面屏區(qū)會沿爐膛深度及寬度方向產(chǎn)生煙氣速度和流量偏差；這種偏差經(jīng)過尾部煙道后，會傳遞到SCR系統(tǒng)入口截面，導(dǎo)致其流動和NOx分布均勻性產(chǎn)生偏差，進(jìn)而會降低SCR反應(yīng)器中流動和NOx分布均勻性。鍋爐運(yùn)行工況變化，SCR系統(tǒng)入口截面和反應(yīng)器中流動和NOx分布均勻性也會隨之改變。針對這些因素影響，運(yùn)行中如果不及時調(diào)整，系統(tǒng)脫硝效率降低，排放超標(biāo)，氨逃逸率增加，加重二次污染，會嚴(yán)重影響整個鍋爐機(jī)組系統(tǒng)運(yùn)行的安全、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保性能。而目前運(yùn)行調(diào)整中，都沒有考慮這些因素的影響。(3)針對(2)中所述SCR系統(tǒng)入口截面和反應(yīng)器中流動和NOx分布不均勻特性和偏差，缺乏有效的NH3噴入控制優(yōu)化方法和手段，包括NH3噴入的位置和流量的確定方法和簡便易行的噴NH3調(diào)整控制手段。
[0019]綜上所述，發(fā)展W火焰鍋爐SCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化方法和技術(shù)，提高脫硝效率，減少氨的噴入量和逃逸率對鍋爐機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保運(yùn)行都很重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]本發(fā)明提供一種W火焰鍋爐SCR系統(tǒng)脫硝運(yùn)行優(yōu)化方法，其目的在于，綜合考慮W火焰鍋爐和SCR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行情況來進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，提高SCR系統(tǒng)脫硝效率，減少氨的噴入量和逃逸率，提高鍋爐機(jī)組運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。
[0021]一種W火焰鍋爐SCR系統(tǒng)脫硝運(yùn)行優(yōu)化方法，包括以下步驟:
[0022]步驟NOl:根據(jù)W火焰鍋爐實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸建立流動、燃燒和傳熱三維數(shù)值模型，以實(shí)際運(yùn)行條件設(shè)置鍋爐入口和壁面邊界條件，在指定運(yùn)行工況下分析鍋爐爐膛和尾部煙道煙氣流速和NOx分布特性，獲得鍋爐出口即SCR系統(tǒng)入口截面的煙氣流速和NOx濃度分布均勻性及偏差模型值；
[0023]步驟N02:根據(jù)SCR系統(tǒng)實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸建立流動和組分輸運(yùn)三維數(shù)值模型，以步驟NOl獲得的煙氣流速和NOx濃度分布均勻性及偏差模型值為入口邊界條件，在指定運(yùn)行工況下分析SCR系統(tǒng)內(nèi)煙氣流速以及NH3與NOx摩爾比分布特性，獲得SCR系統(tǒng)反應(yīng)器中煙氣流速以及NH3與NOx摩爾比分布均勻性及偏差；
[0024]步驟N03:在SCR系統(tǒng)出口布置上、下兩層測量點(diǎn)，采用網(wǎng)格法測量得到SCR系統(tǒng)出口截面的NOx和NH3的排放量和分布均勻性；
[0025]步驟N04:根據(jù)步驟NOl和N02中獲取的煙氣流速和NH3與NOx摩爾比分布均勻性及偏差，并以步驟N03獲取的SCR系統(tǒng)出口截面NOx和NH3的排放量達(dá)到設(shè)計(jì)值和均勻分布為目標(biāo)，優(yōu)化調(diào)整SCR系統(tǒng)煙道上、下兩層氨噴嘴的噴氨流量，調(diào)整方法為:
