煤粉炉SNCR脱硝过程的数值模拟研究

摘要

火力发电厂是目前中国重要的电能生产单位，为提高国民经济的发展起着关键作用，但其同时也成为环境污染的重要来源。煤粉炉所排放烟气中的氮氧化物对大气污染尤甚，如何降低氮氧化物排放量是目前需要研究的重点。选择性非催化还原技术(SNCR)具有所需系统简单、改造与运行成本低、无需使用贵重的催化剂等优点，现已成为我国火电机组脱除氮氧化物重点应用的技术。由于SNCR脱硝技术的原理是化学还原反应，受还原剂、气氛以及其他因素影响较大，且只有在850～1100℃之间才能顺利进行还原反应，因此研究各因素对脱硝反应的影响非常重要。
　　在数值模拟方面，本文使用ANSYS14.0软件对型号为SG2028/17.5-M904的亚临界压力控制循环汽包炉进行模拟，主要分为两部分:一部分是对炉膛整体建模，研究炉内流动情况和燃烧情况，得出温度等分布，从而得出最适合SNCR反应的炉膛区间。第二部分是对SNCR反应区域进行单独建模，将第一部分得到的数据作为SNCR反应的入口条件，导入到计算域从而进行脱硝模拟。本文首先介绍了选择性非催化还原法的基本原理和国内外研究概况，同时还对研究锅炉燃烧与SNCR反应所用的数值模拟模型进行了介绍，最后通过对某电厂600MW锅炉仿真，分析了温度、还原剂入口喷射速度、氨氮摩尔比、初始NO含量以及不同喷口投运情况对脱硝反应效率的影响，得出了不同情况下的脱硝效率和漏氨量，并提出了600MW煤粉锅炉SNCR脱硝合理的运行参数。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景和概况简介

1．1．1 氮氧化物的危害以及我国电力行业NOx排放概况

1．1．2 电厂脱硝技术分类和简介

1．1．3 国内外脱硝技术的研究简介

1．2 研究内容及意义

1．2．1 课题研究内容

1．2．2 课题意义

第2章 选择性非催化还原法原理及研究简介

2．1 SNCR脱硝法基本原理

2．1．1 DeNOx法脱硝原理

2．1．2 RAPRENOx法脱硝原理

2．1．3 NOxOUT法脱硝原理

2．2 影响SNCR脱硝过程的因素分析

2．2．1 反应温度的影响

2．2．2 还原剂与烟气混合条件影响

2．2．3 氨氮当量比的影响

2．2．4 还原剂停留时间的影响

2．2．5 NOx初始浓度的影响

2．2．6 还原剂和添加剂的影响

2．2．7 其他因素的影响

2．3 国外对SNCR法的研究和工程应用

2．4 国内对SNCR法的研究和工程应用

2．5 本章小结

第3章 锅炉燃烧与SNCR反应数值模拟模型

3．1 基本守恒模型

3．2 气相湍流流动模型

3．2．1 湍流处理方法

3．2．2 标准κ-ε模型

3．2．3 重整群方法κ-ε模型

3．2．4 可实现的κ-ε模型

3．3 辐射传热模型

3．3．1 辐射传热处理方法

3．3．2 辐射传热DO模型

3．3．3 辐射传热P-1模型

3．4 煤粉燃烧模型

3．4．1 挥发分析出模型

3．4．2 焦炭燃烧模型

3，4．3 气相燃烧模型

3．5 污染物NOx生成模型

3．5．1 热力型NOx生成模型

3．5．2 燃料型NOx生成模型

3．6 SNCR反应模型

3．7 本章小结

第4章 大型火电机组煤粉炉SNCR脱硝计算

4．1 研究对象介绍

4．1．1 锅炉总体和主要参数简介

4．1．2 锅炉尺寸

4．1．3 锅炉燃烧系统

4．2 建模方法和模拟参数设定

4．2．1 网格划分简介

4．2．2 入口边界条件设定

4．2．3 出口和壁面边界条件设定

4．2．4 离散相设定

4．3 SNCR脱硝反应模拟方法

4．3．1 燃烧结果分析与SNCR反应区域选择

4．3．2 SNCR反应区域建模

4．4 SNCR脱硝模拟结果分析

4．4．1 不同喷口投运情况对脱硝的影响

4．4．2 温度对脱硝反应的影响

4．4．3 还原剂入口喷射速度对脱硝反应的影响

4．4．4 氨氮摩尔比对脱硝反应的影响

4．4．5 初始NO含量对脱硝反应的影响

4．5 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 研究工作存在的不足与展望

参考文献

致谢