循環(huán)流化床鍋爐SNCR脫硝及NO還原動力學的數(shù)值模擬研究.pdf

1、選擇性非催化還原(Selective Non-CatalyticReduction，SNCR)是一種工藝簡單、建設(shè)周期短、投資省、運行成本低、脫硝效率中等的氮氧化物(NOx)控制技術(shù)，在電站鍋爐、干法水泥等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。由于受到還原劑噴射、反應(yīng)溫度、停留時間、煙氣組分以及堿金屬添加劑等眾多因素的影響，在實際運用過程中SNCR脫硝效率難以保證。本文以循環(huán)流化床(CFB)鍋爐為對象，利用Fluent和Chemkin數(shù)值模擬平臺，對SN

2、CR脫硝性能及NO還原動力學的進行了系統(tǒng)的模擬研究，得到以下主要結(jié)論:
　　基于建立的氣固兩相流動的數(shù)學模型，采用雷諾應(yīng)力湍流模型(RSM)和離散項模型(DPM)，研究了CFB鍋爐旋風分離器內(nèi)的氣固流動特性及噴氨位置對NH3分布的影響。結(jié)果表明，旋風分離器內(nèi)部氣流的切向和軸向速度影響較大，分別呈“倒駝峰”和“單峰”分布，而徑向速度數(shù)值較小且有正有負。旋風分離器對粒徑大于10μm顆粒具有很好的捕捉性能，而對粒徑小于10μm顆粒的捕捉

3、性能較差，其總體顆粒個數(shù)分離效率為67.98％。內(nèi)外側(cè)噴氨布置NH3與煙氣混合程度較好，出口NH3分布均勻。
　　建立了包含Na-K-C-H-O-N-Cl的SNCR脫硝反應(yīng)機理模型，獲得了反應(yīng)溫度(T)、停留時間(τ)、NO初始濃度、氨氮摩爾比(NSR)、煙氣中O2濃度（ψO2）、水蒸氣含量以及堿金屬(K和Na)添加劑對SNCR脫硝特性的影響，深入分析了堿金屬添加劑和水蒸氣對SNCR脫硝的作用機理。結(jié)果表明，隨著反應(yīng)溫度的升高，脫

4、硝效率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，在無堿金屬添加劑條件下，其窗口溫度為850～1025℃。脫硝效率隨著停留時間、NO初始濃度和氨氮摩爾比的增加而增加，合適的停留時間和氨氮摩爾比分別為0.5s和1.5。脫硝效率隨著煙氣中O2濃度的增加而降低。脫硝效率隨著水蒸氣含量的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，850～950℃條件下，最佳水蒸氣含量為1％～4％。添加堿金屬添加劑能夠使得SNCR脫硝的溫度窗口向低溫方向擴展50℃以上，700℃條件下脫硝效率可達4

5、3.86％～60.76％，不同堿金屬添加劑對脫硝效率促進作用從強到弱的順序為:NaOH≌Na2CO3＞KOH≌K2CO3＞KCl＞NaCl。水蒸氣和堿金屬添加劑對NO促進機理主要在于:激發(fā)OH自由基的生成，進而促進NO還原前驅(qū)物NH2的生成，最終通過NH2+NO→N2+H2O實現(xiàn)NO還原。但是，過量的OH將造成NH2氧化成NH、HNO和NO，從而降低脫硝效率。
　　根據(jù)總體敏感性分析方法，構(gòu)建包含12個和17個基元反應(yīng)的兩種簡化機

6、理模型，在簡化機理模型驗證的基礎(chǔ)上，獲得了CFB鍋爐旋風分離器內(nèi)NO分布規(guī)律和脫硝效果。結(jié)果表明，隨著反應(yīng)溫度、停留時間、NO初始濃度、NSR、煙氣中O2濃度的變化，兩種簡化機理模型脫硝效率的變化趨勢與完整機理基本一致，在T＜1000℃、ψO2＜2％和NSR＜1.0條件下，簡化機理模型A（包含17個基元反應(yīng)）的結(jié)果更接近于完整機理。噴氨位置對旋風分離器內(nèi)NH3和煙氣混合具有較大影響，進而影響SNCR脫硝效率，水平煙道內(nèi)側(cè)或外側(cè)噴氨條件下