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循环流化床锅炉SNCR脱硝关键技术开发

作　者: 李穹
导　师: 吴玉新
学　校: 清华大学
专　业: 动力工程
关键词: 循环流化床锅炉选择性非催化还原 CFD模拟现场测试
分类号: X701
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

氮氧化物（NO_x）是常见的大气污染物，我国NO_x排放呈现逐年上升的趋势，将近80%的NO_x为工业排放，在工业排放中，又有将近七成来自电力行业，因此控制电力行业中的NO_x是最为重要的环节。目前常用的电站锅炉NO_x排放控制方法包括氮氧化物燃烧过程控制以及燃烧后的烟气脱硝，其中，选择性非催化还原（SNCR）烟气脱硝技术由于成本低廉而受到广泛的关注。对于循环流化床锅炉来说，由于循环流化床锅炉的旋风分离器内部具有适合SNCR反应发生的温度窗口、停留时间以及混合条件，使其非常适于采用SNCR技术控制NO_x的排放。本文的目标即对应用于循环流化床锅炉的SNCR烟气脱硝的关键技术进行研究，开发并设计一套适用于循环流化床锅炉的SNCR设备。为此，本文首先提出了针对循环流化床锅炉SNCR系统的物料平衡计算方法，基于此方法计算得出了SNCR烟气脱硝的关键参数，包括还原剂溶液用量、稀释水流量等，同时计算了向锅炉喷入还原剂溶液对锅炉热效率的影响。在此基础上，本文利用计算流体力学（CFD）方法分析了旋风分离器内部的烟气流动特性，通过比较不同还原剂喷嘴布置方式下还原剂停留时间及氨氮摩尔比分布，确定了适合于工程应用的还原剂喷嘴优化布置方式。结合该优化布置方式及SNCR化学反应机理，使用CFD方法预测了温度、氨氮摩尔比（NSR）、喷射参数（喷射速度、雾化粒径及雾化锥角等）及循环灰等因素对SNCR脱硝效果的影响，最终确定了适合工程实际的温度窗口范围及氨氮摩尔比范围。通过比较纯氨、氨水和尿素等还原剂在SNCR系统中的最佳工作区间，最终选择了适合具体工程项目要求的尿素SNCR系统。设计了以尿素为还原剂的SNCR系统，包括的还原剂贮存、还原剂输运及分配注入、系统控制等各关键设备，同时给出了关于SNCR烟气脱硝系统运行的注意事项和系统维护的具体措施。作为对该套系统运行特性的验证，本文对某台100t/h循环流化床锅炉的尿素SNCR系统的脱硝效果进行了现场测试。测试结果表明，SNCR脱硝效果达到60%以上，SNCR系统响应时间约为120~180s，采用SNCR脱硝技术，系统运行稳定，效果显著；增加还原剂用量，可以显著提高脱硝效率，但氨泄漏量也相应增加，在实际运行中需要引起注意。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章工程技术背景  9-27
  1.1 氮氧化物排放及控制手段  9-13
    1.1.1 我国氮氧化物排放  9-10
    1.1.2 火电厂氮氧化物排放控制手段  10-13
  1.2 SNCR 烟气脱硝的特点及影响因素  13-18
    1.2.1 温度对 SNCR 烟气脱硝的影响  13-14
    1.2.2 氨氮摩尔比对 SNCR 烟气脱硝的影响  14
    1.2.3 停留时间对 SNCR 烟气脱硝的影响  14-15
    1.2.4 烟气成分对 SNCR 烟气脱硝的影响  15-16
    1.2.5 SNCR 烟气脱硝的氨泄漏  16-18
    1.2.6 SNCR 烟气脱硝 N2O 生成  18
  1.3 SNCR 烟气脱硝研究现状  18-25
    1.3.1 SNCR 反应机理  18-23
    1.3.2 SNCR 脱硝的 CFD 模拟  23-24
    1.3.3 SNCR 系统优化  24-25
  1.4 本文主要研究内容  25-27
第2章 SNCR 物料平衡分析  27-36
  2.1 引言  27
  2.2 基本情况介绍  27-29
  2.3 物料平衡分析  29-35
    2.3.1 SNCR 系统物料平衡计算步骤  29-33
    2.3.2 相关计算条件  33-34