[0026]在滿足SCR系統(tǒng)內(nèi)的下層氨噴嘴的總噴氨流量大于上層氨噴嘴的總噴氨流量，每一層中間氨噴嘴的流量大于兩邊氨噴嘴的噴氨流量的基本原則下，按照如下方式調(diào)整；
[0027]將SCR系統(tǒng)入口煙氣流速偏大的區(qū)域?qū)?yīng)的氨噴嘴的噴氨流量調(diào)大，將煙氣流速偏小的區(qū)域?qū)?yīng)的氨噴嘴的噴氨流量調(diào)小；
[0028]將SCR系統(tǒng)反應(yīng)器內(nèi)NH3與NOx摩爾比比偏小的區(qū)域?qū)?yīng)的氨噴嘴的噴氨流量調(diào)大，將NH3與NOx摩爾比偏大的區(qū)域?qū)?yīng)的氨噴嘴的噴氨流量調(diào)??；
[0029]按照上述方式反復(fù)調(diào)整和測量，直到SCR系統(tǒng)出口截面的NOjJP NH3排放量和分布均勻性滿足預(yù)定要求。
[0030]本發(fā)明的技術(shù)效果體現(xiàn)在:
[0031 ] 本發(fā)明的W火焰燃煤鍋爐SCR系統(tǒng)脫硝運(yùn)行優(yōu)化方法，通過數(shù)值模擬方法，考慮鍋爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運(yùn)行情況獲得鍋爐出口即SCR系統(tǒng)入口截面的煙氣流速和NOx濃度分布均勻性及偏差，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步考慮SCR系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運(yùn)行情況獲取SCR反應(yīng)器內(nèi)的煙氣流速和ΝΗ3/Ν0χ分布均勻性及偏差；在滿足基本原則下，根據(jù)煙氣流速和ΝΗ3/Ν0χ，優(yōu)化調(diào)整SCR系統(tǒng)煙道上的氨噴嘴的噴氨流量，將煙氣流速偏大的區(qū)域?qū)?yīng)的氨噴嘴的噴氨流量調(diào)大，將煙氣流速偏小的區(qū)域?qū)?yīng)的氨噴嘴的噴氨流量調(diào)小，將ΝΗ3/Ν0χ偏小的區(qū)域?qū)?yīng)的氨噴嘴的噴氨流量調(diào)大，將ΝΗ3/Ν0χ偏大的區(qū)域?qū)?yīng)的氨噴嘴的噴氨流量調(diào)小；采用本方法，經(jīng)過幾次反復(fù)反復(fù)調(diào)整和測量，將ΝΗ3/Ν0χ調(diào)整至1.0左右，SCR系統(tǒng)出口截面的NOx和NH3排放量和分布均勻性滿足預(yù)定要求。優(yōu)化調(diào)整后，可獲得如下效果:(I)提高SCR系統(tǒng)脫硝效率，降低鍋爐NOx排放量，滿足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)；(2)減少噴氨量和NH3逃逸量，降低SCR系統(tǒng)運(yùn)行成本；(3)減少NH3逃逸量，降低二次污染程度，可有效緩解空氣預(yù)熱器等設(shè)備腐蝕和堵塞，提升鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1是本發(fā)明W火焰鍋爐SCR系統(tǒng)脫硝優(yōu)化運(yùn)行方法流程示意圖；
[0033]圖2是本發(fā)明實(shí)施實(shí)例中的W型火焰鍋爐和SCR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖(正視方向)；
