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【技巧汇】燃用高沾污性煤质锅炉SCR脱硝流场优化

编辑:中动网 2019-01-05 16:03:18 浏览量: 1034次

选择性催化还原(SCR)技巧是今朝燃煤电厂烟气脱硝中应用最广、成熟度最高的技巧。在国度火电行业周全履行超低排放限制的背景...

选择性催化还原(SCR)技巧是今朝燃煤电厂烟气脱硝中应用最广、成熟度最高的技巧。在国度火电行业周全履行超低排放限制的背景下,SCR技巧将日益受到存眷。流场技巧是SCR脱硝工艺的关键技巧之一,对超低排放标准的实施尤为关键。平均、强健的流场,为NOx与还原剂在催化剂外面产生氧化还原反响创造须要的前提。对脱硝流场进行计算流体动力学(CFD)流场模仿与模型实验的目标是获得烟道、导流板、氨喷射体系、整流格栅等烟道内装配的最优设计,以取得较好的烟气流动分布,并使得脱硝体系阻力保持最低,且各类构造不出现异常堵灰。

3优化筹划

[关键词]高沾污性煤质;超低排放;SCR;脱硝装配;流场优化;喷氨格栅;导流板;堵灰

由图11可知,该截面前后阁下偏向流速分布根本平均,平均流速为14.2m/s,最大年夜流速为16.58m/s,最小流速为10.0m/s,Cv值为7.8%,流速分布误差明显降低。喷氨格栅前速度分布平均,这为喷氨格栅的分区调节供给了优胜的流场前提,大年夜大年夜减轻了喷氨格栅高速区的磨损速度。

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1研究对象

某2×300MW机组选择性催化还原(SCR)烟气脱硝装配,自2013年运行以来,一向存在喷氨格栅、程度烟道和导流板等地位积灰严重,氨逃逸量明显超标,空气预热器差压高等问题。经由过程计算流体动力学(CFD)流场校核分析产生问题的原因,最终肯定优化筹划为:改换防积灰才能强、混淆特点好的花瓣型喷氨格栅,优化导流板安排,并加大年夜导流板和烟道壁面处流速以减轻积灰。优化后,喷氨格栅分区可调机能明显好转,SCR脱硝装配出口NOx质量浓度分布更为平均,氨逃逸量明显降低,运行8个月后停炉检修时发明喷氨格栅、烟道和导流板异常堵灰的情况获得了根本解决。

研究对象为某2×300MW机组SCR脱硝装配。该机组锅炉为哈尔滨锅炉厂设计制造的HG-1025/17.5-YM11型亚临界压力一次中心再热天然轮回汽包炉,于2007年投入贸易运行。SCR脱硝装配自2013年运行以来,一向存在喷氨格栅、程度烟道和导流板等地位堵灰,氨逃逸量明显超标,空气预热器压差高等问题。

锅炉设计燃用神华集团煤矿烟煤,并掺烧部分处所煤矿烟煤,设计煤种为易结渣煤种。设计煤种煤质分析见表1,SCR脱硝装配进口烟气参数见表2,飞灰成分分析见表3.

1.2设计前提

表1设计煤种煤质分析

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飞灰平均粒径为40.34μm,中位径为14.06μm,峰值11.29μm;粒径小于3.50μm的颗粒含量约占25%,小于54.70μm的颗粒占75%,小于125.7μm的颗粒占90%。飞灰粒度较细。

表2SCR脱硝装配进口烟气参数

图12为优化后满负荷时顶部程度烟道速度分布。由图12可见:顶部程度烟道平均流速为14.2m/s,最大年夜流速为16.9m/s,最小流速为9.3m/s,Cv值为12.4%,顶部程度烟道流速分布误差降低;阁下偏向速度平均,高低偏向呈高速区与低速区交错安排的特点,高速区分布在接近烟道壁及导流板壁面邻近,将有效加强烟气携带灰分的才能,减轻积灰。

图9单侧烟道花瓣型喷氨格栅安排

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1号锅炉在流场优化调剂后300MW负荷下,脱硝装配A、B侧出口的相对标准误差分别为15.8%、15.4%,A、B侧脱硝装配出口NOx质量浓度平均值分别为30、30.6mg/m3,脱硝效力分别为86%、85%,氨逃逸量平均值分别为1.58、2.03μL/L。

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1.3存在问题

图1为原喷氨格栅积灰前、后照片,图2为原反响器顶部导流板积灰照片。

图5原流场满负荷时喷氨格栅前速度分布

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图1原喷氨格栅积灰前、后照片

1)CFD计算成果显示,原流场喷氨格栅前、顶部程度烟道、第1层催化剂进口速度分布Cv值分别为24.5%、13.9%和15.4%。流场优化后,响应地位的Cv值分别为7.8%、12.4%和6.2%。

