大型电站锅炉烟气脱硝选择性催化还原系统优化研究

氮氧化物（NOx）是公认的主要大气污染物之一，它引起酸雨和光化学烟雾，影响生态环境，危害人类健康，控制NOx的排放已受到人们普遍关注。随着我国的环保要求日益严格，执法力度的加严，选择性催化还原（Selective Catalytic Reduction，SCR）烟气脱硝技术因其脱硝率高（可达90％以上）、技术成熟成为燃煤电站锅炉控制NOx排放的主要选择。但是SCR烟气脱硝技术在我国起步较晚，在实际系统工艺的设计和运行方面遇到不少问题。论文以国内某电站600MW锅炉SCR脱硝系统为研究对象建立SCR反应器冷态试验台，对SCR反应器的结构和运行参数进行了冷态试验和数值模拟，结合工程项目对SCR系统工艺和运行特性做了相关研究，达到SCR系统优化的目的，这对于降低SCR技术的设计和运行成本具有重要的意义。 本文对SCR系统的试验和理论研究包括三部分工作：一是依据自模化理论对SCR反应器冷态试验台内部流场的分布特性和结构参数优化开展试验研究，通过反应器内结构改进实现流场优化，使反应器喷氨隔栅（Ammonia Injection Grid，AIG）入口流速分布偏差系数小于20％，催化剂入口截面位置的流速分布偏差系数小于15％，满足SCR系统运行要求；二是针对SCR反应器冷态试验台，采用k-ε双方程模型，运用SIMPLIC算法对反应器内速度分布、压力分布、浓度分布特性进行了详细的数值模拟，与试验结果对比，得到了较好的吻合，针对反应器结构和入口流速对反应器流场的影响进行分析并得出结论，在省煤器下游烟道加装合适的导流板可以优化反应反应器内部流动和混合特性，随着入口流速的增加，系统压降近似线型增加，反应器内部的速度和浓度分布的没有明显变化；三是以试验和流场数值模拟结果为基础，通过对SCR反应器内部化学反应和飞灰颗粒的受力分析，分别运用层流有限速率模型、离散相模型（DPM）模拟反应器内的化学反应和飞灰颗粒的运动，得到了反应器内部化学反应特性以及飞灰颗粒的运动轨迹和浓度分布，对反应器在BMCR工况时的运行特性进行了优化，使催化剂出口位置的NH3逃逸降低到5ppm以下。 结合600MW机组锅炉SCR系统工程项目，对SCR系统对锅炉性能与安全的影响进行分析；在对SCR系统的工艺及其设备特性进行综合分析的基础上，通过对系统的调试运行，优化了SCR系统的运行工况，使反应器出口NOx的浓度偏差系数保持在20％左右，满足系统运行标准。