[0034]圖3是本發(fā)明實(shí)施實(shí)例W型火焰鍋爐工作狀況示意圖，其中，圖3 (a)是爐磨煤機(jī)關(guān)停時噴嘴速度示意(俯視方向)，圖3 (b)為圖3 (a)a-a截面的不同噴嘴對應(yīng)爐寬截面速度偏差不意圖(右視方向)，圖3 (C)為圖3 (a)b_b截面的不同噴嘴對應(yīng)爐寬截面速度偏差示意圖(右視方向)，圖3 (d)為上爐膛速度偏差示意圖(右視方向)，圖3 (e)為上爐膛過熱器屏區(qū)及水平煙道煙氣流速偏差示意圖(俯視方向)；
[0035]圖4是本發(fā)明實(shí)施實(shí)例中的W型火焰鍋爐SCR系統(tǒng)煙道速度偏差傳遞示意圖，其中，圖4 (a)為上層氨噴嘴布置示意圖(俯視方向)，圖4 (b)為下層氨噴嘴布置示意圖(俯視方向)，圖4 (c)為煙道速度偏差傳遞示意圖(右視方向)；圖4 (d)為煙道速度偏差傳遞至上層氨噴嘴示意圖(俯視方向)，圖4 (e )為煙道速度偏差傳遞至下層氨噴嘴示意圖(俯視方向)
[0036]圖5是不同噴嘴氨流量大小示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0038]本發(fā)明提供了一種用于提高W型火焰鍋爐SCR系統(tǒng)脫硝效率，降低其運(yùn)行成本和提高其鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行安全性的SCR系統(tǒng)脫硝運(yùn)行優(yōu)化方法。該方法同時考慮鍋爐運(yùn)行工況、鍋爐爐膛與煙道結(jié)構(gòu)以及SCR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響，實(shí)施步驟如圖1所示:
[0039]步驟NOl:根據(jù)W火焰鍋爐實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸建立流動、燃燒和傳熱三維數(shù)值模型，尤其是對水平煙道、過熱器受熱面、再熱器受熱面、轉(zhuǎn)向室、尾部煙道低溫過、再熱器受熱面和省煤器受熱面、煙氣調(diào)節(jié)擋板等都要按照實(shí)際結(jié)構(gòu)處理；采用實(shí)際運(yùn)行條件設(shè)置入口和壁面邊界條件，在不同運(yùn)行工況下分析爐膛和尾部煙道煙氣流速和NOx分布特性，獲得SCR系統(tǒng)入口截面(鍋爐尾部煙道出口截面)煙氣流速和NOx分布均勻性及偏差，并將其導(dǎo)出成為數(shù)據(jù)文件保存，作為步驟N02中SCR系統(tǒng)模擬的入口邊界條件。鍋爐爐膛、煙道和受熱面系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖見圖2，圖中1-爐膛、2—過熱器、3—再熱器、4一轉(zhuǎn)向室、5—低溫再熱器、6—省煤器。鍋爐上爐膛過熱器屏區(qū)及水平煙道流動偏差示意圖見圖3。本步驟建模方法可采用本領(lǐng)域常用的方法，例如計(jì)算流體力學(xué)法CFD(參考:韓才元，徐明厚，周懷春，邱建榮.煤粉燃燒[M].北京:科學(xué)出版社，2001.)，上述方法只是示例，不限于此，由于是現(xiàn)有技術(shù)在此不再贅述。
[0040]步驟N02:根據(jù)SCR系統(tǒng)實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸建立流動和組分輸運(yùn)三維數(shù)值模型，對導(dǎo)流、均流和氨噴嘴裝置以及反應(yīng)器按照實(shí)際結(jié)構(gòu)處理；將步驟NOl中導(dǎo)出的數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入，作為SCR系統(tǒng)入口截面煙氣流速和NOx分布特性的入口邊界條件，在指定工況下分析SCR系統(tǒng)內(nèi)流動和ΝΗ3/Ν0χ分布特性，獲得SCR系統(tǒng)反應(yīng)器中煙氣流速和ΝΗ3/Ν0χ分布均勻性及偏差。