煙氣脫硝
關注創建者：匿名 創建時間：2021-10-12
煙氣脫硝的實例教程
摘要：選擇性催化還原(SCR)煙氣脫硝技術雖然應用廣泛,但催化劑磨損、堵塞及還原劑與煙氣混合不均等問題時有發生,CFD技術可多角度模擬現場情況,有助于問題的解決.對國內外燃煤電站SCR煙氣脫硝CFD技術的研究進行了綜述,在對文獻進行梳理的基礎上,闡述了計算流體力學CFD軟件在SCR煙氣脫硝模擬中的應用情況。
其主要領域包括:流場模擬、組分濃度場模擬、氣固兩相流模擬、化學反應模擬等.指出合理均勻的流場是整個SCR系統經濟安全運行的基礎;耦合詳細反應機理的SCR模型與鍋爐燃燒、SNCR等模型的聯合模擬是未來研究的重點.
選擇性催化還原(SCR)煙氣脫硝技術作為一種高效的NOx控制技術,在燃煤電廠得到廣泛的應用。然而,由于燃煤機組負荷、煤質多變且現場運行缺乏理論指導,SCR煙氣脫硝系統在投運過程中往往出現較多問題。
雖然國內外學者對SCR數值模擬技術做了較多研究,但其仍未完全成熟,主要有以下因素:(1)SCR模擬一般是在假設反應器入口速度、組分濃度、溫度等邊界參數均勻分布的基礎之上進行的;(2)SCR反應器內復雜的化學反應及氣固兩相流動過程,靠單一的CFD軟件難以實現。本文對國內外關于SCR數值模擬的文獻進行了梳理和總結,在介紹SCR關鍵技術的同時指出其在工程運行中存在的問題,為數值模擬研究提供借鑒。
1流場的數值模擬
SCR煙氣脫硝系統如圖1所示。SCR煙氣脫硝反應器(以下簡稱SCR反應器)通常布置在省煤器與空氣預熱器之間,受場地及空間位置等因素的制約,SCR反應器前往往存在1個或多個變截面煙道。變截面煙道會加劇反應器內流場的不均勻性,并且增大系統的壓降。
在設計SCR煙氣脫硝系統時,對反應器內噴氨格柵截面和首層催化劑入口截面速度的均勻性有嚴格要求,即這2個截面速度相對偏差系數均應控制在15％以內。
展開 煙氣脫硝，按治理工藝可分為濕法脫硝和干法脫硝，目的是脫除煙氣中的氮氧化物。隨著現代工業生產的發展和生活水平的提高，氮氧化物的污染問題，也越發引人關注。本文主要介紹了煙氣脫硝（SCR）技術及相關計算。
煙氣再循環(FGR)技術是一種傳統的 NOx 排放控制技術，適用于現有 CFB 鍋爐的低氮改造，對于實現 CFB 鍋爐低負荷運行有獨特優勢。FGR通過在一次風中加入再循環煙氣，降低了進入密相區的氧氣濃度，在保證密相區流化風速的前提下，減少燃燒過程中 NOx 原始生成濃度;同時，由于再循環煙氣的加入，推遲了爐膛內的燃燒過程，提高了旋風分離器入口的煙氣溫度，有利于提高燃燒效率和 SNCR 脫硝效率。
1.2 低溫下 SNCR 脫硝工藝優化
SNCR 工藝的脫硝性能受反應溫度的影響很大，在 CFB 鍋爐低負荷下其反應溫度往往偏離最佳溫度窗口，導致脫硝效率大幅下降，氨逃逸量增加。目前，通常采用優化噴槍位置和改變還劑類型來提升鍋爐在低負荷下 SNCR 脫硝性能。通過優化旋風分離器入口煙道的 SNCR 脫硝噴槍布置，可強化還原劑與煙氣的摻混，提高還原劑的利用效率。此外，在 CFB 鍋爐爐膛中部增加噴槍，可提高鍋爐在低負荷時的 SNCR 脫硝性能。