    2.3.3 设计计算结果  34-35
  2.4 本章小结  35-36
第3章 SNCR 喷嘴位置优化  36-51
  3.1 引言  36
  3.2 旋风分离器内部流场模拟  36-42
    3.2.1 计算模型的建立  36-39
    3.2.2 烟气在分离器中的流动特征  39-40
    3.2.3 烟气在分离器内的停留时间  40-42
  3.3 不同还原剂喷嘴布置方式的计算  42-46
    3.3.1 还原剂喷嘴布置方式  42-44
    3.3.2 还原剂浓度分布模拟结果  44-45
    3.3.3 停留时间分布及氨氮摩尔比分布  45-46
  3.4 喷嘴布置优化工况的选择  46-49
    3.4.1 优化工况的选取  46-48
    3.4.2 还原剂浓度分布模拟结果  48
    3.4.3 停留时间分布及氨氮摩尔比分布  48-49
  3.5 本章小结  49-51
第4章 SNCR 脱硝效率及影响因素 CFD 模拟  51-64
  4.1 引言  51
  4.2 SNCR 反应模拟  51-54
    4.2.1 计算条件设置  52-53
    4.2.2 对比计算结果  53-54
  4.3 温度对 SNCR 脱硝效果的影响  54-57
  4.4 氨氮摩尔比对 SNCR 脱硝效果的影响  57-59
  4.5 喷射参数对 SNCR 脱硝效果的影响  59-62
    4.5.1 还原剂喷射速度对 SNCR 脱硝效果的影响  59-60
    4.5.2 雾化粒径对 SNCR 脱硝效果的影响  60-61
    4.5.3 雾化锥角对 SNCR 脱硝效果的影响  61-62
  4.6 循环灰对 SNCR 脱硝效果的影响  62-63
  4.7 本章小结  63-64
第5章 SNCR 烟气脱硝系统设计  64-76
  5.1 引言  64
  5.2 SNCR 烟气脱硝系统分类及组成  64-68
    5.2.1 纯氨 SNCR 系统  64-65
    5.2.2 氨水 SNCR 系统  65-66
    5.2.3 尿素 SNCR 系统  66-67
    5.2.4 各系统的比较  67-68
  5.3 尿素 SNCR 系统设计  68-71
    5.3.1 尿素贮存系统  68-69
    5.3.2 还原剂输运及分配注入系统  69-71
    5.3.3 SNCR 系统控制  71
  5.4 SNCR 系统运行及维护  71-74
    5.4.1 运行前的必要检查  71-72
    5.4.2 首次运行的必要检查  72
    5.4.3 系统启动  72-73
    5.4.4 正常运行的常规操作  73
    5.4.5 系统保护机制  73-74
    5.4.6 系统维护  74
  5.5 本章小结  74-76
第6章 SNCR 脱硝效果现场测试  76-87
  6.1 引言  76
  6.2 尿素 SNCR 烟气脱硝系统各主要组成部分介绍  76-80
    6.2.1 尿素溶液的配制与存储  77-78
    6.2.2 尿素溶液的输送、计量、分配  78-80
  6.3 SNCR 烟气脱硝效果现场测试方法  80-83
    6.3.1 测试所用仪器设备简介  80-82
    6.3.2 脱硝效果现场测试方法  82-83
  6.4 现场测试结果及与模拟计算结果的比较  83-86
    6.4.1 脱硝效率测试结果及与模拟结果的比较  83-85
    6.4.2 SNCR 烟气脱硝极限试验  85-86
  6.5 本章小结  86-87
第7章结论与展望  87-90
  7.1 主要结论  87-88
  7.2 研究展望  88-90
参考文献  90-99
致谢  99-101
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  101

循环流化床锅炉SNCR脱硝关键技术开发

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