SCR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖見圖2，圖中7—SCR系統(tǒng)入口、8—導(dǎo)流板、9—下層氨噴嘴、10—上層氨噴嘴、11-整流裝置、12-反應(yīng)器、13-SCR系統(tǒng)出口。本步驟建模方法可采用本領(lǐng)域常用的方法，例如湯元強(qiáng)在燃煤電廠SCR煙氣脫硝系統(tǒng)優(yōu)化與飛灰顆粒運(yùn)動的研究中(碩士論文，上海:上海交通大學(xué)，2012.)提到的方法，上述方法只是示例，不限于此，由于是現(xiàn)有技術(shù)在此不再贅述。
[0041]步驟N03:在SCR系統(tǒng)出口布置上、下兩層測量點(diǎn)，采用網(wǎng)格法(GB10184-88，電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程[S].1989.)測量此出口截面的NOx和NH3的排放量和分布均勻性。
[0042]步驟N04:根據(jù)步驟NOl和N02中獲取的模型值，并以步驟N03中的SCR系統(tǒng)出口截面NOx和NH3的排放量達(dá)到預(yù)設(shè)值和均勻分布為目標(biāo)，優(yōu)化調(diào)整SCR系統(tǒng)煙道上的氨噴嘴的噴氨流量(鍋爐SCR系統(tǒng)煙道上氨噴嘴布置示意圖見圖4);調(diào)整方法為:(I)將SCR系統(tǒng)入口煙氣流速偏大的區(qū)域?qū)?yīng)的氨噴嘴的噴氨流量調(diào)大，而將煙氣流速偏小的區(qū)域?qū)?yīng)的氨噴嘴的噴氨流量調(diào)??；將SCR系統(tǒng)反應(yīng)器內(nèi)ΝΗ3/Ν(^β小的區(qū)域?qū)?yīng)的氨噴嘴的噴氨流量調(diào)大，將ΝΗ3/Ν03β大的區(qū)域?qū)?yīng)的氨噴嘴的噴氨流量調(diào)??；(2)經(jīng)過(I)中的調(diào)整后，再次對SCR系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值模擬，考察SCR系統(tǒng)反應(yīng)器內(nèi)ΝΗ3/Ν0χ分布均勻性和偏差，測量SCR系統(tǒng)出口截面的NOj^PNH3的排放量和分布均勻性；并據(jù)此再次對不同只噴嘴噴氨流量進(jìn)行調(diào)整，方法同上；(3)經(jīng)過幾次反復(fù)反復(fù)調(diào)整和測量，將SCR系統(tǒng)反應(yīng)器內(nèi)ΝΗ3/Ν0χ調(diào)整至1.0左右，均勻分布，并使SCR系統(tǒng)出口截面NOx和NH3的排放量達(dá)到預(yù)設(shè)值且均勻分布。
[0043]現(xiàn)以一臺600MW W型火焰燃煤鍋爐關(guān)停一組磨煤機(jī)工況SCR系統(tǒng)脫硝運(yùn)行優(yōu)化為例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0044]步驟NOl:根據(jù)該W火焰鍋爐實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸建立流動、燃燒和傳熱三維數(shù)值模型；在多工況條件下，采用實(shí)際運(yùn)行條件設(shè)置入口和壁面邊界條件，分析爐膛和尾部煙道煙氣流速和NOx分布特性，獲得SCR系統(tǒng)入口(鍋爐尾部煙道出口 )煙氣流速和NOx分布均勻性和偏差。
