燃煤电站锅炉脱硝精准喷氨技术研究及应用

白杰

摘  要：本文通过对脱硝系统、数值模拟和流场优化以及喷氨总量控制还有格栅均衡控制及结果进行模拟实验研究和分析，从而得出相应的燃煤电站锅炉脱硝精准喷氨技术的优化手段。

关键词：燃煤电站锅炉;脱硝;精准喷氨

引言：现如今，为了保护环境，对于各种污染物的排放都要进行相应的控制，从而减少大气中的污染物含量，实现保护环境的效果。在燃煤电站锅炉燃烧时，往往会有这样的一种大气污染物产生，也就是氮氧化物，其对于大气环境的污染程度十分严重，因此需要对此进行相应的控制和改善，从而减少排放量或者减少污染物的含量。

1 脱硝系统

为了能精准达到“超低排放”的要求，将排放的浓度进行准确的控制，使其不会超标，就需要针对多方面进行相应的改造和技术研究。在目前的脱硝系统当中，也从实践当中看来，发现很多电厂的SCR脫硝系统，时常会有各种问题的产生，比如喷氨控制方面存在不够精准的问题、流场有着分布的相对不够均匀的情况，从而使氮氧化物还有氨成分会出现浓度上难以达到相应要求的问题，而当相关电厂在解决问题的时候，会采用增加喷氨的手段，从而令氮氧化物排放能够达标。但是这种方式又使得氨逃逸量增加了，从而再次形成了一种危害物质，硫酸氢氨，最终环境污染更加严重。为了解决这些问题首先需要对脱硝系统进行研究和改造。

SCR脱硝系统一般是较低温状态下，这个温度范围一般在280℃到420℃之间，然后在氧气和催化剂有所存在的环境当中，实现还原剂氨生成化学反应，将烟类物质中所含有的氮氧化物加以还原，并形成水和氮气，从而降低污染物质氮氢化物的排放量的手段。目前的SCR脱硝系统构成见图1。

2 数值模拟与流场优化

对于系统工作的成果好坏与否的评价标准在于相关系统进行工作时的脱硝效率以及产生的氨逃逸量，只有在SCR反应器前，相应的各项数值都能达到一个标准状态的时候，也就是烟气、氨气混合程度还有速度方面能够达到标准，比如有着合适的混合速度，才能使作为评价标准的脱硝效率还有氨逃逸率相应的能够被使用更长的时间。因此可以采取一些改善来实现性能的提高。

2.1模型对象

进行相应的研究对象的选择时，对某厂机组进行了调查研究，通过调查收集现有的各项数值，并针对这些数值当中反映的不足的情况，开展了优化实验和数据模拟。其中针对脱硝系统的烟道的流场还有浓度场都需要采取手段进行改善。比如做好导流板还有相关混合器的设计，针对其结构还有分区导流板甚至对于混合器位置都需要进行相应的设计。从而实现最佳的改造，提高喷氨精准度。

结合目前针对此方面的《燃煤烟气净化SCR脱硝流场模拟实验技术规范》，对于CFD模型对象进行了设计，通过进行实际的测量，得到相应的尺寸，并把喷氨格栅还有导流板等内容放置加入。如图2可以对原始结构SCR系统进行反应，相应制作出的模型尺寸与SCR的有着同样的尺寸，而且其计算网格数也能符合规范的标准。

2.2流场模拟数学模型及边界条件

在模拟进行时，需要围绕着各种相关守恒来进行研究，在此基础上，设置相应的条件，比如入口条件，需要以锅炉所排的烟气量还有排放烟气的温度作为条件，然后将模型加以一一输入。通过不同成分的输入，进而分组进行模拟，比如二氧化氮、氨气、二氧化碳还有水和氧气。并根据氮氧化物的测量值，把二氧化氮的浓度加以调整，然后进行求解。在针对真个工程设计方面都能相应的使其能够满足条件要求的情况下，可以相应的对内烟气状况加以简化，从而对于部分小的影响因素比如漏风还有构造方面的问题，就可以采取暂时忽略的态度，以及灰分，在此基础上进行各工况边界条件参数，来源应该是由该机组流场测试数据还有运行参数提供。

