[发明专利]一种基于数值模拟的不均匀喷氨分区喷嘴阻力设计方法

说明书

本发明涉及一种基于数值模拟的不均匀喷氨分区喷嘴阻力设计方法，该方法包括以下步骤：步骤1，按照喷氨支管的控制区域均分喷氨截面，利用试验计算各分区的流速系数；步骤2，定义喷氨量系数θ_i，根据流速系数求出各分区入口的氨气的混合气体流速；步骤3，利用数值模拟计算出各种类型喷氨支管的阻力系数k_j，得到阻力系数查询表；步骤4，利用每个节点的流动方程组计算得到喷氨支管前的压力p'_i；步骤5，计算理论需要的阻力系数K_i；步骤6，得到各分区的阻力系数K_i后，与步骤3计算的阻力系数查询表中进行查询，选取最接近的k_i，并在此处设置相对应的喷氨喷嘴。与现有技术相比，本发明具有更为系统、简洁、精确等优点。

技术领域

本发明涉及一种喷氨分区喷嘴阻力设计方法，尤其是涉及一种基于数值模拟的不均匀喷氨分区喷嘴阻力设计方法。

背景技术

随着火电厂烟气超净排放和全负荷脱硝政策的实施，NOx排放越发严格，现行的标准是降低至50mg/Nm³以下，部分地区要求更为严格。当下火电厂普遍采用选择性催化还原(SCR)的方法，在脱硝反应器中进行，即在高温烟气中通过喷氨格栅(包括喷氨母管、喷氨支管、喷氨喷嘴)喷入氨气(NH₃)，在催化剂的作用下与烟气中的NOx反应生成氮气。需要说明的是，火电厂喷入氨气通常是按照1％左右的比例喷入氨气的混合气体，喷氨量即指氨气的混合气体的流量。理想情况下烟气中的NOx浓度均匀、烟气流场均匀，此时喷氨系统只要均匀喷入氨气即可。但现实情况下，烟气流场分布极不均匀，现场试验已经测得，很多电厂脱硝进口烟气流速不均匀系数达到25％以上，远超过行业规定的小于15％。如果仍然采用均匀喷氨的方法，会导致部分区域氨气过量，未能与烟气反应，而部分区域氨气少量，导致脱硝反应器出口仍残留较多的NOx，为降低NOx含量，进一步导致喷氨量增加。而喷氨量增加则会导致后续换热器产生硫酸氢氨型腐蚀和堵塞，造成空预器堵塞和低温腐蚀。目前有很多机组出现空预器烟气侧阻力过大,热一次风风压波动超正常范围等问题,严重影响安全稳定运行。

因此，不均匀喷氨的思想被提出，由于目前火电厂的喷氨格栅几乎采用棋盘式的布置，该布置方案将脱硝进口截面分成了10-30个区域，如图1所示为典型的喷氨格栅结构图，氨气与空气的混合气体到达混合管道入口端即进入喷氨母管，随后分配至阵列布置的21根喷氨支管,经过调节阀进入烟道内的喷氨格栅与烟气混合,发生脱硝还原反应，喷氨格栅数量及布置方式的复杂程度视各机组而异。这也为不均匀的分区喷氨提供了基本设备，即将脱硝进口截面分成若干个区域，每个区域的喷氨量各不相同，由不同的阀门进行控制，与该区域的烟气量进行匹配。

由此产生了几种技术路线：传统喷氨调节方法、基于SCR出口NOx测量的喷氨调节方法、基于SCR进口流速的动态调节方法和基于SCR进口流速的静态调节方法。

前两种方法的原理相同，如图2所示，利用测量设备在SCR出口的NOx测量截面测试SCR出口NOx含量，假定喷氨截面流场的左右、前后方向和SCR出口截面的流场左右、前后方向相对应。比如，试验测得NOx测量截面左上方NOx含量较高，则说明该区域所对应的喷氨区域喷氨量不足，向其上游流场溯源，将控制左上方喷氨阀门开大，增大该区域的喷氨量；反之，如果NOx含量较低，则减小喷氨量，防止氨逃逸率增加。

这两种方法在实际中有一定的效果，但由于调节过程需要假定SCR左右、前后的流场未发生改变，即喷氨截面的各区域和SCR出口截面的各区域流场对应，但该假设已被验证并不完善，实际中SCR的流场有较大的变化，上下游流场并非完全的一一对应，诸多试验均已证明，经过SCR设备后的流场与喷氨截面的流场相对应的假设本身就存在缺陷。此外，喷氨手动调节阀为截止阀，截止阀的调节性能极差，利用该阀门进行调节，调节过程复杂，耗时耗力，无法精确调整，只能调整大概的位置。传统的喷氨调节和基于喷氨出口NOx测量的喷氨调节方法在原理和调节方法上都不能做到精确控制喷氨量的分布，因而有很多电厂进行了多次喷氨调节试验仍然无法实现NOx的精准控制，氨逃逸率依然较高。