[發明專利]一種基于數值模擬的不均勻噴氨分區噴嘴阻力設計方法

有效

• 申請號: 202110473685.1
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113204872B
• 公開（公告）日: 2023-03-17
• 發明（設計）人: 尚天坤;黃誠;朱文彬;王健;陳宙;范辰浩;曹暉;劉峻;倪東升
• 申請（專利權）人: 上海明華電力科技有限公司;上海外高橋發電有限責任公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;B01D53/86;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 應小波

本發明涉及一種基于數值模擬的不均勻噴氨分區噴嘴阻力設計方法，該方法包括以下步驟：步驟1，按照噴氨支管的控制區域均分噴氨截面，利用試驗計算各分區的流速系數；步驟2，定義噴氨量系數θ_i，根據流速系數求出各分區入口的氨氣的混合氣體流速；步驟3，利用數值模擬計算出各種類型噴氨支管的阻力系數k_j，得到阻力系數查詢表；步驟4，利用每個節點的流動方程組計算得到噴氨支管前的壓力p'_i；步驟5，計算理論需要的阻力系數K_i；步驟6，得到各分區的阻力系數K_i后，與步驟3計算的阻力系數查詢表中進行查詢，選取最接近的k_i，并在此處設置相對應的噴氨噴嘴。與現有技術相比，本發明具有更為系統、簡潔、精確等優點。

技術領域

本發明涉及一種噴氨分區噴嘴阻力設計方法，尤其是涉及一種基于數值模擬的不均勻噴氨分區噴嘴阻力設計方法。

背景技術

隨著火電廠煙氣超凈排放和全負荷脫硝政策的實施，NOx排放越發嚴格，現行的標準是降低至50mg/Nm³以下，部分地區要求更為嚴格。當下火電廠普遍采用選擇性催化還原(SCR)的方法，在脫硝反應器中進行，即在高溫煙氣中通過噴氨格柵(包括噴氨母管、噴氨支管、噴氨噴嘴)噴入氨氣(NH₃)，在催化劑的作用下與煙氣中的NOx反應生成氮氣。需要說明的是，火電廠噴入氨氣通常是按照1％左右的比例噴入氨氣的混合氣體，噴氨量即指氨氣的混合氣體的流量。理想情況下煙氣中的NOx濃度均勻、煙氣流場均勻，此時噴氨系統只要均勻噴入氨氣即可。但現實情況下，煙氣流場分布極不均勻，現場試驗已經測得，很多電廠脫硝進口煙氣流速不均勻系數達到25％以上，遠超過行業規定的小于15％。如果仍然采用均勻噴氨的方法，會導致部分區域氨氣過量，未能與煙氣反應，而部分區域氨氣少量，導致脫硝反應器出口仍殘留較多的NOx，為降低NOx含量，進一步導致噴氨量增加。而噴氨量增加則會導致后續換熱器產生硫酸氫氨型腐蝕和堵塞，造成空預器堵塞和低溫腐蝕。目前有很多機組出現空預器煙氣側阻力過大,熱一次風風壓波動超正常范圍等問題,嚴重影響安全穩定運行。

因此，不均勻噴氨的思想被提出，由于目前火電廠的噴氨格柵幾乎采用棋盤式的布置，該布置方案將脫硝進口截面分成了10-30個區域，如圖1所示為典型的噴氨格柵結構圖，氨氣與空氣的混合氣體到達混合管道入口端即進入噴氨母管，隨后分配至陣列布置的21根噴氨支管,經過調節閥進入煙道內的噴氨格柵與煙氣混合,發生脫硝還原反應，噴氨格柵數量及布置方式的復雜程度視各機組而異。這也為不均勻的分區噴氨提供了基本設備，即將脫硝進口截面分成若干個區域，每個區域的噴氨量各不相同，由不同的閥門進行控制，與該區域的煙氣量進行匹配。

由此產生了幾種技術路線：傳統噴氨調節方法、基于SCR出口NOx測量的噴氨調節方法、基于SCR進口流速的動態調節方法和基于SCR進口流速的靜態調節方法。

前兩種方法的原理相同，如圖2所示，利用測量設備在SCR出口的NOx測量截面測試SCR出口NOx含量，假定噴氨截面流場的左右、前后方向和SCR出口截面的流場左右、前后方向相對應。比如，試驗測得NOx測量截面左上方NOx含量較高，則說明該區域所對應的噴氨區域噴氨量不足，向其上游流場溯源，將控制左上方噴氨閥門開大，增大該區域的噴氨量；反之，如果NOx含量較低，則減小噴氨量，防止氨逃逸率增加。

這兩種方法在實際中有一定的效果，但由于調節過程需要假定SCR左右、前后的流場未發生改變，即噴氨截面的各區域和SCR出口截面的各區域流場對應，但該假設已被驗證并不完善，實際中SCR的流場有較大的變化，上下游流場并非完全的一一對應，諸多試驗均已證明，經過SCR設備后的流場與噴氨截面的流場相對應的假設本身就存在缺陷。此外，噴氨手動調節閥為截止閥，截止閥的調節性能極差，利用該閥門進行調節，調節過程復雜，耗時耗力，無法精確調整，只能調整大概的位置。傳統的噴氨調節和基于噴氨出口NOx測量的噴氨調節方法在原理和調節方法上都不能做到精確控制噴氨量的分布，因而有很多電廠進行了多次噴氨調節試驗仍然無法實現NOx的精準控制，氨逃逸率依然較高。