要相应的对上游流场影响加以考虑，然后再进行分区，根据入口测点分布，可以把入口截面分成64个区，并在每个区当中输入相应的数值内容，也就是氮氧化物还有流速的数值。

2.3优化的性能方面

模拟当中需要对于各种方面进行要求，比如为了对于经济性还有适应性能够得到保证，进行相应的优化设计的时候就要极力的为了实现目标而进行安排，比如需要保证压损最小、导流片数少等原则能够在模拟当中实现。

最先要做的是将导流板还有整流格栅等构件，按照现行的规范进行优化设计，还有部件选型还有喷氨量也要有所优化，在实践中要保证首层的催化剂入口烟气条件偏差较小，流向偏差也要低于10°，还有氨气/氮氧化物的摩尔比偏差也要小，而且是要小于5%的。经过偏差计算后，如果所得值数量越小，就证明偏差越小。

2.4结果讨论

经过两种模拟结果的获得和对比发现，在原始结构下的流程数值结果不需要对于导流装置进行相应的优化，但是因为存在氨气/氮氧化物的摩尔比较高的情况，因此针对此的均匀性还要有所提高。对此的解决方案是加入圆形混合器，如图3。

还有对于优化结构90%负荷工况下的流场模拟数值发现其对于首层催化剂速度偏角有一定的优化作用，截面速度偏差降低、速度更加均匀、影响更小。

对于优化了首层催化剂入口界面的氨气和氮氧化物浓度分布的数值模拟看来，标准偏差有所降低，分布浓度均匀性有所优化。还有对首层催化剂前断面的氨气/氮氧化物的摩尔比也有所降低偏差，从而证明能够使流场得到优化。

3 喷氨总量铬渣均衡控制与控制结果

3.1控制技术

控制方面可以选择使用机组分散控制系统外加上外挂控制器。在使用此系统时，第一步要把模型还有策略相应的使用在其中，并远程接入机组分散控制系统。随后，相应做好从系统获取数据还有状态的控制器完善，以及优化运算，并将结果发送到机组分散控制系统，从而实现控制目标。这使人们能够在远程操控室当中实现操作控制，对脱硝反应器还有辅助系统都能够实时进行监控，并面对发生的任何问题都可以采取及时的处理手段。在本次的控制方式改造中，应用到优化控制器一台还有热控电源柜一台，以及两台烟气分析仪机柜。这个系统还能够将现场当中的各种数据加以采集，从而更好的实现远程控制保护。

相关人员需要对于优化控制器方面更为实时的进行看管和监控，具体需要对优化控制器当中的使能模块还有AND模块以及延时置位模块的延时时间以及延时复位模块的延时时间进行监控，还有在机组分散控制系统中的延时置位模块还有延时复位模块、OR模块、RS触发器还有手动复位脉冲模块进行相应的监督。一旦发生异常，要立即切断控制回路，并由机组分散控制系统进行操控。

经过多方面的优化，对于脱硝系统总量方面，还有喷氨格栅均衡控制方面都能够得到相应的控制。优化后的喷氨格栅不但能够更加精准另一方面还能够受到更少的烟道分区控制过程中产生的互相干扰。而对于脱硝系统总量的控制方面，可以实现对氮氧化物的浓度进行精准控制。

3.2改造结果

针对脱硝总量，经过对于烟囱入口的氮氧化物浓度方面加以控制在设定值范围内，并保证负荷工况比较稳定的情况下，加以改造后的氨耗量将会更为平稳，而且其浓度的波动幅度也会有所降低。在变负荷工况下，经过改造，其浓度变化波动将会更快的得到调整，即使出现了上升，也会自动加以回落而使其运行更加稳定。

此外，对于脱硝分区的均衡控制效果也不错，A侧以及B侧得偏差都得到了大幅的降低。

结论：综上所述，经过对于精准喷氨加以改造之后，产生了许多优势，不但能够使污染物排放量能够在排放标准以内更加稳定，还能够在各方面降低能耗，实现节约资源的效果，从而更好的实现燃煤电站达到保护环境的要求，为创建一个优美的环境、共建人们幸福家园这一人类共同目标出一份力。

参考文献：

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[3]吴玲燕. 燃煤电站锅炉脱硝提效改造存在的问题及对策分析[J]. 肥料与健康，2020，47（3）：46-49.