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1、脱硝流场优化技术脱硝流场优化技术 主讲人：孙英浩 （一）SCR脱硝系统存在的问题 （二）SCR脱硝系统的流场优化 （三）SCR脱硝系统的喷氨优化调整 脱硝流场仿真优化技术 SCR脱硝系统存在的问题 空预器堵塞（保定）整流格栅磨损（马头）催化剂磨损（马头）喷氨格栅积灰 仿真优化在SCR脱硝系统中的应用 解决超低排放下，SCR氨逃逸高、空预器堵塞、积灰、催化剂磨损等问题 气固两相流流场场深度优优化技 术术 高效低阻的大范围围混合技术术 喷喷氨优优化调调整技术术 脱硝流场场仿真 优优化技术术 堵灰及磨损 NOx偏差大 氨逃逸高 常规的流场设计为单相流模拟，未考虑灰浓度分布，千篇一律的设计 SCR出口
2、NOx分布不均匀，氨氮掺混效果差，未对喷氨格栅进行调节 彻底的速度场优化 灰浓度场大范围氨氮掺混 出口氨氮均匀分布 仿真优化在SCR脱硝系统中的应用 模型建立Realizable k-、dpm、species transport、energy 反应应器及进进出口连连接烟道、催化剂层剂层 、喷喷氨格栅栅 等 （非）均匀边边界条件、烟尘尘粒径、烟尘浓尘浓 度 脱硝流场场仿真 优优化技术术 湍流流动、烟尘运动、组分传输、能量方程 尺寸比例1:1、计算区域省煤器出口至空预器入口 现场实测的边界条件、烟尘浓度测试、烟尘粒径检测 模型实现： CAD(SolidWorks)Gambit（Icem） Ansy
3、sFluent14.5（18.1） 网格总数：897万 处理器：Xeon CPU E5 265GB 计算时间：单核计算6-7小时/工况 实际设备 几何模型 网格模型 计算模型 仿真优化在SCR脱硝系统中的应用 某300MW机组烟气脱硝改造工程 项目背景： 河北某300MW机组烟气脱硝反应器入 口整流格栅局部磨损严重，磨损面积占总 面积约70%，磨损高度达到了100mm。 脱硝催化剂迎烟气侧局部磨损严重 ，主要集中于催化剂层中心区域，个别催 化剂单片磨损已接近一半。 脱硝效率降低和局部氨逃逸增高， 导致空预器硫酸氢铵堵塞，影响锅炉安全 稳定运行。 现阶段流场仿真优化目标： 验证脱硝进口流场分布
4、查找催化剂磨损原因 保证烟尘浓度及大粒径烟尘的均匀 缓解催化剂局部磨损 提高烟气流场、氨氮掺混的均匀性 整流格栅磨损 仿真优化在SCR脱硝系统中的应用 某300MW机组烟气脱硝改造工程 进行现场改造确定流场优化配置仿真优化计算及物理模型试验 工程周期：23周工程周期：1周工程周期：2-3周 仿真优化在SCR脱硝系统中的应用 某300MW机组烟气脱硝改造工程 该工程脱硝流场改造目标 ： 烟尘浓度分布均匀性大幅度改善 烟尘浓度Cv降低20%以上 反应器入口截面大粒径烟尘分布均匀 确保烟气流速Cv值在15%以下 满足系统阻力要求 缓解催化剂局部磨损 优优化前 优优化后 烟气流速 流场情况： 原方案常
5、规导流板时，水平烟道内的气流发生 偏斜，高速气流贴附于烟道下壁面流动，上壁面 烟气不能再继续沿壁面流动，上壁面附近出现回 流区，水平烟道出现二次流动。通过省煤器出口 水平烟道内两组烟气/尘抬升板的装设，烟道内气 流的死区旋涡现象得到改善，最终催化剂上方截 面流场不均匀度由8.42%增加到9.09%。 仿真优化在SCR脱硝系统中的应用 某300MW机组烟气脱硝改造工程 优优化前 优优化后 烟尘浓尘浓 度 烟尘浓度场情况： 安装静态混合器后，竖直烟道中烟尘在静态混合器之 间以及混合器与远锅炉侧烟道壁之间的通道内形成了烟 尘富集的现象。与此同时，静态混合器的背风面出现了 大范围的低烟尘浓度区。由于静