在低溫條件下 SNCR 脫硝工藝還原劑方面，中試試驗和工程驗證發現氨水相比于尿素具有更好的適應低溫 SNCR 反應的特性，而通過在還原劑中混合添加劑的方式，在更低反應溫度下可以顯著提高 SNCR 脫硝效率。
1.3 尾部煙氣脫硝
在 CFB 鍋爐增加尾部煙氣脫硝系統，可在不受鍋爐負荷變化的條件下穩定實現 NOx 超低排放，通常在鍋爐尾部煙道增加選擇性催化還原(SCR)脫硝裝置，或增加尾部煙氣凈化裝置，如活性焦脫硝、臭氧脫硝等。
我國有大量中小型燃煤熱電聯產機組，其中很大一部分使用 CFB 鍋爐，其負荷波動取決于機組對外的供熱量變化。隨著環保要求不斷提高，在全負荷下實現 CFB 鍋爐的 NO x 超低排放，特別是在低負荷下實現 NO x 超低排放是實際運行過程中存在的主要技術難題。
展開 某鋼鐵廠SCR脫硝項目中，以其中脫硝主體設備為研究對象，按照1：1對脫硝設備建立三維模型，并按要求設置進氣口管道和出氣口管道，進口為inlet，出口為outlet。
兩點說明：1.《火電廠煙氣脫硝工程技術規范》中規定對氣流均布可采用數值模擬的方法計算，但對于判定的標準并無規定。因此可借鑒我國通用的氣流分布均勻性的評定方法——相對標準偏差法進行判定，以下將有介紹。2.由于催化劑基材板厚0.7mm，板間距7mm，在整個催化劑模塊內相當于密實排布，而催化劑模塊在長×寬為10080mm×5000mm的脫硝殼體內也是無間隙排布。因此催化劑上平面可類比成等開孔率的分布板。若氣流在催化劑上平面分布均勻，則進入催化劑內部會更加均布。在脫硝模型中去掉催化劑模型，改為監測催化劑上平面100mm（模型中所標33m）處的氣流均布性能，該簡化是合理的。
三維模型圖及斷面監測位置
脫硝設備氣流模擬模型
在模型中速度監測斷面位置（33m位置打點斷面）
設備內部構件
計算模型
湍流模型采用標準k-e模型，湍流流場的計算采用有限體積法離散控制方程，算法采用SIMPLE算法，對流項采用一階迎風格式，近壁面采用壁面函數法處理。假定流體是不可壓縮的，作定常流動，整個模擬過程為等溫過程。
邊界條件
煙氣溫度為350℃，煙氣密度約為0.566kg/m3，煙氣動力粘度系數=3.14×10-5Pa?s
因有兩個進口，所以單個進口煙氣流量為325000m3/h。
入口斷面的當量水力直徑D：
D=2.294m，
湍流強度I：
I=2.77
入口邊界條件設置為速度入口，出口邊界條件設為壓力出口，壁面采用無滑移邊界條件。
計算結果及分析
定義
目前國際上還沒有統一的評定氣流分布均勻性的標準方法。
展開 2）還原劑可選擇性的與NOx反應，而不與煙氣中大量存在的氧化性物質反應。
3）還原劑必須價格低廉，以使脫除過程的低成本運作。
4）催化劑應大大降低NOx還原溫度。
5）催化劑應具有高的催化活性，以利于煙氣中低濃度NOx的有效還原。
6）催化劑選擇性的與還原劑與NOx的反應形成N2，而對還原劑與煙氣中其他氧化性物質的反應表現惰性。
7）催化劑應具有結構穩定。
8）催化劑不收煙氣其他祖墳的毒化。
對于鍋爐行業來說，一定要研究同時脫硫脫硝技術，目前國內多為單獨脫硫脫硝技術，這種方式造成設備重復建設，能耗大，人員成本、運行成本高，而同時脫硫脫硝技術則可以在一定程度上避免此類問題的發生。
