CN107349786A - 选择性催化还原脱硝装置及其喷氨优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于燃煤锅炉大气污染控制技术领域，尤其涉及一种选择性催化还原脱硝装置及其喷氨优化方法，其中，该方法包括模拟脱硝装置烟气流动过程，获得脱硝装置内烟气流动和组分输运特性，基于脱硝装置内氨氮的组分输运特性分析催化剂上方截面氨氮分布的不均匀性；基于脱硝装置氨氮分布的不均匀性分析结果，根据氨氮浓度分布、喷氨格栅分区情况以及各喷氨口速度，基于负反馈迭代法计算出各喷氨口的最佳喷氨量。本发明基于负反馈迭代的喷氨优化调整方案，快速、高效地改善了催化剂上方截面的氨氮分布不均现象，提高了脱硝装置的脱硝效率，降低了脱硝装置的氨逃逸率。
Description
技术领域
本发明属于燃煤锅炉大气污染控制技术领域，尤其涉及一种选择性催化还原脱硝装置及其喷氨优化方法。
背景技术
氮氧化物是全世界公认的主要大气污染物之一，火力发电厂、冶金厂、化工厂等固定发生源所排放的氮氧化物量占到人为排放量的90％以上，氮氧化物的大量排放对整个生态系统及人类的生命健康造成巨大的威胁。选择性催化还原脱硝技术是目前脱除烟气中氮氧化物最有效、应用最广泛的技术。采用数值模拟对选择性催化还原脱硝装置的实际烟气流动和喷氨过程进行模拟，已成为脱硝装置设计、改造的重要手段与内容。
大型电站锅炉SCR反应器入口的非对称渐扩、烟道转弯、反应器上部转弯处截面突变等结构因素是造成烟气流场不均和氨氮浓度偏差的重要原因。针对反应器出口氮氧化物分布不均、氨逃逸超标、空预器堵塞等问题，已经引起科研人员和电厂运行人员的广泛关注。但由于实际反应器结构复杂，没有合理的理论指导，仅依靠经验调整来实现反应器出口氮氧化物浓度场的均匀性耗时长、效率低、难度大。因此，亟需一种提高脱硝装置的脱硝效率，降低脱硝装置的氨逃逸率的技术方案。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种选择性催化还原脱硝装置及其喷氨优化方法，用于解决以往喷氨优化调整试验中调整盲目性高、工作效率低、优化效果差等问题，通过针对不同的子区域进行差异化喷氨调整，快速、高效地改善催化剂上方截面氨浓度分布。
本发明提供了一种选择性催化还原脱硝装置的喷氨优化方法，包括：
步骤1，模拟脱硝装置烟气流动过程，获得脱硝装置内烟气流动和组分输运特性，基于脱硝装置内氨氮的组分输运特性分析催化剂上方截面氨氮分布的不均匀性；
步骤2，基于脱硝装置氨氮分布的不均匀性分析结果，根据氨氮浓度分布、喷氨格栅分区情况以及各喷氨口速度，基于负反馈迭代法计算出各喷氨口的最佳喷氨量。
进一步地，步骤1包括：
基于脱硝装置的尺寸和结构，建立包含锅炉省煤器出口和脱硝装置反应器的三维几何模型，并将将所述三维几何模型离散化，创建网格模型；
基于创建的网格模型及脱硝装置进出口的边界条件及操作参数，模拟脱硝装置的烟气流动过程，获得氨气、一氧化氮的组分输运特性，并分析当前脱硝装置氨氮分布的不均匀性；其中，脱硝装置进出口的边界条件及操作参数通过现场测试获得。
进一步地，步骤2包括：
将喷氨格栅划分为若干子区域，每个喷氨分区对应一个蝶阀对喷氨量进行定量调节，在催化剂上方截面与喷氨格栅子区域相对应的区域也划分为若干子区域；
基于脱硝装置氨氮分布的不均匀性分析结果，计算出催化剂上方截面及截面各子区域的氨氮浓度，将各子区域与催化剂上方截面氨氮浓度之差与催化剂上方截面氨氮浓度的比值作为修正因子；
