燃煤電站鍋爐脫硝精準噴氨技術研究及應用

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果進行模擬實驗研究和分析，從而得出相應的燃煤電站鍋爐脫硝精準噴氨技術的優(yōu)化手段。

關鍵詞：燃煤電站鍋爐;脫硝;精準噴氨

引言：現(xiàn)如今，為了保護環(huán)境，對于各種污染物的排放都要進行相應的控制，從而減少大氣中的污染物含量，實現(xiàn)保護環(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重，因此需要對此進行相應的控制和改善，從而減少排放量或者減少污染物的含量。

1 脫硝系統(tǒng)

為了能精準達到“超低排放”的要求，將排放的濃度進行準確的控制，使其不會超標，就需要針對多方面進行相應的改造和技術研究。在目前的脫硝系統(tǒng)當中，也從實踐當中看來，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)濃度上難以達到相應要求的問題，而當相關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標。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，硫酸氫氨，最終環(huán)境污染更加嚴重。為了解決這些問題首先需要對脫硝系統(tǒng)進行研究和改造。

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)境當中，實現(xiàn)還原劑氨生成化學反應，將煙類物質中所含有的氮氧化物加以還原，并形成水和氮氣，從而降低污染物質氮氫化物的排放量的手段。目前的SCR脫硝系統(tǒng)構成見圖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準在于相關系統(tǒng)進行工作時的脫硝效率以及產(chǎn)生的氨逃逸量，只有在SCR反應器前，相應的各項數(shù)值都能達到一個標準狀態(tài)的時候，也就是煙氣、氨氣混合程度還有速度方面能夠達到標準，比如有著合適的混合速度，才能使作為評價標準的脫硝效率還有氨逃逸率相應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

進行相應的研究對象的選擇時，對某廠機組進行了調查研究，通過調查收集現(xiàn)有的各項數(shù)值，并針對這些數(shù)值當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行改善。比如做好導流板還有相關混合器的設計，針對其結構還有分區(qū)導流板甚至對于混合器位置都需要進行相應的設計。從而實現(xiàn)最佳的改造，提高噴氨精準度。

結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規(guī)范》，對于CFD模型對象進行了設計，通過進行實際的測量，得到相應的尺寸，并把噴氨格柵還有導流板等內容放置加入。如圖2可以對原始結構SCR系統(tǒng)進行反應，相應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)范的標準。

2.2流場模擬數(shù)學模型及邊界條件

在模擬進行時，需要圍繞著各種相關守恒來進行研究，在此基礎上，設置相應的條件，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，進而分組進行模擬，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整，然后進行求解。在針對真?zhèn)€工程設計方面都能相應的使其能夠滿足條件要求的情況下，可以相應的對內煙氣狀況加以簡化，從而對于部分小的影響因素比如漏風還有構造方面的問題，就可以采取暫時忽略的態(tài)度，以及灰分，在此基礎上進行各工況邊界條件參數(shù)，來源應該是由該機組流場測試數(shù)據(jù)還有運行參數(shù)提供。

要相應的對上游流場影響加以考慮，然后再進行分區(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)當中輸入相應的數(shù)值內容，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

模擬當中需要對于各種方面進行要求，比如為了對于經(jīng)濟性還有適應性能夠得到保證，進行相應的優(yōu)化設計的時候就要極力的為了實現(xiàn)目標而進行安排，比如需要保證壓損最小、導流片數(shù)少等原則能夠在模擬當中實現(xiàn)。

最先要做的是將導流板還有整流格柵等構件，按照現(xiàn)行的規(guī)范進行優(yōu)化設計，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結果討論

經(jīng)過兩種模擬結果的獲得和對比發(fā)現(xiàn)，在原始結構下的流程數(shù)值結果不需要對于導流裝置進行相應的優(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)化結構90%負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，標準偏差有所降低，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果

3.1控制技術

控制方面可以選擇使用機組分散控制系統(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的使用在其中，并遠程接入機組分散控制系統(tǒng)。隨后，相應做好從系統(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，并將結果發(fā)送到機組分散控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)控制目標。這使人們能夠在遠程操控室當中實現(xiàn)操作控制，對脫硝反應器還有輔助系統(tǒng)都能夠實時進行監(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柜。這個系統(tǒng)還能夠將現(xiàn)場當中的各種數(shù)據(jù)加以采集，從而更好的實現(xiàn)遠程控制保護。

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

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的控制。優(yōu)化后的噴氨格柵不但能夠更加精準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行精準控制。

3.2改造結果

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定值范圍內，并保證負荷工況比較穩(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。在變負荷工況下，經(jīng)過改造，其濃度變化波動將會更快的得到調整，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側以及B側得偏差都得到了大幅的降低。

結論：綜上所述，經(jīng)過對于精準噴氨加以改造之后，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準以內更加穩(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)燃煤電站達到保護環(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出一份力。

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