[0045]鍋爐采用W型火焰燃燒方式，煤粉氣流自爐拱向下引入鍋爐，在二次風(fēng)氣流作用下發(fā)生180°轉(zhuǎn)向燃燒，形成類似W形狀的火焰；在爐膛上部過熱器受熱面區(qū)域，由于氣流不對稱性的影響，會沿爐膛寬度及爐深方向產(chǎn)生煙氣速度和流量偏差；導(dǎo)致水平煙道中部煙氣速度和流量都高于左右兩側(cè)、上側(cè)流量高于下側(cè)，如圖3所示。圖中，A磨煤機(jī)(1、3、22、24)3磨煤機(jī)(2、4、21、23)，(:磨煤機(jī)(5、7、18、20)，0磨煤機(jī)(6、8、17、19)』磨煤機(jī)(9、11、14、16)，F(xiàn)磨煤機(jī)(10、12、13、15)，關(guān)閉AF磨煤機(jī)，只運(yùn)行BCDE磨煤機(jī)。模擬結(jié)果表明，這種偏差特性導(dǎo)致SCR系統(tǒng)入口截面左中右及上下煙氣流速和NOx分布產(chǎn)生偏差，中部煙氣流速、流量及NOx濃度大于左右兩側(cè)，上側(cè)煙氣流速和流量、NOx濃度大于下側(cè)。將這種偏差特性導(dǎo)出成為數(shù)據(jù)文件保存，作為步驟N02中的SCR系統(tǒng)模擬的入口邊界條件。
[0046]步驟N02:根據(jù)SCR系統(tǒng)實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸建立流動和組分輸運(yùn)三維數(shù)值模型；在多工況條件下，將步驟NOl中導(dǎo)出的數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入，作為SCR系統(tǒng)入口截面煙氣流速和NOx分布均勻性的入口邊界條件，在所有氨噴嘴噴氨流量相同的條件下，研究SCR系統(tǒng)內(nèi)流動和NH3/NOx分布特性，獲得SCR系統(tǒng)反應(yīng)器中煙氣流速和ΝΗ3/Ν0χ分布均勻性和偏差。結(jié)果表明，ΝΗ3/Ν0χ存在偏差，中部ΝΗ3/Ν0χ偏小，而左右兩側(cè)ΝΗ3/Ν0χ偏大；上側(cè)ΝΗ3/Ν0χ偏小，而下側(cè)ΝΗ3/Ν0χ 偏大。[0047]步驟N03:在SCR系統(tǒng)出口布置測量點(diǎn)，采用網(wǎng)格法布置上下兩層測點(diǎn)，測量此出口截面的NOx和NH3的排放量和分布均勻性。結(jié)果表明，中部NOx濃度偏高，而左右側(cè)NH3濃度偏高；上側(cè)NOx濃度偏高，而下側(cè)NH3濃度偏高。這說明中部和上側(cè)脫硝效率偏低，而左右兩側(cè)和下側(cè)逃逸率NH3偏高。
[0048]步驟N04:根據(jù)步驟NOl和N02中的煙氣流速、NOx分布和ΝΗ3/Ν0χ分布偏差結(jié)果，并以步驟N03中的SCR系統(tǒng)出口截面NOx和NH3的排放量達(dá)到設(shè)計(jì)值和均勻分布為目標(biāo)，對不同氨噴嘴的噴氨流量進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，將SCR系統(tǒng)反應(yīng)器內(nèi)ΝΗ3/Ν0χ調(diào)整至1.0左右，改善ΝΗ3/Ν0χ分布均勻性。結(jié)合圖4來說明優(yōu)化調(diào)整方法:(I)將24只氨噴嘴噴氨流量由原來均勻設(shè)置改為偏差設(shè)置。對于上層氨噴嘴，適當(dāng)增大中部4~9號噴嘴噴氨流量，適當(dāng)減小兩側(cè)I~3和10~12號噴嘴噴氨流量，使12只噴嘴噴氨流量按照1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11與12號的順序依次先增加后遞減。對于下層氨噴嘴，適當(dāng)增加16~21號噴嘴氨流量，適當(dāng)減小13~15和22~24號噴嘴氨流量，使下層12只噴嘴按照13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24的順序依次先增加后遞減。對兩層氨噴嘴而言，下層氨噴嘴流量大于上層氨噴嘴流量，即22~24號氨噴嘴流量適當(dāng)大于10~12號噴嘴，13~15號噴嘴氨流量適當(dāng)大于I~3號噴嘴，16~21號噴嘴氨流量適當(dāng)大于4~9號噴嘴。