图2原导流板积灰照片

2原因分析

2.1煤质情况

积灰与煤灰化学成分密切相干,是以,可经由过程煤灰的化学成分来断定积灰程度。表4为灰沾污性的两种剖断准则及其对该厂煤质的剖断成果。由表4可见,该厂煤灰具有严重的沾污性,在前提合适的情况下,极易造成积灰。

由图1、图2可见:原喷氨格栅积灰严重,喷嘴大年夜范围堵塞,使其掉去分区调节喷氨量的功能;原导流板及程度烟道积灰严重,且在宽度偏向上积灰高度不合。

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原喷氨格栅将单侧烟道分为2×8共16个分区,每分区对应1.62m2烟道截面。每个分区构造为一根喷氨母管(φ133mm×5mm)分出8根喷氨支管(φ57mm×3.5mm),每根支管上向上伸出2根高度为130mm的喷嘴(φ21.3mm×3.5mm)。单侧烟道原喷氨格栅构造如图3所示。

4优化改革后果

2.2喷氨格栅构造

图3原喷氨格栅构造

图4原流场三维构造模型

因为燃用了高沾污性灰分的煤种,易在低速区积灰。竖直烟道中,烟气向上流动,灰聚积在喷氨格栅母管、支管等后头的低速区,外形类似于刀片。烟道越粗,形成的积灰越高。当积灰高度跨越喷嘴后,极易因积灰垮塌而堵塞喷嘴,从而造成大年夜面积的喷嘴堵塞。

2.3流速分布特点

1.1机组概况

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对原脱硝装配进行了CFD流场校核计算。图4为原流场三维构造模型。图5为满负荷时喷氨格栅前速度分布。由图5可知:该截面靠后墙及图中右侧区域(在图中标明)速度明显偏高;速度分布误差较大年夜,平均流速为14.2m/s,最大年夜流速为20.7m/s,最小流速为2.2m/s,相对标准误差Cv值为24.5%。因烟气中烟尘密度大年夜于气体,是以竖直烟道后墙区域也是高尘区;在脱硝装配进口NOx分布平均的情况下,高速区烟气流量较大年夜,对应喷氨量也较大年夜;低速区烟气流量小,对应喷氨量小,喷嘴流速低,易堵灰;且高速及高尘区叠加,对喷氨格栅部件的磨损加剧。

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图6为原流场满负荷时顶部程度烟道速度分布。由图6可见,顶部程度烟道平均流速为14.2m/s,最大年夜流速为19.2m/s,最小流速为9.7m/s,Cv值为13.9%,速度分布误差较大年夜。高速区分布在截面下部分,低速区位于截面顶部。弯头导流板接近壁面区域流速偏低,易造成堆灰;高速区易造成导流板和内撑杆磨损。

国内SCR脱硝装配运行过程中,广泛存在积灰、磨损、氨逃逸量高等问题,本文以某燃用高黏结性灰分煤质机组SCR脱硝装配的流场优化为例,具体分析了问题原因,并制订了优化筹划。

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图6原流场满负荷时顶部程度烟道速度分布

图7为原流场满负荷时第1层催化剂前速度分布。由图7可见:第1层催化剂前平均流速为4.0m/s,最大年夜流速为4.7m/s,最小流速为1.8m/s,Cv值为15.4%,速度分布误差较大年夜。低速区将导致催化剂积灰,高速区和高尘区将导致催化剂磨损。速度分布不均,将造成流线入射催化剂的角度偏斜,导致催化剂层上部硬化段掉去保护感化,直接磨损催化剂孔内壁。

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图7原流场满负荷时第1层催化剂前速度分布

4.2积灰情况

造成上述问题的原因包含煤质、喷氨格栅和导流板设计。煤质受煤炭市场身分影响,不易改变;喷氨格栅可更改为不易堵灰的构造类型;可对导流板做优化改革,既需进步流速分布平均性,又需推敲减轻堵灰的办法。

3.1.1喷氨格栅改革

采取西安西热锅炉环保工程有限公司专利技巧“一种局部涡流和整体旋流相结合的花瓣型喷氨格栅”调换原喷氨格栅。图8为喷氨格栅单位三维图,图9为单侧烟道喷氨格栅安排。本喷氨格栅将竖直烟道截面分为3×12=36个分区,共144个喷嘴,每个分区对应烟道截面积为0.72m2。

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图8花瓣型喷氨格栅单位

图11优化后满负荷时喷氨格栅前速度分布

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优化后的喷氨喷嘴为从喷氨支管分出4根管径φ45mm的圆管,喷嘴高度为145mm。喷嘴邻近无管径较大年夜的圆管,无造成大年夜量积灰的前提,积灰最大年夜高度低于喷嘴高度,喷嘴堵塞概率大年夜幅降低。