将修正因子与喷氨口流速的乘积作为下一次迭代计算的喷氨口流速，进行迭代计算，对若干个子区域分别进行上述迭代计算；
基于脱硝装置氨氮分布的不均匀性分析结果计算催化剂上方截面氨氮比，直到催化剂上方截面氨氮比相对标准偏差系数小于或等于5％为止。
进一步地，步骤2还包括：
以催化剂上方截面氨氮比相对标准偏差系数小于或等于5％作为优化评价指标，通过修正喷氨口流速来不断优化催化剂上方截面的氨氮分布。
本发明还提供了一种选择性催化还原脱硝装置，包括锅炉省煤器出口、进口烟道、反应器及出口烟道，锅炉省煤器出口与进口烟道连接，进口烟道与反应器的上端连接，反应器的下端连接出口烟道；进口烟道包括弯折烟道及竖直烟道，弯折烟道中设有导流板，竖直烟道中设有喷氨格栅，反应器内设有催化剂层；喷氨格栅划分有多个子区域，每个子区域作为一个喷氨分区，每个喷氨分区设有一个蝶阀，用于对喷氨量进行定量调节，在催化剂层上方截面与喷氨格栅子区域相对应的区域划分有多个子区域。
进一步地，弯折烟道包括第一弯折烟道及第二弯折烟道，第一弯折烟道一端连接锅炉省煤器出口，另一端连接竖直烟道的一端，竖直烟道的另一端连接第二弯折烟道的一端，第二弯折烟道的另一端连接反应器的上端。
进一步地，第一弯折烟道及第二弯折烟道内分别设有第一导流板及第二导流板，第一导流板及第二导流板均由多个弧形板相隔组成，弧形板的弧度方向与烟气流动方向一致。
进一步地，喷氨格栅水平布置于竖直烟道的中间部位。
进一步地，催化剂层在反应器内水平布置，反应器内平行布置有三层催化剂层。
进一步地，出口烟道包括第三弯折烟道，第三弯折烟道与反应器的下端连接。
借由上述方案，通过选择性催化还原脱硝装置及其喷氨优化方法，基于负反馈迭代的喷氨优化调整方案，快速、高效地改善了催化剂上方截面的氨氮分布不均现象，从而提高了脱硝装置的脱硝效率，降低了脱硝装置的氨逃逸率。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明选择性催化还原脱硝装置的喷氨优化方法的流程图；
图2是本发明选择性催化还原脱硝装置的结构示意图。
图中标号：
1-锅炉省煤器出口；2-第一弯折烟道；3-竖直烟道；4-第二弯折烟道；5-反应器；6-第三弯折烟道；21-第一导流板；31-喷氨格栅；41-第二导流板；51-催化剂层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参图1所示，本实施例提供了一种选择性催化还原脱硝装置的喷氨优化方法，包括：
步骤S1，模拟脱硝装置烟气流动过程，获得脱硝装置内烟气流动和组分输运特性，基于脱硝装置内氨氮的组分输运特性分析催化剂上方截面氨氮分布的不均匀性；
步骤S2，基于脱硝装置氨氮分布的不均匀性分析结果，根据氨氮浓度分布、喷氨格栅分区情况以及各喷氨口速度，基于负反馈迭代法计算出各喷氨口的最佳喷氨量。
该方法的具体步骤为：
1)依据实际脱硝装置尺寸和结构，采用AutoCAD软件建立包含锅炉省煤器出口和脱硝装置反应器的三维几何模型，采用Gambit软件将几何模型离散化，创建网格模型；
2)通过现场测试等手段得到脱硝装置进出口的边界条件及操作参数；
3)利用AnsysFluent软件模拟脱硝装置的烟气流动过程，获得氨气、一氧化氮的组分输运特性，分析当前脱硝装置氨氮分布的不均匀性；
