循环流化床锅炉SNCR脱硝数值模拟研究

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循环流化床锅炉作为一种洁净煤燃烧装置被广泛的运用。但是随着国家对环保要求的提高,循环流化床锅炉的NO_x原始排放浓度已经不能满足环保要求,加装脱硝装置成为了一种必然的趋势。由于循环流化床锅炉中有适于SNCR脱硝反应的旋风分离器,因此SNCR脱硝技术在循环流化床锅炉中被普遍应用。在实际过程中,若不考虑SNCR脱硝区域入口的速度、NO_x浓度等烟气参数的不均匀性,会极大地影响SNCR脱硝反应。本文以某电厂300MW循环流化床锅炉为研究对象,采用数值模拟手段,研究炉内燃烧过程对还原剂喷入位置、喷射量等的影响规律,并与实际运行情况进行比较分析,提出具体的优化方法。首先对循环流化床锅炉的煤燃烧和NO_x生成进行数值模拟,构建了三维双欧拉数学模型。计算结果表明,炉膛出口分三路连接三个高温旋风分离器,三个高温旋风分离器入口(即还原剂喷入点)处,烟气速度的不均匀性系数分别为0.22、0.26和0.26,NO_x浓度的不均匀性系数分别为0.26、0.42和0.47,烟气速度和NO_x浓度的乘积即NO_x通量的不均匀性系数分别为0.30、0.59和0.65,呈现出明显的不均匀性。在燃烧计算的基础上,进行SNCR脱硝的数值模拟。采用非均匀入口条件时,以燃烧计算获得的烟气速度场和NO_x浓度场作为高温旋风分离器的入口边界条件,当氨氮摩尔比为1.4时,计算得到的脱硝效率为61.1%,现场实测的氨氮摩尔比为1.4时的脱硝效率为62.7%,两者的相对误差为2.6%。采用均匀入口条件时,以燃烧计算获得的烟气速度和NO_x浓度的平均值作为高温旋风分离器的入口边界条件,当氨氮摩尔比为1.4时,计算得到的脱硝效率为75%,与现场实测的脱硝效率的相对误差为19.6%。计算结果表明,采用非均匀入口条件比采用均匀入口条件能更加准确的模拟SNCR脱硝反应。在SNCR脱硝数值模拟的基础上,根据高温旋风分离器入口烟气参数的不均匀性,改变现有的还原剂喷入点位置和还原剂喷入量,即将高温旋风分离入口沿高度等分为六个截面,在每个截面的中心高度外侧布置一个还原剂喷枪,根据每个截面的NO_x通量分配每个喷枪的还原剂喷入量。采用非均匀入口条件进行模拟计算,当氨氮摩尔比为1.4时,计算得到的脱硝效率为70.5%,比改进前的脱硝效率提高了9%以上。
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