SCR烟气脱硝系统模拟优化及喷氨量最优控制

梁华国网河南省电力公司电力科学研究院

SCR烟气脱硝系统模拟优化及喷氨量最优控制

梁华
国网河南省电力公司电力科学研究院

摘要：大气环境污染物最关键的就是氮氧化物，其对应形式是多样化的。煤及石油、天然气的燃烧会所释放的氮氧化物可达90％，这些氮氧化物质在大气中会出现一些物理化学反应，进而出现诸多环境问题。极易和空气中的氧气、水反应，从而出现酸雨。近些年，火电机组烟气排放量持续增加，烟气中NOX已经被严密监控。很多时候会选择性催化还原法，也就是SCR技术的烟气脱硝率是最高的，可达到90％以上，并且该技术的可靠性高、结构也简单，对应的氨气逃逸率很小，也已经被应用于各大燃煤电站锅炉控制NOX排放的关键技术。

关键词：选择性催化还原法；烟气脱硝；喷氨量优化

前言

SCR烟气脱硝体系在实际的工作过程中，相关反应器内部的对应区域氮氧化物都是不均匀分布的，各个地方的对应氮氧化物摩尔比都不相同，有些地方的供氧量过大，这就在很大的程度上提升了其运作成本。相关研究人员构建了SCR脱硝相对应的反应器流场冷态实验装置，充分的将相关脱硝反应以及其对应的烟道流场进行了实验分析，在此基础上构建了有效的脱硝数学模型，提出适应的相关物质分布存在不均匀的模拟分析策略，并充分的利用数值模拟方式将不同情况之下的运作系数展开研究，并对相关的参数进行合理化调节，最终进行模拟结果的显示，装设倾斜的对应导流板、相关整流层反应器可以充分的改进烟道的烟气流场。

一、SCR脱硝技术发展现状

我国对于SCR脱硝技术过程中的对应催化剂是在不同方向展开了研究与开发。工业级TiO2以及纳米级锐钛型TiO2为其主要的载体时的相关催化剂脱硝性能实行了详细的对比，最终的研究结果显示其在该方面具备较好的脱硝性能；还有利用溶胶-凝胶法来进行低温制取SCR催化剂，此催化剂的相关活性物质分布非常均匀，以及其纳米结构极为丰富，对于NOX的转换率极高。

计算流体力学是经过相应的计算机，来达到对相关流体对应流动性和其热传递以及相关的化学反应，进行了充分的数值模拟，最终有效的分析其流场内部相关区域的物理量分布，再经过其对应的数值模拟给相关流场进行分析、计算以及预测。在实际的运作过程中，应该注意其对应前处理，所谓前处理也就是经过对应的软件来对有关计算的区域进行网格的划分，再将对应问题充分转化为对应求解器完全能够适应的形式；接下来就是求解过程，对应求解器会合理的读取前处理过程中所形成的相关文件，其应该设置有效的求解模型以及对应的参数，至此才能够完成相关计算任务；最终是后处理过程，该时期的处理最关键的是要基于计算收敛展开对应处理，最终将所得到的数据及图表较为直观的显示，以便于沟通与交流。

二、假设模型

关于SCR烟气的脱硝会涉及到对应的湍流流动、传热传质、化学反应还有多组分运输，且对应混合型气体相关流动均是要充分遵循其质量以及动量和其能量的守恒定律。因为流动处在湍流情况下并包括成分不一样的混合型物质，起就应该有效遵循湍流的对应输运方程和其相关组分对应守恒。

其实际运作状况的对应模拟假设是在SCR脱硝体系中的对应烟气相关进出口处温度之间的差别是极小的，并且相关的架设性体系是属于绝热体系；对应烟气的流动是属于定常性的流动，并且其对应的物性参数应该是一个定值；因为烟气中的灰分是较少的，则不用考虑到相关的灰分对其所造成的影响；其脱硝相关反应器之外的对应烟道上面对其相关脱硝化学反应量通常是较少的且不予以考虑；相关的烟气各个对应组分和其有关的还原性气体应该是最为理想中的流体；烟气催化剂层相关流动仅仅只考虑层流的流动，湍流所产生的影响可以不考虑；实际系统的漏风情况是极小的，所以可以不考虑。

三、SCR脱硝反应物混合模拟优化

SCR烟气脱硝系统内部的相关烟气以及喷入式的还原剂NH3的混合成效均匀程度，这直接关系着对应催化剂层内部所出现的相关化学反应，这样就能够合理的决定对应脱硝率以及相关NH3的逃逸量。若是相关的NH3/NOX两者的混合不均匀，那么尽管所输进的对应NH3的量不断增加，氨气以及氮氧化物也不会进行有效的反应，这不止是不能得到良好的脱硝率，也还提升了氨气逃逸量，提高了运作的成本。所以，在对于SCR脱硝系统的入口烟道流场优化基础之上，合理的设置其对应的喷氨格栅，以便于促使相关烟气速度分布均衡且与相关反应物混合匀称，这样才可以确保其脱硝效率以及氨气逃逸率与相关催化剂的使用寿命。

合理的规划喷嘴格栅的布局，为相关的反应物提供更长的混合烟道，这是完善烟气及氨气均匀混合的主要策略。所以，应该对SCR脱硝系统中的喷氨格栅以及喷嘴系统设计务必满足一下的要求，第一，喷嘴所喷出的对应还原剂NH3应在具备一定长度的烟道中和烟气完全均匀混合；第二，相关喷嘴喷进的氨气量以及烟气氮氧化物的对应含量配比量要适宜，也就是应合理的对氨氮摩尔比例分布进行控制。

四、喷氨格栅模拟与结果分析

喷嘴速度一样的对应单层喷管分布策略，此方式是将已经设计好的对应喷射格栅要求来达到单层喷管的布置方式，其对应喷管的轴向是与和Y轴平行的19根喷管，并且每根喷管上都会合理设置15个喷嘴，这样其对应的喷嘴总数目是285个，喷嘴喷氨气流的速度任何计算均设定是V=13.18m/s。关于喷嘴中所应用的空气实行稀释，其对应的稀释比例是1:19。

通过一定的模拟分析得出，在其对应的还原剂并没有与对应的烟气进行充分混合时其氨气浓度分布就会是不均匀的，这样就在很大程度上制约了其脱硝体系的最终效率。因此，我们要充分对有关喷氨格栅对应喷嘴速度进行最优化的调节，这样能够合理的提高其对应烟道的内部扰动性，并充分的将氨气浓度分析程度进行改善，以便于提高脱硝体系的最终脱硝效率。结语：NOX是大气主要污染物质之一，对人们的身体健康有着极大的危害，也是酸雨的主要来源。并且，NOX会生成光化学烟雾参与到臭氧层的破坏中。SCR技术以其高效且可靠、结构简单等优势成为NOX控制的必要选择，不过SCR烟气脱硝系统在运作过程中也是存在着相关能耗及氨氮混合不均衡和氨逃逸堵塞下游的相关设施等技术性问题。本文分析了SCR烟气脱硝系统模拟优化及喷氨量最优控制，并提出了实用性策略，为SCR烟气脱硝系统脱硝效率提升提供良好的保障。

参考文献：

[1]周洪煜,赵乾,张振华,汪正海.烟气脱硝喷氨量SA-RBF神经网络最优控制[J].控制工程,2013(12).

[2]冯晓鸣,廖永进,徐齐胜.曾庭华一种喷氨格栅优化调整试验技术应用[J].广东电力,2013(25).