300MW燃煤锅炉SNCR过程的数值模拟.pdf

第 ４ ２卷第 ４期 ２ ０ １ ２年 ７月 东 南 大 学 学 报（自 然 科 学 版 ） Ｊ Ｏ Ｕ Ｒ Ｎ Ａ ＬＯ ＦＳ Ｏ Ｕ Ｔ Ｈ Ｅ Ａ Ｓ ＴＵ Ｎ Ｉ Ｖ Ｅ Ｒ Ｓ Ｉ Ｔ Ｙ（ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅＥ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ） Ｖ ｏ ｌ ． ４ ２ Ｎ ｏ ． ４ Ｊ ｕ ｌ ｙ２ ０ １ ２ ｄ ｏ ｉ １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １－ ０ ５ ０ ５ ． ２ ０ １ ２ ． ０ ４ ． ０ ２ ２ ３ ０ ０ＭＷ 燃煤锅炉 Ｓ Ｎ Ｃ Ｒ过程的数值模拟 姜 敏 金保癉 周英贵 王晓佳 （ 东南大学能源热转换及其过程测控教育部重点实验室，南京 ２ １ ０ ０ ９ ６ ） 摘要利用 Ｆ Ｌ Ｕ Ｅ Ｎ Ｔ软件对 ３ ０ ０ＭＷ 燃煤锅炉的选择性非催化还原（ Ｓ Ｎ Ｃ Ｒ ） 过程进行了模拟． 重点分析尿素溶液的喷射位置、 液滴喷射速度、 雾化平均粒径对 Ｓ Ｎ Ｃ Ｒ过程脱硝效率以及漏氨 量的影响， 从而得到实际运行过程中最佳运行条件． 结果显示， 增加喷射速度能加快蒸发过程； 雾 化粒径越大越有利于还原剂的平均分布， 但也会延长蒸发时间； 在第 １ ， ２层同时喷射尿素溶液， 并控制雾化平均粒径为 ０  ３ｍ ｍ和液滴喷射速度为 ３ ０ｍ／ ｓ 时， 能够获得较好的脱硝效果． 将不 同氨氮摩尔比模拟结果与实际过程进行对比， 结果表明两者能够较好地吻合． 关键词数值模拟； 选择性非催化还原； 雾化； 氮氧化物 中图分类号Ｘ ５ １ １ 文献标志码Ａ 文章编号 １ ０ ０ １－ ０ ５ ０ ５ （ ２ ０ １ ２ ） ０ ４  ０ ６ ９ １  ０ ５ Ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆ Ｓ Ｎ Ｃ Ｒｉ ｎａ３ ０ ０ＭＷ ｐ ｕ ｌ ｖ ｅ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ  ｃ ｏ ａ ｌ ｂ ｏ ｉ ｌ ｅ ｒ Ｊ ｉ ａ ｎ ｇＭｉ ｎ Ｊ ｉ ｎＢ ａ ｏ ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ Ｚ ｈ ｏ ｕＹ ｉ ｎ ｇ ｇ ｕ ｉ Ｗａ ｎ ｇＸ ｉ ａ ｏ ｊ ｉ ａ （ Ｋ ｅ ｙＬ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙｏ ｆ Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙＴ ｈ ｅ ｒ ｍ ａ ｌ Ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎａ ｎ ｄＣ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍｉ ｎ ｉ ｓ ｔ ｒ ｙｏ ｆ Ｅ ｄ ｕ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ，Ｓ ｏ ｕ ｔ ｈ ｅ ａ ｓ ｔ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｎ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ２ １ ０ ０ ９ ６ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ） Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎ ｇａ ｎ ｄｎ ｕ ｍ ｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｆ ｏ ｒＳ Ｎ Ｃ Ｒ（ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅｎ ｏ ｎ  ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｙ ｔ ｉ ｃｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ）ｉ ｎａ ３ ０ ０ＭＷ ｐ ｕ ｌ ｖ ｅ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ  ｃ ｏ ａ ｌ ｂ ｏ ｉ ｌ ｅ ｒ ｗ ｅ ｒ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｅ ｄｂ ａ ｓ ｅ ｄｏ ｎｔ ｈ ｅ Ｆ Ｌ Ｕ Ｅ Ｎ Ｔｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ ．