李明波，杜向前，巴換粉，徐 楓，張 崗，張立剛

（江蘇中核華緯工程設(shè)計研究有限公司，南京 210019）

隨著環(huán)保要求的日益提高和二氧化硫（SO2）已經(jīng)初步得到有效控制，由氮氧化物（NOx）引發(fā)的環(huán)境問題日益突出[1]，NOx治理已成為人們關(guān)注的一個熱點(diǎn)[2-4]。2011年7月我國頒布了新的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223-2011），對鍋爐NOx排放提出了更加嚴(yán)格的要求，新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施將促使大量鍋爐加裝NOx控制設(shè)施。本文在分析循環(huán)流化床鍋爐和SNCR煙氣脫硝技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，針對某循環(huán)流化床鍋爐SNCR煙氣脫硝項目，重點(diǎn)進(jìn)行了流場分析和優(yōu)化研究，并結(jié)合工程應(yīng)用情況做了簡要說明。

1 SNCR煙氣脫硝技術(shù)原理

SNCR脫硝是目前主流的煙氣脫硝技術(shù)之一[5-6]，該工藝是在800℃～1250℃溫度范圍內(nèi)，采用氨水、尿素等還原劑選擇性地還原煙氣中的NOx，實(shí)現(xiàn)NOx的脫除，該脫硝工藝無需催化劑。

SNCR煙氣脫硝的主要反應(yīng)如下：

NH3為還原劑：4NH3+ 4NO + O2→ 4N2+ 6H2O

2 循環(huán)流化床鍋爐煙氣脫硝介紹

循環(huán)流化床鍋爐（CFB鍋爐）以其環(huán)保、節(jié)能和良好的燃料適應(yīng)性已被廣泛采用，其低氮燃燒特性可將NOx的排放濃度控制在150～350mg/Nm3，低于一般的煤粉鍋爐。在NOx排放濃度要求嚴(yán)格或必須同步上脫硝裝置的情況下，CFB鍋爐需要考慮加設(shè)脫硝設(shè)施。

某企業(yè)建有1臺75t/h循環(huán)流化床鍋爐，NOx原始排放濃度約300mg/m3，為實(shí)現(xiàn)NOx減排，擬對鍋爐進(jìn)行SNCR煙氣脫硝改造，要求效率不低于37%。該項目鍋爐部分參數(shù)見表1。

表1 鍋爐參數(shù)

3 SNCR煙氣脫硝優(yōu)化設(shè)計

3.1 CFD建模

計算采用Fluent6.3，前處理軟件為Gambit，模擬范圍包括爐膛出口水平煙道與旋風(fēng)分離器（1臺爐2只旋風(fēng)分離器，因為二者沿鍋爐中心線對稱布置，故只針對其中1只旋風(fēng)分離器進(jìn)行研究）。有關(guān)參數(shù)見表2。

表2 爐膛出口水平煙道及旋風(fēng)分離器尺寸

模擬對象爐膛出口水平煙道與旋風(fēng)分離器的外形如圖1（a）所示，物理建模后進(jìn)行網(wǎng)格劃分，如圖1（b）所示，總網(wǎng)格數(shù)約為110萬。

圖1 模擬對象

3.2 未加設(shè)噴槍時流場計算分析

該項目的煙氣速度分布見圖2，煙氣跡線見圖3。

計算結(jié)果表明，煙氣進(jìn)入旋風(fēng)分離器后，旋風(fēng)分離器內(nèi)靠近外側(cè)筒壁處煙氣自上而下旋轉(zhuǎn)流動，靠近中心位置處煙氣自下而上流動，最后由中心筒流出，其中65%以上的煙氣集中分布在中心筒下部入口附近區(qū)域，少量煙氣進(jìn)入旋風(fēng)分離器底部、停留時間較長。

圖2 煙氣速度分布圖

圖3 煙氣跡線圖

3.3 加設(shè)噴槍后流場計算分析

該項目的還原劑液滴停留時間見圖4，還原劑分布情況見圖5。

計算結(jié)果表明，噴槍霧化后的還原劑液滴粒徑控制在40～50μm、出口噴射速度為30～40m/s時，還原劑液滴在完全蒸發(fā)前不會接觸到煙道和旋風(fēng)筒壁，從而有效避免了筒壁腐蝕的發(fā)生；大部分還原劑的停留時間不低于0.5s，能夠滿足還原劑與NOx反應(yīng)的需要。

圖4 還原劑液滴停留時間

圖5 還原劑分布情況

4 工程應(yīng)用情況

研究結(jié)果在某75t/h鍋爐脫硝工程上進(jìn)行了應(yīng)用，該脫硝裝置主要包括氨水儲存與供應(yīng)系統(tǒng)、氨水計量分配與噴射系統(tǒng)，以及煙氣監(jiān)測和控制系統(tǒng)。該脫硝裝置部分設(shè)計參數(shù)見表3；脫硝工藝流程如圖6所示；脫硝裝置的實(shí)際脫硝情況如圖7所示。

應(yīng)用結(jié)果表明，脫硝裝置的脫硝效率隨著氨水噴入量的增加而上升，最高脫硝效率可達(dá)55%以上，滿足了設(shè)計要求。

表3 SNCR脫硝設(shè)計參數(shù)

圖6 SNCR煙氣脫硝工藝流程

圖7 還原劑噴入量對脫硝效果的影響

5 結(jié)論

（1）計算結(jié)果表明，煙氣進(jìn)入旋風(fēng)分離器后，靠近外側(cè)筒壁處煙氣自上而下旋轉(zhuǎn)流動，靠近中心位置處煙氣自下而上流動，其中65%以上的煙氣集中分布在中心筒下部入口附近區(qū)域；還原劑液滴粒徑控制在40～50μm，出口噴射速度為30～40m/s時，還原劑液滴在完全蒸發(fā)前不會接觸到煙道或旋風(fēng)筒壁，可有效避免筒壁腐蝕的發(fā)生，大部分還原劑的停留時間不低于0.5s，能夠滿足還原劑與NOx反應(yīng)的需要。

（2）在某75t/h循環(huán)流化床鍋爐上的工程應(yīng)用結(jié)果表明，SNCR煙氣脫硝裝置脫硝效率可達(dá)55%以上，系統(tǒng)簡捷、性能可靠。

[1]中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部.中國環(huán)境狀況公報（2012）[Z].

[2]燕中凱，劉媛，尚光旭.火電廠脫硝技術(shù)現(xiàn)狀及產(chǎn)業(yè)與市場發(fā)展預(yù)測[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2011，5：40-43.

[3]應(yīng)明良，戴成峰，胡偉鋒，徐良，屠小寶.600MW機(jī)組對沖燃燒鍋爐低氮燃燒改造及運(yùn)行調(diào)整[J].中國電力，2011，44（4）：55-58.

[4]周國民，唐建成，胡振廣，趙海軍，龔家猷.燃煤鍋爐SNCR脫硝技術(shù)應(yīng)用研究[J].電站系統(tǒng)工程，2010，26（1）：18-21.

[5]仝志輝，劉漢濤.一維火焰燃燒過程中SNCR脫硝試驗研究[J].鍋爐技術(shù)，2012，43（1）：77-80.

[6]Gang-Woo Lee,Byung-Hyun Shon,Jeong-Gun Yoo,Jong-Hyeon Jung,Kwang-Joong Oh.The influence of mixing between NH3and NO for a De-NOxreaction in the SNCR process.《Journal of Industrial and Engineering Chemistry》,14（2008）：457-467.