按照我國目前的能源結(jié)構(gòu)來說,在未來一段時間內(nèi)以火電為主的格局不會有很大變化。燃煤電站尾部煙氣中的NO_x是人為NO_x源的主要來源之一,掌握其反應原理并實現(xiàn)對該類大氣污染物排放的有效控制是落實節(jié)能減排的一種體現(xiàn)。作為當今的主流技術,SCR因其效率高且使用方面較為成熟在國內(nèi)外的火電廠煙氣脫硝當中得到了廣泛應用。利用CFD仿真分析技術對SCR脫硝系統(tǒng)建立相應的數(shù)學模型并組織模擬,不但速度快而且節(jié)省成本,依靠模擬結(jié)果還能夠為煙道結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部均流部件的選型、噴氨格柵、整流格柵等裝置的合理設計提供參考。本文以某電廠1000 MW塔式鍋爐的SCR脫硝系統(tǒng)為研究對象,針對其首層催化劑速度場和濃度場偏差系數(shù)較大的問題,建立了其SCR脫硝系統(tǒng)的三維模型,并借助數(shù)值模擬研究了該系統(tǒng)雙變截面煙道處導流板的布置方式對流場的影響規(guī)律。模擬結(jié)果表明:原始SCR系統(tǒng)受雙變截面煙道結(jié)構(gòu)尺寸的影響,通過反復優(yōu)化設計該處導流板的布置方式,煙氣流經(jīng)該區(qū)域時依舊存在邊界層脫離現(xiàn)象,無法沿左側(cè)壁面的傾斜方向流動。在此基礎上,提出了兩種煙道結(jié)構(gòu)的改造方案,并從相對標準偏差、系統(tǒng)壓降和飛灰磨損幾個方面對兩種方案的模擬結(jié)果做定性及定量比較。對比結(jié)果發(fā)現(xiàn),按照方案1改造后,通過將原始SCR系統(tǒng)的雙變截面煙道拆分為X方向和Z方向2個單變截面煙道,流場均勻性優(yōu)化效果較方案2更為顯著。在對SCR脫硝系統(tǒng)流場優(yōu)化的基礎上,合理地設計噴氨格柵的位置和尺寸是改善煙氣與氨均勻混合的有效措施。通過采用不添加化學反應的Species Transport模型模擬NH_3在煙氣中的混合及擴散,分別考察了煙道長度方向和寬度方向的噴嘴至壁面的距離(即X方向和Z方向噴嘴間距)及相鄰支管噴嘴間距對首層催化劑氨濃度分布的影響規(guī)律,確定出了最優(yōu)的噴氨格柵尺寸。然后,通過采取分區(qū)噴氨的優(yōu)化方式,經(jīng)反復模擬及調(diào)整各分區(qū)的噴嘴噴射流速,實現(xiàn)了還原劑與NO_x的最佳湍流混合,NH_3的濃度分布偏差系數(shù)降至2.24%,保證了催化劑各通道內(nèi)脫硝反應的均勻進行。脫硝系統(tǒng)內(nèi)的煙氣中常攜有大量飛灰顆粒,這對導流葉片及催化劑層的磨損會產(chǎn)生較大影響,長時間運行容易造成導流失效,從而影響脫硝效率。本文通過采用DPM模型對飛灰顆粒的運動軌跡進行追蹤,并監(jiān)測各組導流板壁面的磨損與沉積情況,以便預測磨損發(fā)生的部位及磨損速率的具體大小,為導流板的防磨措施提供參考。
【學位單位】：華北電力大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：X773
【部分圖文】：

華北電力大學碩士學位論文1.2 氮氧化物控制技術1.2.1 NOx產(chǎn)生機理目前，燃煤電站煤粉燃燒產(chǎn)生的 NOx中以一氧化氮為主（約占 90%），是燃煤電站 NOx的生成與排放量的主要因素，而對于二氧化氮（NO2）及少量的 N2O等，因其所占比例很低，通�？紤]較少。目前，關于 NOx的形成機理主要分以下 3 種[12]：（1）熱力型 NOx熱力型NOx是由供入爐膛空氣中的氮在高溫條件下與O發(fā)生反應而生成的其生成量不僅與反應區(qū)內(nèi)的溫度及反應物濃度有關，還與燃燒氣體在爐膛內(nèi)的停留時間密切相關，其中溫度的作用最明顯。圖 1-1 說明了不同類型 NOx的生成量與溫度的關系。

圖 1-2 燃料型 NOx的生成隨燃燒溫度變化情況（3）快速型 NOx該類 NOx的形成通常發(fā)生在燃料為碳氫化合物且濃度較大的情況下，少量分子 N 在反應區(qū)內(nèi)經(jīng)中間產(chǎn)物迅速轉(zhuǎn)化而成，其轉(zhuǎn)化率與過程中的空氣過剩條件和溫度水平有關。在正常爐膛溫度下，該部分數(shù)量很少，可以不予考慮。1.2.2 影響 NOx生成的因素（1）鍋爐燃料特性煤炭燃燒過程中 NOx生成量的多少與煤炭揮發(fā)分中各元素比的大小有關，例如：NOx的排放量與氧/氮（O/N）成正比關系；即使在相同 O/N 比值條件下其轉(zhuǎn)化率還與 α 有關，α 越大，轉(zhuǎn)化率越高，NOx排放量最終增加，見圖 1-3。此外，NOx的排放水平還受硫/氮（S/N）比的影響，硫元素在氧化時會參與競爭氮氧化物的排放量會隨著二氧化硫排放量的增加而減少。

圖 1-2 燃料型 NOx的生成隨燃燒溫度變化情況3）快速型 NOx該類 NOx的形成通常發(fā)生在燃料為碳氫化合物且濃度較大的情況下，少子 N 在反應區(qū)內(nèi)經(jīng)中間產(chǎn)物迅速轉(zhuǎn)化而成，其轉(zhuǎn)化率與過程中的空氣過剩和溫度水平有關。在正常爐膛溫度下，該部分數(shù)量很少，可以不予考慮。.2.2 影響 NOx生成的因素1）鍋爐燃料特性煤炭燃燒過程中 NOx生成量的多少與煤炭揮發(fā)分中各元素比的大小有關如：NOx的排放量與氧/氮（O/N）成正比關系；即使在相同 O/N 比值條件轉(zhuǎn)化率還與 α 有關，α 越大，轉(zhuǎn)化率越高，NOx排放量最終增加，見圖 1-外，NOx的排放水平還受硫/氮（S/N）比的影響，硫元素在氧化時會參與競氧化物的排放量會隨著二氧化硫排放量的增加而減少。
【參考文獻】

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本文編號：2876009