在SCR系统模拟中引入示踪气体指导喷氨调整的方法

摘要

本发明公开了一种基于在SCR系统模拟中引入示踪气体指导喷氨优化调整的方法。通过对SCR系统进行全尺度建模和网格划分，对部分喷氨支管使用等量示踪气体替换原有成分，数值模拟SCR系统内湍流流动、多组分扩散、传热和催化剂层化学反应，通过导出出口截面上各示踪气体的浓度分布，可以获得各喷氨支管喷出的氨气在出口所对应影响区域。现场优化调整中，出口某区域NOx浓度偏高或偏低，即可通过调节利用该方法获得的该区域所对应喷氨支管阀门开度调整，最终使得出口截面NOx浓度分布均匀。经现场试验证明，该方法有效可靠，具有较高的实用价值。避免了现场试验中无法摸清出口区域浓度和各喷氨支管的对应关系的缺陷。

说明书

技术领域

本发明属于火电厂能源环保技术领域，具体涉及一种在SCR系统模拟中引入示踪 气体指导喷氨调整的方法，特别涉及到基于在SCR系统模拟中引入示踪气体指导喷氨优化 调整的方法，可用于喷氨优化调整试验中快速有效的调整SCR系统中各喷氨支管阀门开度 使得出口测点截面NO_x浓度分布均匀。

背景技术

根据国家环境保护部办公厅函[2011]51号文《火电厂大气污染物排放标准》，2012 年1月1日起新建火力发电锅炉机组NOx排放浓度不大于100mg/Nm3，2014年7月1日起现有的 机组NOx排放浓度不大于100mg/Nm3。SCR系统成为火力发电机组必不可少的一部分。

烟气脱硝SCR装置在设计阶段通常会进行流场模拟和物理模型试验对烟道内的流 场进行优化，以保证SCR出口截面的烟气流速和NOx分布较为均匀。但由于现场空间限制或 安装等因素，加上调试阶段对喷氨格栅的优化调整重视不够，实际运行过程中出现SCR出口 截面NOx分布偏差大，部分区域氨逃逸超过设计保证值的现象。这会影响系统整体的脱硝效 果，并会增加空预器的硫酸氢铵腐蚀和堵塞风险，给系统的经济稳定运行带来很大的危害。 因此，十分有必要对SCR装置进行喷氨优化调整，即通过调整SCR入口每根喷氨支管上的手 动调阀，改变不同位置的喷氨量，从而改善出口NOx和NH3分布的均匀性，在保证装置脱硝效 果的同时，减少装置的运行成本，提高装置的可用率。

在实际SCR系统调氨中，是利用测量出口NOx浓度场反馈调整各支管阀门开度，但 由于实际SCR反应器结构复杂，很难从几何对应的方式找到出口某区域浓度与调整某喷氨 支管的一一对应的关系，所以实际调整过程中盲目性很大。若喷氨支管众多，喷氨支管阀门 开度组合数庞大，若没有合理的理论指导喷氨支管阀门开度调整，仅仅依靠经验实现出口 浓度场均匀任务耗时长，效率低，耗资急剧增加，难度大。由于现场实际条件有限，且不能影 响机组的正常运行，所以无法通过做现场试验的方法来摸清出口区域浓度和各喷氨支管的 对应关系。

发明内容

本发明的目的提供一种在SCR系统模拟中引入示踪气体指导喷氨调整的方法，利 用本方法可快速有效方便的找出出口区域浓度和各喷氨支管对应关系，而后通过这种对应 关系调整相应喷氨支管开度使得某区域浓度分布达到预期值，能够很好的指导现场喷氨优 化调整，同时具有很好的经济性。且经现场试验证明，该方法有效可靠，具有较高的实用价 值。避免了现有技术中现场试验无法摸清出口区域浓度和各支管的对应关系的缺陷。

为了克服现有技术中的不足，本发明提供了一种在SCR系统模拟中引入示踪气体 指导喷氨调整的方法的解决方案，即提供一种基于在SCR系统模拟中引入示踪气体指导喷 氨优化调整的方法，具体如下：