4)根据步骤3)的分析结果，通过修正喷氨口流速来不断优化催化剂上方截面的氨氮分布，优化结果的评价指标为氨氮比相对(预设的)标准偏差系数≦5％；其中，标准偏差系数根据本领域的相关规范进行计算并设定。
5)将喷氨格栅划分为若干子区域，每个喷氨分区对应一个蝶阀对喷氨量进行定量调节，在催化剂上方截面与喷氨格栅子区域相对应的区域也划分为若干子区域；
6)根据步骤3)计算出催化剂上方截面及各子区域的氨氮浓度，将各子区域与催化剂上方截面氨氮浓度之差与催化剂上方截面氨氮浓度的比值作为修正因子；
7)修正因子与喷氨口流速的乘积作为下一次迭代计算的喷氨口流速，对若干个子区域分别进行上述计算；
8)利用AnsysFluent软件重复步骤3)计算，直到催化剂上方截面氨氮比相对标准偏差系数≤5％为止。
本实施例提供的喷氨优化方法，利用AnsysFluent软件模拟脱硝装置烟气流动过程，获得脱硝装置内烟气流动和组分输运特性，利用Tecplot软件处理数值仿真结果，分析脱硝装置催化剂上方截面氨氮分布不均问题。根据催化剂上方截面的氨氮浓度分布、喷氨格栅分区情况以及各喷氨口速度，通过采用负反馈迭代法计算出各喷氨口的最佳喷氨量，提高了脱硝装置的脱硝效率，降低了氨逃逸率。
本实施例还提供了一种选择性催化还原脱硝装置，包括锅炉省煤器出口1、进口烟道、反应器5及出口烟道，锅炉省煤器出口1与进口烟道连接，进口烟道与反应器5的上端连接，反应器5的下端连接出口烟道；进口烟道包括弯折烟道及竖直烟道3，弯折烟道中设有导流板，竖直烟道3中设有喷氨格栅31，反应器5内设有催化剂层51；喷氨格栅31划分有多个子区域，每个子区域作为一个喷氨分区，每个喷氨分区设有一个蝶阀，用于对喷氨量进行定量调节，在催化剂层5上方截面与喷氨格栅子区域相对应的区域划分有多个子区域。
在本实施例中，弯折烟道包括第一弯折烟道2及第二弯折烟道4，第一弯折烟道2一端连接锅炉省煤器出口1，另一端连接竖直烟道3的一端，竖直烟道3的另一端连接第二弯折烟道4的一端，第二弯折烟道4的另一端连接反应器5的上端。
在本实施例中，第一弯折烟道2及第二弯折烟道4内分别设有第一导流板21及第二导流板41，第一导流板21及第二导流板41均由多个弧形板相隔组成，弧形板的弧度方向与烟气流动方向一致，有利于导流。
在本实施例中，喷氨格栅31水平布置于竖直烟道3的中间部位。
在本实施例中，催化剂层51在反应器5内水平布置，反应器5内平行布置有三层催化剂层51。
在本实施例中，出口烟道包括第三弯折烟道6，第三弯折烟道6与反应器5的下端连接。
本实施例的脱硝装置通过将喷氨格栅划分为若干子区域，每个喷氨分区对应一个蝶阀对喷氨量进行定量调节，在催化剂上方截面与喷氨格栅子区域相对应的区域也划分为若干子区域，可以计算出催化剂上方截面及各子区域的氨氮浓度，将各子区域与催化剂上方截面氨氮浓度之差与催化剂上方截面氨氮浓度的比值作为修正因子与喷氨口流速的乘积作为下一次迭代计算的喷氨口流速，通过修正喷氨口流速来不断优化催化剂上方截面的氨氮分布，以此提高脱硝装置的脱硝效率，降低了氨逃逸率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种选择性催化还原脱硝装置的喷氨优化方法，其特征在于，包括：
步骤1，模拟脱硝装置烟气流动过程，获得脱硝装置内烟气流动和组分输运特性，基于脱硝装置内氨氮的组分输运特性分析催化剂上方截面氨氮分布的不均匀性；
