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CFB锅炉SNCR脱硝技术数值模拟研究

2015/2/5    来源:ANSYS    作者:云端      
关键字:CFB  SNCR  CFD  喷枪  
喷枪的布置方式和数量选择是循环流化床锅炉SNCR脱硝技术应用的核心内容,本文利用ANSYS Fluent软件,以某蒸发量450t/h的CFB锅炉旋风分离器为模型,研究了喷枪位置及数量对还原剂浓度分布的影响。

1 引言

    最新《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223—2011)要求,循环流化床(CFB)锅炉NOx排放量应低于200mg/m3(6%O2),CFB机组具有低NOx排放的优势,绝大部分CFB机组NOx排放量在150~350mg/m3,由于CFB锅炉在正常的运行过程中,炉膛温度范围为850~1000℃,正好处于SNCR法脱硝的合理反应温度范围,其次,CFB锅炉炉内温度场和流场随锅炉负荷的改变而产生的变化较煤粉炉小,喷枪位置易于选择,故CFB锅炉较煤粉炉更加适合SNCR烟气脱硝技术。

    CFB锅炉的SNCR系统脱硝效率可达50%~70%,基本可以满足标准中“一般地区的排放限值为200mg/m3,重点地区的排放限值为100mg/m3。”的环保要求。喷枪的布置方式及数量选择是CFB锅炉SNCR技术的核心,对于CFB锅炉,SNCR喷枪通常布置在旋风分离器入口烟道,本文利用ANSYS Fluent软件,以某蒸发量450t/h的CFB锅炉旋风分离器为模型,探讨了喷枪位置及数量对还原剂浓度分布的影响,研究结果可为CFB锅炉SNCR烟气脱硝系统的优化设计提供相应指导。

2 模型的建立

    SNCR烟气脱硝模型选取DG450/9.81-1型循环流化床锅炉,使用尿素为还原剂。炉膛出口烟温760~890℃,湿烟气量(标态、湿基、实际O2)514436Nm3/h,氮氧化物出口浓度102-176mg/Nm3(标态、干基、6%O2)。考虑到还原剂与烟气的混合情况是SNCR技术的关键点和主要制约因素,采用计算流体动力学(CFD)数值模拟方法,对SNCR关键过程进行数值模拟,了解相关因素对还原剂与烟气混合情况的影响,以实现良好的混合效果。

2.1计算区域及网格划分

    在CFB锅炉旋风分离器内部,其流动程度比较剧烈,同时具有SNCR反应发生的合适温度(温度窗口850℃~1150℃)和较长的停留时间(0.5s),因此在通常情况下,SNCR还原剂喷入位置位于CFB锅炉旋风分离器进口水平烟道处。本项目的计算区域即选择为锅炉旋风分离器。下图所示为计算区域及其网格划分情况:

图1 计算区域及网格划分

图1 计算区域及网格划分

2.2模型建立

2.2.1模型假设

1)在旋风筒内仅计算单相稳态流场,不考虑颗粒对分离器内部流动的影响;

2)假定烟气主要组分为N2、NO、O2、CO2和H2O,具体份额由招标文件给定;

3)还原剂的主要组分是尿素CO(NH2)2,液滴的蒸发过程通过DPM模型设置。

2.2.2输运方程

    采用Reynolds时均法在欧拉坐标系下对各组分建立输运方程,包括:

公式1 质量守恒方程

公式1 质量守恒方程

公式2 动量守恒方程

公式2 动量守恒方程

责任编辑:吴星星
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