SNCR与空气分级联合脱硝数值模拟及添加剂对SNCR的影响

摘要

我国的NOx污染主要是火电厂煤粉燃烧所引起的,NOx的大量排放严重危害了人类和动植物的生存健康。空气分级燃烧和选择性非催化还原脱硝(SNCR)技术都是投资运行成本不高、NOx脱除率中等的脱硝技术,空气分级燃烧属于燃烧中脱硝的低NOx燃烧技术,SNCR属于燃烧后的烟气脱硝技术,两者的联合应用,具有广阔的应用前景。
　　利用Fluent软件,对一台200MW机组锅炉空气分级燃烧过程进行数值模拟。分别对原始工况和改造后的空气分级燃烧过程的炉内温度场、O2浓度、CO浓度和NO的浓度分布进行了对比分析。采用空气分级燃烧技术后,由于炉内主燃区属于贫氧燃烧,使得炉内温度水平有所降低;炉膛出口CO浓度略微升高,这是由于空气分级导致CO没有完全被氧化所致;炉膛出口的NO排放量下降。锅炉100％负荷和70%负荷运行,采用空气分级燃烧技术分别取得了37.9%和33.8%的NO脱除率。
　　根据炉内燃烧计算的结果,以上半炉膛为研究对象,对大型炉膛的SNCR反应过程进行数值模拟。当氨氮比增大,炉膛出口的NO浓度呈降低趋势,但锅炉尾部的漏氨量是增大的;SNCR的脱硝效率随还原剂尿素溶液质量分数的增大而减小,尾部氨漏失也同时减小;还原剂液滴的粒径增大,SNCR的脱硝效率略微增大,炉膛出口的氨漏失先减小再增大。通过选择合适的氨氮比、尿素溶液质量分数、液滴平均粒径等参数,SNCR脱硝效率可达到30%,经低氮燃烧和SNCR的联合脱硝改造,可以满足锅炉NOx排放量低于200mg/m3的指标。
　　添加剂对SNCR反应的影响较大。为了能让SNCR技术在电站锅炉上能取得更理想的脱硝效果,可考虑在将还原剂喷入炉膛的同时,再适量的喷入反应添加剂以改善系统的脱硝性能。因此,首先应探索添加剂对SNCR反应影响的规律。对添加生物质气化气的SNCR反应过程进行了试验研究和反应动力学分析,结果表明:添加生物质气化气能使反应温度窗向低温移动,温度窗口变窄,脱硝效率略微下降。通过比较生物质气化气添加剂和单一添加剂的试验结果,发现生物质气化气中对反应影响最大的是H2,而CH4和CO的影响相对较小。通过Chemkin模拟,也验证了这一点。为采用生物质气体添加剂改善大型炉膛中SNCR脱硝效果提供了参考。

目录

摘 要

Abstract

第1章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 空气分级燃烧和SNCR技术简介

1.2.1 空气分级燃烧技术

1.2.2 SNCR技术

1.3 国内外研究现状

1.3.1 空气分级燃烧的研究现状

1.3.2 SNCR的研究现状

1.4 课题主要研究内容

第2章 200MW机组锅炉炉内燃烧过程数值模拟

2.1 模拟对象简介

2.2 网格划分

2.3 数学模型

2.3.1 湍流流动模型

2.3.2 两相流动模型

2.3.3 挥发份析出和燃烧模型

2.3.4 焦炭燃烧模型

2.3.5 辐射换热模型

2.3.6 NOx生成模型

2.4 锅炉100%负荷燃烧过程的数值模拟

2.4.1 炉内冷态流场的模拟

2.4.2 炉内温度分布

2.4.3 炉内O2浓度分布

2.4.4 炉内CO浓度分布

2.4.5 炉内NO浓度分布

2.5 锅炉70%负荷燃烧过程的数值模拟

2.6 本章小结

第3章 200MW机组锅炉SNCR脱硝过程数值模拟

3.1 模拟对象简介

3.2 网格划分

3.3 SNCR模拟的数学模型

3.4 SNCR模拟的边界条件

3.5 100%负荷SNCR脱硝过程数值模拟

3.5.1 上半炉膛温度场和脱硝过程的模拟

3.5.2 不同氨氮比的模拟计算

3.5.3 不同尿素溶液质量分数的模拟计算

3.5.4 不同液滴平均粒径的模拟计算

3.6 70%负荷SNCR脱硝过程的模拟

3.7 本章小结

第4章 生物质气化气添加剂对SNCR的影响研究

4.1 试验系统简介

4.1.1 水平电加热炉本体

4.1.2 石英玻璃反应器

4.1.3 配气系统

4.1.4 烟气成分分析系统

4.2 反应动力学计算方法

4.3 试验结果及分析

4.3.1 生物质气化气添加剂与单一添加剂的比较

4.3.2 不同CH4/CO/H2混合比例对SNCR反应的影响

4.3.3 生物质气化气不同添加量对SNCR反应的影响

4.4 添加生物质气化气的反应动力学分析

4.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