步骤2，基于脱硝装置氨氮分布的不均匀性分析结果，根据氨氮浓度分布、喷氨格栅分区情况以及各喷氨口速度，基于负反馈迭代法计算出各喷氨口的最佳喷氨量。
2.根据权利要求1所述的选择性催化还原脱硝装置的喷氨优化方法，其特征在于，所述步骤1包括：
基于脱硝装置的尺寸和结构，建立包含锅炉省煤器出口和脱硝装置反应器的三维几何模型，并将将所述三维几何模型离散化，创建网格模型；
基于创建的网格模型及脱硝装置进出口的边界条件及操作参数，模拟脱硝装置的烟气流动过程，获得氨气、一氧化氮的组分输运特性，并分析当前脱硝装置氨氮分布的不均匀性；其中，所述脱硝装置进出口的边界条件及操作参数通过现场测试获得。
3.根据权利要求2所述的选择性催化还原脱硝装置的喷氨优化方法，其特征在于，所述步骤2包括：
将喷氨格栅划分为若干子区域，每个喷氨分区对应一个蝶阀对喷氨量进行定量调节，在催化剂上方截面与喷氨格栅子区域相对应的区域也划分为若干子区域；
基于脱硝装置氨氮分布的不均匀性分析结果，计算出催化剂上方截面及截面各子区域的氨氮浓度，将各子区域与催化剂上方截面氨氮浓度之差与催化剂上方截面氨氮浓度的比值作为修正因子；
将修正因子与喷氨口流速的乘积作为下一次迭代计算的喷氨口流速，进行迭代计算，对若干个子区域分别进行上述迭代计算；
基于脱硝装置氨氮分布的不均匀性分析结果计算催化剂上方截面氨氮比，直到催化剂上方截面氨氮比相对标准偏差系数小于或等于5％为止。
4.根据权利要求3所述的选择性催化还原脱硝装置的喷氨优化方法，其特征在于，所述步骤2还包括：
以催化剂上方截面氨氮比相对标准偏差系数小于或等于5％作为优化评价指标，通过修正喷氨口流速来不断优化催化剂上方截面的氨氮分布。
5.一种选择性催化还原脱硝装置，其特征在于，包括锅炉省煤器出口、进口烟道、反应器及出口烟道，所述锅炉省煤器出口与进口烟道连接，所述进口烟道与所述反应器的上端连接，所述反应器的下端连接所述出口烟道；所述进口烟道包括弯折烟道及竖直烟道，所述弯折烟道中设有导流板，所述竖直烟道中设有喷氨格栅，所述反应器内设有催化剂层；所述喷氨格栅划分有多个子区域，每个子区域作为一个喷氨分区，每个喷氨分区设有一个蝶阀，用于对喷氨量进行定量调节，在催化剂层上方截面与喷氨格栅子区域相对应的区域划分有多个子区域。
6.根据权利要求5所述的选择性催化还原脱硝装置，其特征在于，所述弯折烟道包括第一弯折烟道及第二弯折烟道，所述第一弯折烟道一端连接所述锅炉省煤器出口，另一端连接所述竖直烟道的一端，所述竖直烟道的另一端连接所述第二弯折烟道的一端，所述第二弯折烟道的另一端连接所述反应器的上端。
7.根据权利要求6所述的选择性催化还原脱硝装置，其特征在于，所述第一弯折烟道及第二弯折烟道内分别设有第一导流板及第二导流板，所述第一导流板及第二导流板均由多个弧形板相隔组成，所述弧形板的弧度方向与烟气流动方向一致。
8.根据权利要求7所述的选择性催化还原脱硝装置，其特征在于，所述喷氨格栅水平布置于所述竖直烟道的中间部位。
9.根据权利要求8所述的选择性催化还原脱硝装置，其特征在于，所述催化剂层在所述反应器内水平布置，所述反应器内平行布置有三层所述催化剂层。
10.根据权利要求9所述的选择性催化还原脱硝装置，其特征在于，所述出口烟道包括第三弯折烟道，所述第三弯折烟道与所述反应器的下端连接。
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