6、态混合器的作用，在竖 直烟道内产生连续的涡街，随着涡街的逐渐耗散，烟尘 浓度逐渐变得均匀。通过SCR脱硝入口流场优化改造，最 终催化剂上方截面烟尘浓度不均匀度由87.12%降低到 69.19%。 仿真优化在SCR脱硝系统中的应用 某300MW机组烟气脱硝改造工程 烟尘尘运动轨动轨 迹 优优化前 优优化后 烟尘运动轨迹情况： 上图显示了粒径范围在700m-1000m的烟尘运动轨迹，安装静态混合器 后，大粒径烟尘竖直烟道中得到强烈的掺混，整个反应器截面大粒径烟尘分 布变得均匀。 （一）氨氮分布的不均匀性对脱硝系统的影响 1. 对流场、氨氮比的要求 数值模拟&物模试验-催化剂入口 流速相对标准偏差系
7、数Cv15% 烟气速度方向偏角应不大于15 氨氮摩尔比相对标准偏差系数Cv5% 烟温绝对偏差10 GB/T 21509-2008 燃煤烟气脱硝技术装备 DL/T 296-2011 火电厂烟气脱硝技术导则 JB/T 12131-2015 燃煤烟气净化SCR脱硝流 场模拟试验技术规范 （一）氨氮分布的不均匀性对脱硝系统的影响 2. 不均匀性对催化剂寿命和脱硝效率的影响 Dennis R等人研究了流场、氨氮比、温度等参数不均匀性对SCR催化剂寿命的影响 Rogers K等人研究了流场、氨氮比、温度等参数不均匀性对SCR技术脱硝效率的直接影响 （二）喷氨格栅优 化调整试验 1. 喷氨格栅及分区理念 喷
8、氨格栅管路图 喷氨格栅分区图（烟道俯视） 喷氨格栅三维图 喷氨分区的对应关系 （二）喷氨格栅优 化调整试验 2. 现场试验仪器及测量方法 自动烟尘（气）测试仪 烟气采集与分析系统 优胜抽取式氨逃逸分析仪便携式烟气分析仪 在烟气流量的测试上，我们使用3012H型自动烟尘（气）测试仪，采用网格布点法在SCR反应器 出、入口烟道测量，根据测量结果计算出动压、静压、烟气流量、烟气流速等参数。（评价流场、判 断故障） 关于NO与O2浓度分布的测试，烟气采集与分析系统如图所示，在SCR反应器的进口和出口烟道 截面，利用网格法进行烟气取样，烟气经不锈钢管引出至烟道外，再经过除尘、除湿、冷却等处理后 ，最后接
9、入MRU OPTIMA7型烟气分析仪分析烟气中的NO与O2含量，可获得烟道截面的NOx浓度分布（干 基、标态、6%O2）。 （评价入口NOx均匀性、校对仪表） 烟道中各测孔内的氨浓度值，采用优胜抽取式氨逃逸分析仪逐点测量，采用校验合格的II级精 度K型铠装热电偶测量反应器进口烟气温度，最终热偶信号由校验合格的K型补偿导线接入Fluke点温 度计。（摸底试验） 热电偶 氨逃逸采样 （二）喷氨格栅优 化调整试验 3. 试验内容 摸底试验：保持负荷稳定，测量SCR进出口NOx浓度分布状况以及SCR出口氨逃逸浓度， 初步评估脱硝装置喷氨分配状况。 喷氨优化调整：在稳定负荷下，根据SCR反应器出口截面的
10、NOx浓度分布，对反应器入 口烟道上的AIG喷氨格栅的手动阀门开度进行调节，最大限度提高反应器出口的NOx分布均 匀性。 校核试验：测量反应器进出口的NOx浓度分布和氨逃逸，评估优化结果，并根据需要 对AIG手动调阀进行微调。 （要点：1.联系运行2.负荷3.自动4.供氨量衰减） （三）喷氨格栅优 化调整试验过 程中的几点心得 1. 试验过程中的心得体会 1.流场变化对喷氨格栅优化调整试验的影响 600MW下优化后SCR出口NOx浓度 A侧NOx浓度Cv为16.2%， B侧NOx浓度Cv为14.6% 300MW下校核SCR出口NOx浓度 A侧NOx浓度Cv为31.9%， B侧NOx浓度Cv为3