一种在SCR系统模拟中引入示踪气体指导喷氨调整的方法，获得SCR系统的结构尺 寸，以及烟气入口流量、温度、各组分含量和污染物浓度，喷氨喷嘴流量、组分含量和温度， 对SCR系统进行全尺度计算流体力学建模，包括对SCR烟道、喷氨格栅、混合器、导流板、整流 格栅和催化剂层的建模和划分网格，SCR系统进口各参数可由提供数据计算获得，喷氨格栅 喷嘴喷出氨气和空气混合气，各参数可知，部分支管的喷嘴引入示踪气体代替氨、空气混合 气，催化剂层考虑NH3与NOx的化学反应，代入整个体系进行数值计算，计算收敛后确定计算 结果正确后导出出口测点截面示踪气体分布图，建立坐标，处理分析获得示踪气体的主要 分布区域，该区域即为喷入该示踪气体的喷氨支管所对应的影响区域，若该区域上NOx浓度 偏高或偏低即可调节该喷氨支管开度大小，最终将该区域NOx浓度调到预期值。每根喷氨支 管所对应的影响区域可通过上述方法获得，即出口截面各区域对应的喷氨支管可知，每个 区域可通过调节对应的喷氨支管阀门开度来达到预期值，最终将整个截面NOx浓度分布调 整均匀，通过建立各区域对应支管图，该图即可方便的在现场实地使用，指导喷氨优化调整 试验。

按照上述技术方案，所述的全尺度建模包括对烟道、喷氨格栅、混合器、导流板、整 流格栅和催化剂层进行完整的建模和网格划分。

按照上述技术方案，所述的数值模拟考虑了SCR系统中流体的湍流流动、多组分扩 散、传热和催化剂层的化学反应，能够真实的反映SCR系统内情况。

按照上述技术方案，所述的引入示踪气体代替氨、空气混合气为用等流量的示踪 气体替换，且该示踪气体的温度、密度、扩散系数与原先气体相近。

按照上述技术方案，所述的部分支管引入示踪气体为一次计算多根支管分别引入 不同示踪气体，计算完成后可导出出口截面不同示踪气体分布区域，即一次计算可获得多 根支管的影响区域，效率提高。

附图说明

图1为一种基于在SCR系统模拟中引入示踪气体指导喷氨优化调整的方法示意图， 其中：1、SCR烟道；2、喷氨格栅；3、示踪气体；4、混合器；5、导流板；6、整流格栅；7、催化剂层； 8、出口测点截面；

图2为实施例中××电厂喷氨格栅各支管布置图，R1-R12为1/4的支管的编号。

图3为实施例中对××电厂进行数值模拟获得的各喷氨支管喷出的气体在出口测 点截面的影响区域分布。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对发明内容作进一步说明：

该实施例为××电厂1000MW机组SCR喷氨优化调整试验。该SCR系统结构如图1所 示，该结构中包括在SCR烟道中依次设置着喷氨格栅2、混合器4、导流板5、整流格栅6、催化 剂层7，出口测点截面8位于催化剂层7的下方，这样就能获得该SCR系统的结构布置，包括 SCR烟道1的尺寸，喷氨格栅2的布置，喷嘴的位置和尺寸，导流板5的布置和尺寸，整流格栅6 的尺寸，催化剂7的参数。获得某工况下的入口流量、温度、各组分含量和污染物浓度参数， 以及喷氨喷嘴流量、组分含量和温度这样的参数。对SCR系统进行全尺度的计算流体力学建 模，包括对SCR烟道1、喷氨格栅、混合器、导流板、整流格栅和催化剂层的建模，进行网格划 分。入口参数和喷氨入口参数可由上述获得的数据计算得到。由于该喷氨格栅布置的对称 性，只需获得1/4的喷氨支管对应的区域，剩余支管可由对称性获得。对序号为R1-R12支管 引入不同示踪气体3替换氨、空气混合气，其体积流量仍为原值。考虑体系内流体的湍流流 动、多组分间扩散、传热传质和催化剂层NH3与NOx的化学反应，进行数值计算，计算确定收 敛后，将计算结果和摸底试验数据比较，确定计算结果在误差范围内。导出出口测点截面8 的各示踪气体的分布，建立坐标，获得示踪气体的分布区域，每种示踪气体分布对应一根喷 氨支管，由对称性可获得所有支管的影响区域。绘制出口区域对应图，供现场调试使用。在 现场喷氨优化试验中，测量出口截面8各测点NOx浓度值，若某些区域NOx浓度值偏高，通过 对应图找到相对应的喷氨支管，开大该支管阀门开度，喷入氨气量增加，该区域NOx浓度将 下降，经过小许调整，将该区域NOx浓度达到预期值。类似其它区域调整对应支管阀门，最终 出口截面8NOx浓度分布满足调整要求，记下所有阀门开度，该开度组合为该工况下的喷氨 最优开度。喷氨优化调整结束。

对于结构复杂的SCR反应器，难以用常规方法找到出口截面某区域与喷氨支管的 一一对应关系，但利用上述方法可快速有效方便的找出对应关系，而后通过这种对应关系 调整相应喷氨支管开度使得某区域浓度分布达到预期值，能够很好的指导现场喷氨优化调 整，同时具有很好的经济性。且经现场试验证明，该方法有效可靠，具有较高的实用价值。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽 然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人 员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰 为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在 本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍 属于本发明技术方案的保护范围之内。