(2)經(jīng)過(I)中的調(diào)整后，再次對SCR系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值模擬，考察SCR系統(tǒng)反應(yīng)器內(nèi)ΝΗ3/Ν0χ分布均勻性和偏差，測量SCR系統(tǒng)出口截面的NOx和NH3的排放量和分布均勻性；并據(jù)此再次對24只噴嘴噴氨流量進(jìn)行調(diào)整，方法同上。(3)經(jīng)過幾次反復(fù)調(diào)整和測量后，將SCR系統(tǒng)反應(yīng)器內(nèi)ΝΗ3/Ν0χ調(diào)整至1.0左右，均勻分布，并使SCR系統(tǒng)出口截面NOx和NH3的排放量達(dá)到預(yù)設(shè)值且均勻分布。
[0049]經(jīng)本實(shí)施例的SCR系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化后，脫硝運(yùn)行性能提升如下表:
[0050]
【權(quán)利要求】
1.一種W火焰鍋爐SCR系統(tǒng)脫硝運(yùn)行優(yōu)化方法，包括以下步驟: 步驟NOl:根據(jù)W火焰鍋爐實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸建立流動、燃燒和傳熱三維數(shù)值模型，以實(shí)際運(yùn)行條件設(shè)置鍋爐入口和壁面邊界條件，在指定運(yùn)行工況下分析鍋爐爐膛和尾部煙道煙氣流速和NOx分布特性，獲得鍋爐出口即SCR系統(tǒng)入口截面的煙氣流速和NOx濃度分布均勻性及偏差模型值； 步驟N02:根據(jù)SCR系統(tǒng)實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸建立流動和組分輸運(yùn)三維數(shù)值模型，以步驟NOl獲得的煙氣流速和NOx濃度分布均勻性及偏差模型值為入口邊界條件，在指定運(yùn)行工況下分析SCR系統(tǒng)內(nèi)煙氣流速以及NH3與NOx摩爾比分布特性，獲得SCR系統(tǒng)反應(yīng)器中煙氣流速以及NH3與NOx摩爾比分布均勻性及偏差； 步驟N03:在SCR系統(tǒng)出口布置上、下兩層測量點(diǎn)，采用網(wǎng)格法測量得到SCR系統(tǒng)出口截面的NOx和NH3的排放量和分布均勻性； 步驟N04:根據(jù)步驟NOl和N02中獲取的煙氣流速和NH3與NOx摩爾比分布均勻性及偏差，并以步驟N03獲取的SCR系統(tǒng)出口截面NOx和NH3的排放量達(dá)到設(shè)計(jì)值和均勻分布為目標(biāo)，優(yōu)化調(diào)整SCR系統(tǒng)煙道上、下兩層氨噴嘴的噴氨流量，調(diào)整方法為: 在滿足SCR系統(tǒng)內(nèi)的下層氨噴嘴的總噴氨流量大于上層氨噴嘴的總噴氨流量，每一層中間氨噴嘴的流量大于兩邊氨噴嘴的噴氨流量的基本原則下，按照如下方式調(diào)整； 將SCR系統(tǒng)入口煙氣流速偏大的區(qū)域?qū)?yīng)的氨噴嘴的噴氨流量調(diào)大，將SCR系統(tǒng)入口煙氣流速偏小的區(qū)域?qū)?yīng)的氨噴嘴的噴氨流量調(diào)?。? 將SCR系統(tǒng)反應(yīng)器內(nèi)NH3與NOx摩爾比比偏小的區(qū)域?qū)?yīng)的氨噴嘴的噴氨流量調(diào)大，將NH3與NOx摩爾比偏大的區(qū)域?qū)?yīng)的氨噴嘴的噴氨流量調(diào)小； 按照上述方式反復(fù)調(diào)整和測量，直到SCR系統(tǒng)出口截面的NOx和NH3排放量和分布均勻性滿足預(yù)定要求。
【文檔編號】B01D53/56GK103831016SQ201410100354
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】方慶艷, 馬侖, 樂方愿, 張 成, 陳剛 申請人:華中科技大學(xué)