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《火電廠煙氣脫硝工程技術規范》中規定對氣流均布可采用數值模擬的方法計算，但對于判定的標準并無規定。因此可借鑒我國通用的氣流分布均勻性的評定方法——相對標準偏差法進行判定，以下將有介紹。2.由于催化劑基材板厚0.7mm，板間距7mm，在整個催化劑模塊內相當于密實排布，而催化劑模塊在長×寬為10080mm×5000mm的脫硝殼體內也是無間隙排布。因此催化劑上平面可類比成等開孔率的分布板。
二氧化碳捕集流程圖如下圖所示：
其基本過程為：煙氣在脫硫、脫硝后，經引風機從底部進入吸收塔，同時吸收液從吸收塔的頂部噴淋而下，煙氣和吸收液在吸收塔內接觸后發生反應。
鍋爐排放的煙氣經脫硝、電除塵、脫硫和濕式電除塵后進入碳捕集裝置的深度凈化塔,在塔內經洗滌降溫和深度脫硫后,由引風機送入吸收塔底部入口。吸收塔內煙氣中的CO2被來自塔頂的貧液吸收,經洗滌冷卻后的凈煙氣自塔頂排空。吸收CO2后的富液由塔底經泵送入貧富液換熱器,回收熱量后送入再生塔。富液在再生塔內通過汽提解吸部分CO2,然后進入溶液煮沸器,在蒸汽加熱下使其中的CO2進一步解吸。
① 進一步挖掘爐內低氮燃燒的潛力;② 提升 SNCR 系統的性能;③ 增加輔助的煙氣脫硝系統。
1研究背景
除了廣泛應用于煙氣脫硝的選擇性催化還原(SCR)方法外，由于具有靈活性、可控性和應用環境兼容性等優點，將NO催化氧化為NO2是另一種有前途的方法。然而，煙氣中NO和SO2的共存使得傳統的催化劑容易失活。
目前，開發高效率、低成本的煙氣脫硝催化劑仍然是研究的熱點之一。
16.其它工業催化劑
1977年左右，荷蘭殼牌石油公司等開發了Ni/膦螯合物，實現了a-烯烴的生產，開創了合成油工業。
1983年左右，意大利的Enichem公司開發了鈦硅分子篩TS-1，后應用于烯烴的環氧化、環己酮的氨氧化、醇類的氧化、飽和烴的氧化和芳烴（苯酚及苯）的羥基化等領域。
3)隨著環保的要求越來越高，一旦NOx排放要求低于40mg/Nm3或更低，僅靠低氮燃燒器改造可能無法滿足要求，需在裂解爐對流段增加煙氣脫硝流程。
31、JMR-1740 催化燃燒裝置CO的去除
32、定型機廢氣二級靜電處理流程
33、硫化氫廢氣除去工藝
34、鍋爐廢氣處理雙堿法工藝
35、等離子噴淋塔廢氣處理工藝
36、脫硫脫銷工藝
37、噴漆廢氣處理工藝
38、半干法脫硫工藝
39、SCR煙氣脫硝工藝
按環保要求，焦爐煙囪煙氣需采取脫硫脫硝措施，在煙道上如果裝備過多的設備，會影響焦爐煙囪煙氣的穩定達標，一定程度上限制了焦爐煙囪煙氣余熱的利用。
（三）能量系統優化
研究開發焦化工藝流程信息化、智能化技術，建立智能配煤系統，完善能源管控體系，建設能源管控中心，加大自動化、信息化、智能化管控技術在生產組織、能源管理、經營管理中的應用。
該技術在最近幾年得到了快速發展，不僅技術成熟可靠，而且投資運行費用也大為降低，為了開發更經濟、高效、可靠的聯合脫硫脫硝方法，人們將循環流化床引入煙氣同時脫硫脫硝技術中。