11、3.0% 600MW A侧流场Cv为16.1%， B侧流场Cv为9.5% 300MW A侧流场Cv为20.2%， B侧流场Cv为19.8% 锅炉负荷降低，反应器入口流场均匀性变差，影响反应器不同部 位的脱硝效果，导致反应器出口不同位置NOx出现偏差。 仿真优化在SCR脱硝系统中的应用 SCR脱硝系统的喷氨优化仿真 喷喷氨优优化调调整前 喷喷氨优优化调调整后 优化前 催化剂上方截面氨氮比偏差系数5.1% 优化后 催化剂上方截面氨氮比偏差系数3.392% 喷氨优化调整试验 马头分公司9号炉脱硝喷氨优化调整试验 优化调整前： 空预器压差2.9kpa，影响机组带负荷的能力 A/B侧供氨量不平衡，检修时
12、发现A侧堵塞严重 瞬时供氨量较高，单侧最高可达170Nm3/h A/B侧反应器出口NOx值与脱硫出口相差约20mg/Nm3 A/B侧反应器出口NOx值Cv值分别为73.45%、31.72% 优化调整后： 空预器压差增加明显降低 供氨量显著降低，两侧供氨量平衡 A/B侧反应器出口NOx值与脱硫出口差距在5mg/N3之内 A/B侧反应器出口NOx值Cv值分别为14.63%、13.75% 9/10号炉空预器压差分别为1.8kPa、2.4kPa 反应应器出口、脱硫出口NOx浓浓度变变化曲线线 喷喷氨优优化调调整后脱硝系统统运行画面 A/B侧供氨量分别为137.8Nm3/h、135.4Nm3/h A/B
13、侧、脱硫出口NOx值分别为43.7mg/m3、47.1mg/m3 脱硫出口NOx值为43.3mg/m3 滨州公司1、2号炉脱硝喷氨优化调整试验 喷氨格栅优化调整效果： 滨州公司1、2号机组长期存在SCR系统出口NOx浓度 分布不均、氨逃逸浓度高、空预器冷端结垢等问题， 环保专业技术人员分析喷氨格栅布置方式及烟道流场 情况，进行多次精细化调整，确定最优阀门位置。1号 机组反应器出口与脱硫出口NOx浓度差距由12mg/Nm3降 低至6mg/Nm3，1、2号机组反应器出口NOx浓度分布标 准偏差系数分别由40.62%降低至11.16%、35.89%降低 至11.66%，氨气进给流量平均降低3kg/h
14、，喷氨自动调 节系统跟踪性能显著提高。 优化前：功率：269.79MW A/B侧脱硝入口NOx值分别为 236.79mg/m3、171.04mg/m3 A/B侧供氨量分别为32.051kg/h、 29.121kg/h 优化后：功率：263.45MW A/B侧脱硝入口NOx值分别为 234.61mg/m3、163.82mg/m3 A/B侧供氨量分别为29.731kg/h、 26.801kg/h 喷氨优化调整试验 仿真优化在SCR脱硝系统中的应用 某300MW机组烟气脱硝改造现场 烟道导导流板施工喷喷氨格栅优栅优 化调调整试验试验静态态混合器 脱硝流场优化 工程业绩： 近20台次的脱硝流场优化、喷氨格栅优化调整业绩 解决SCR系统出口NOx浓度分布不均，总排口与脱硝出口NOx浓度偏差大等问题 大幅度缓解了空预器堵塞、催化剂磨损等技术难题 显著改善了脱硝系统及反应效果 技术成果： 显著的社会、经济效益，国内领先水平 吉林省科技进步三等奖 中国大唐集团集团公司科技进步二等奖 第九届全国电力职工技术成果奖三等奖 吉林省电机工程学会电力科学技术奖三等奖 敬请各位领导、专家点评、指正敬请各位领导、专家点评、指正