喷氨格栅上安排混淆器圆盘均与竖直偏向夹角呈45°,倾角较大年夜,圆盘上不易积灰。上游烟气在流经每组圆盘时,圆盘背部会产生局部低压区,从而使烟气和喷口喷出的氨气-空气混淆气卷吸进此低压区内,产生强烈的混淆;同时因为每个单位上的4个圆盘都以必定的角度安排,烟气流经此圆盘后产生整体扭转,与在负压区初步混淆的氨气-空气混淆气产生进一步的激烈混淆;在烟道中,相邻2组喷氨格栅单位上圆盘安排的旋向相异,烟气经由过程相邻2组喷氨格栅后产生旋向相异的扭转,2个扭转产生交互感化,更进一步增长了湍流强度,大年夜大年夜缩短了氨气-烟气混淆平均所须要的距离。

3.1.2导流板改革

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图10优化后流场构造

3.2模仿计算成果

优化筹划的CFD计算成果显示,优化筹划明显改良了速度分布不均,防堵灰机能明显进步,氨气与烟气的混淆指标也明显晋升。图11为优化后满负荷时喷氨格栅前速度分布。

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2016年9月和2017年7月,电厂分别完成了该2×300MW机组2号和1号燃煤锅炉的脱硝装配流场及氨喷射体系改革。西安热工研究院有限公司于2016年10月和2017年8月分别对这2台锅炉进行了流场优化调剂及机能考察实验。

表5流场优化前后脱硝装配中速度分布情况比较

图13优化后满负荷时第1层催化剂前速度分布

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图13为优化后满负荷时第1层催化剂前速度分布。由图13可见,第1层催化剂前平均流速为3.9m/s,最大年夜流速为4.2m/s,最小流速为2.9m/s,Cv值为6.2%,速度分布误差明显减小。这将明显减轻第1层催化剂高速区磨损及低速区积灰情况。

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图15优化后喷氨格栅及导流板积灰情况照片

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表4煤灰沾污性剖断情况

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图14为优化后满负荷下第1层催化剂进口截面的氨体积分数分布,该分布为假设喷嘴平均喷氨时的计算成果。由图14可见,氨体积分数分布Cv值为4.1%。如喷嘴根据催化剂进口NOx分布情况调剂分区喷氨量,氨体积分数分布误差仍将降低。表5为流场优化前后脱硝装配中速度分布情况比较。

图14优化后满负荷时第1层催化剂前氨体积分数分布

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图12优化后满负荷时顶部程度烟道速度分布

4.1实际测试

2号锅炉在流场优化调剂后,250MW负荷(带供热)下:脱硝装配A反响器出口NOx质量浓度最大年夜值为36.7mg/m3,最小值为17.9mg/m3,平均值为26.3mg/m3,相对标准误差为28.3%,氨逃逸量平均值为1.96μL/L;B反响器出口NOx质量浓度最大年夜值为43.9mg/m3,最小值为18.9mg/m3,平均值为31.5mg/m3,相对标准误差为32.1%,氨逃逸量平均值为1.56μL/L。可见,NOx质量浓度分布及氨逃逸较流场优化调剂前有了改良。

3.1优化筹划

2号机组于2017年4月停炉,专业技巧人员进入脱硝烟道及反响器进行了查勘。图15为喷氨格栅和导流板积灰情况照片。由图15可见,经由了8个月的运行,喷氨格栅喷嘴堵塞问题明显改良,除个别喷嘴堵塞外其余喷嘴均保持优胜的通行性,导流板上积灰情况明显好转,除浮灰外未发明严重的积灰情况。

5结论

2)在2×300MW机组2号和1号燃煤锅炉脱硝装配上实施流场优化筹划后,2号锅炉脱硝装配A、B侧反响器出口NOx分布Cv值分别为28.3%、32.1%,氨逃逸量平均值分别为1.96、1.56μL/L。1号锅炉脱硝装配A、B侧反响器出口NOx质量浓度分布Cv值分别为15.8%、15.4%,氨逃逸量平均值分别为1.58、2.03μL/L。

本次流场优化中导流板改革包含:调剂1号及2号弯头导流板地位和角度(图10),以改良喷氨格栅前沿烟道深度偏向的烟气流速不均;拆除了原1号扩口导流板,采取了三角形导流板,以改良喷氨格栅前阁下偏向的速度分布不均;调剂3号弯头导流板构造型式,改良顶部程度烟道截面高低分布不均的情况,并在直段导流板下方加装了向下压的导流板,以进步程度烟道壁面和接近导流板壁板地位的烟气流速,缓解积灰情况;调剂4号弯头导流板角度及地位,改良催化剂层进口前后墙速度分布,使入射催化剂的流线竖直进入催化剂。

表3飞灰成分分析 w/%

3)流场优化后,机组持续运行8个月后停炉检查发明,喷氨格栅、导流板及烟道积灰情况获得明显改良,大年夜部分喷嘴保持优胜的通行性,导流板上仅有一些浮灰。

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