循环流化床锅炉选择性非催化还原脱硝数值模拟与应用

摘要

氮氧化物是主要的大气污染物之一，我国氮氧化物的治理需要从电力行业着手。氮氧化物排放的控制技术主要包括低氮燃烧技术和烟气脱硝技术。烟气脱硝技术中的选择性非催化还原法，简称SNCR，比较适合循环流化床锅炉，国内外开始有实际工程应用，但是针对循环流化床锅炉SNCR脱硝技术的理论研究较少。本文的主要目的是利用 FLUENT数值模拟软件对循环流化床锅炉 SNCR脱硝技术进行研究，并针对某台130t/h循环流化床锅炉设计一套可行的SNCR脱硝系统。
　　首先对该锅炉进行了SNCR脱硝物料平衡计算和热损耗分析，从而获得了还原剂、稀释水和雾化空气用量等关键参数，并验证了进行SNCR脱硝的可行性。
　　采用 FLUENT软件对一种应用于SNCR系统中的气力式雾化喷嘴进行数值模拟，包括压缩空气与工质在喷嘴内部混合过程的冷态模拟和喷嘴出口射流破碎和雾化的冷态模拟，给出了气液压力对喷嘴流量特性和雾化效果的影响规律，模拟结果与实验结果比较吻合。
　　在物料平衡计算结果的基础上，借助FLUENT软件对比分析了六种喷嘴布置方式的还原剂在分离器中的分布情况，从而确定了相对合理的布置方式。然后选择合适的 SNCR化学反应机理通过 FLUENT软件分析了反应温度、还原剂用量、喷嘴布置方式、喷射参数、氧量和循环灰对脱硝效果的影响。结果表明，随着温度的提高，脱硝效率先增加后降低，在925℃左右达到最大值，而氨逃逸持续降低。增加还原剂用量，能够扩大温度窗口，但是会增加氨逃逸。喷射参数对脱硝效果的影响不大。提高烟气含氧量能使反应的温度窗口向低温方向移动，减小氨逃逸，但是会降低脱硝效率。考虑循环灰后，最佳反应温度降低到900℃左右，脱硝效率增大并且氨逃逸量显著减少。
　　最后根据设计要求并结合该锅炉实际情况设计了一套氨水SNCR脱硝系统，该系统由氨水储存系统、清水储存系统、混合加压系统、喷射雾化系统、废液处理系统和自动控制系统六个子系统组成。

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第1章 绪 论

1.1我国氮氧化物的排放现状

1.2氮氧化物的生成机理

1.3氮氧化物排放的控制技术

1.4循环流化床锅炉SNCR应用现状

1.5 SNCR脱硝国内外研究现状

1.6本文研究内容与目的

第2章 物料平衡计算和热损耗分析

2.1引言

2.2锅炉基本情况

2.3计算方法

2.4计算结果汇总

2.5本章小结

第3章 SNCR气力式喷嘴雾化特性研究

3.1引言

3.2理论模型

3.3物理模型

3.4喷嘴内部混合模拟结果

3.5喷嘴气液流量特性模拟与实验结果

3.6喷嘴出口射流雾化模拟结果

3.7本章小结

第4章 SNCR脱硝过程数值模拟

4.1 SNCR反应机理

4.2物理模型和计算模型

4.3旋风分离器烟气流场模拟结果

4.4喷嘴布置方式对混合效果的影响

4.5喷射参数对混合效果的影响

4.6旋风分离器内SNCR反应模拟

4.7本章小结

第5章 SNCR工艺系统设计

5.1 SNCR工艺设计所需技术数据

5.2 SNCR工艺系统组成

5.3本章小结

第6章 结论与展望

6.1主要结论

6.2后续工作建议与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