SCR烟气脱硝系统喷氨混合装置优化研究

摘要

新《火电厂大气污染物排放标准》的执行对电力行业氮氧化物的排放提出严格限制。选择性催化还原（Selective Catalytic Reduction，SCR）烟气脱硝技术以其成熟高效的特点成为火电厂控制氮氧化物的必然选择。还原剂氨与烟气的混合均匀程度是影响SCR烟气脱硝系统脱硝效率的关键因素之一。由于国内许多SCR脱硝装置均为电厂后期改造项目，受空间载荷限制预留的混合距离较短，因此对SCR系统喷氨混合装置进行优化研究尤其是开发高效喷氨混合装置具有重要意义。论文根据SCR系统烟道当量直径大、混合距离短的特点，提出一种新型喷氨混合单元设计思想，并对其进行结构优化和适用性验证。
　　 本文对SCR系统喷氨混合装置的优化研究工作主要包括三部分。其一，采用数值计算的方法分析Ⅴ型混合元件下游流场特点，结果表明混合单元纵向对称截面末端气流湍动能和湍动能耗散率最高，适合作为喷氨位置。其二，对SCR系统烟道进行适当简化，搭建混合研究试验台，根据试验结果调整数值计算方法，用校正的数值方法分析喷氨混合装置结构参数对其下游浓度分布的影响，结果表明Ⅴ型喷氨混合单元数增加，混合单元叶片尺寸减小，初始浓度标准偏差系数降低，涡流混合作用减弱，混合所需距离先减少后增加，据此拟合发现混合所需距离与Ⅴ型喷氨混合单元数满足二次函数关系;混合单元对齐布置时湍流涡混强度大，持续距离长，浓度标准偏差系数比交错布置时小;混合装置覆盖率增大，混合所需距离缩短，混合过程压力损失增加，混合装置效率先增大后减小，当覆盖率为0.250时达到最大值0.957;混合单元夹角增大，混合能耗近似线性增加，混合装置效率先增大后减少，夹角为96°时浓度标准偏差系数最小，夹角为90°时混合装置效率最大;混合单元采用梯形和矩形叶片较采用椭圆形和三角形叶片浓度分布更均匀。其三，结合某600MW机组SCR系统验证Ⅴ型喷氨混合装置的适用性，并与喷氨格栅和旋流混合器的组合方案对比，结果表明，采用Ⅴ型喷氨混合装置设计方案时，催化剂入口氨浓度标准偏差系数低于5％，并且其综合性能优于某喷氨格栅和旋流混合器的组合。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 我国氮氧化物排放现状及控制政策

1．1．1 我国氮氧化物排放现状

1．1．2 我国氮氧化物控制政策

1．2 NOx控制技术

1．2．1 低NOx燃烧技术

1．2．2 烟气脱硝技术

1．3 SCR技术

1．3．1 SCR技术工艺流程

1．3．2 SCR技术应用现状

1．4 SCR烟气脱硝系统喷氨混合装置

1．4．1 喷氨混合优化研究重要性

1．4．2 喷氨混合装置研究综述

1．5 课题研究内容

2 混合元件混合特性研究

2．1 混合过程及研究方法

2．2 V型混合元件设计

2．2．1 梯形元件混合性能

2．2．2 V型混合元件

2．3 V型混合元件动力特性分析

2．3．1 数值模拟

2．3．2 计算结果与分析

2．4 本章小结

3 V型喷氨混合装置结构优化研究

3．1 试验系统

3．1．1 试验装置

3．1．2 测试项目

3．1．3 评价指标

3．2 数值模拟

3．2．1 几何模型构建及网格划分

3．2．2 数学模型

3．2．3 边界条件

3．3 结果与分析

3．3．1 数值模型的试验验证

3．3．2 喷氨混合单元数影响

3．3．3 布置方式影响

3．3．4 覆盖率影响

3．3．5 夹角影响

3．3．6 叶型影响

3．4 本章小结

4 600MW机组SCR系统V型喷氨混合装置性能研究

4．1 600MW机组SCR系统概述

4．2 SCR系统流场数值模拟

4．2．1 几何模型构建及网格划分

4．2．2 数学模型

4．2．3 边界条件

4．3 SCR系统自模化试验

4．3．1 自模化试验系统

4．3．2 试验方法

4．4 计算结果对比分析

4．4．1 速度分布对比

4．4．2 浓度分布对比

4．4．3 压降对比

4．5 本章小结

5 全文总结及创新性

5．1 全文总结

5．2 主要创新点

5．3 工作展望

参考文献

作者简介及研究成果