Ｍａ ｉ ｎｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ｉ ｎ ｃ ｌ ｕ  ｄ ｉ ｎ ｇｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｊ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆ ｕ ｒ ｅ ａ  ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ，ｄ ｒ ｏ ｐ ｌ ｅ ｔ ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｙ ，ｄ ｒ ｏ ｐ ｌ ｅ ｔ ｓ ｉ ｚ ｅ ａ ｎ ｄｔ ｈ ｅ ｉ ｒ ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｎＮ Ｏ ｘ ｒ ｅ ｍ ｏ ｖ ａ ｌ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙａ ｎ ｄａ ｍ ｍ ｏ ｎ ｉ ａｓ ｌ ｉ ｐｗ ｅ ｒ ｅａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ，ｔ ｈ ｕ ｓｔ ｈ ｅｂ ｅ ｓ ｔ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓｗ ｅ ｒ ｅｏ ｂ  ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ．Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｉ ｎ ｄ ｉ ｃ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ａ ｔ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｉ ｎ ｇｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｊ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎｓ ｐ ｅ ｅ ｄｃ ａ ｎａ ｃ ｃ ｅ ｌ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｅ ｖ ａ ｐ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ． Ｔ ｈ ｅｇ ｒ ｅ ａ ｔ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｄ ｒ ｏ ｐ ｌ ｅ ｔ ｓ ｉ ｚ ｅ ｉ ｓ ， ｔ ｈ ｅ ｂ ｅ 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０ ５ ０ ５ ． ２ ０ １ ２ ． ０ ４ ． ０ ２ ２ ］ 燃煤电厂的 Ｎ Ｏ ｘ排放是重要的污染源． 针对 Ｎ Ｏ ｘ的排放， 目前电站广泛采用的控制方法主要 有选择性非催化还原技术（ Ｓ Ｎ Ｃ Ｒ ） 和选择性催化 还原技术（ Ｓ Ｃ Ｒ ） 等． Ｓ Ｎ Ｃ Ｒ技术相对于 Ｓ Ｃ Ｒ技术， 投资和运行成本低． 通过在炉膛中喷入还原剂的方 法， 有利于旧电厂的改造， 比较适合中国国情． 但 Ｓ Ｎ Ｃ Ｒ技术的还原效果受到多方面的制约， 如反应温度、 混合程度、 还原剂的停留时间、 氨氮摩 尔比、 烟气组分、 Ｎ Ｏ ｘ的初始浓度等 ［ １ ］． 在实验室条 件下， 能达到８ ０ ％ ～ ９ ０ ％的还原率， 但是由于还原剂 与 Ｎ Ｏ ｘ混合不理想等原因， 在实际的运行过程中， 脱硝率一般不会超过５ ０ ％． Ｓ Ｎ Ｃ Ｒ过程非常复杂， 因 实验过程中无法测出炉内的温度场及浓度场， 给研 究工作带来了很多不便， 而数值模拟可以详细地反 映出这一过程． Ｎ ｇ ｕ ｙ ｅ ｎ等［ ２３ ］以 Ｆ Ｌ Ｕ Ｅ Ｎ Ｔ软件为平 台， 利用简化的还原反应对管式炉中的 Ｓ Ｎ Ｃ Ｒ过程 进行了模拟， 表明数值模拟的方法具有一定的指导 性． 但由于规模较小， 其结果对锅炉实际运行帮助有 限． 本文在前人研究的基础上， 使用 Ｆ Ｌ Ｕ Ｅ Ｎ Ｔ软件 对大型３ ０ ０ ＭＷ 燃煤锅炉进行三维全尺寸模拟， 针 ｈ ｔ ｔ ｐ ／ ／ ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ． ｓ ｅ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ 对燃烧温度、 Ｎ Ｏ ｘ生成及 Ｓ Ｎ Ｃ Ｒ过程进行预测， 研究 尿素溶液喷射位置、 喷射速度、 雾化粒径以及摩尔比 对脱硝效果的影响， 确定其最佳运行参数． １ 模型及计算方法 １  １ 数学模型 炉膛中的燃烧模拟已较为成熟， 采用 Ｒ Ｎ Ｇκ  ε 模型预测炉膛内烟气的流动状态， 该模型相对于标 准 κ  ε模型考虑了旋流的影响． 采用离散相模型处 理煤粉， 模拟煤粉运动采用拉格朗日随机轨道模 型． 由于炉膛内温度较高， 辐射传热占主要地位， 采 用 Ｐ  １模型模拟辐射传热． 焦炭热解采用双竞争反 应热解模型， 挥发分燃烧采用混合分数概率密度函 数 （ ｐ ｒ ｏ ｂ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙｄ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｙｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｐ Ｄ Ｆ ） 法， 焦炭燃烧 采用动力 扩散模型． 利用 Ｓ Ｉ ＭＰ Ｌ Ｅ算法， 采用一阶 迎风格式对控制方程进行求解． 由于燃烧过程中产 生的 Ｎ Ｏ ｘ浓度非常小， 对煤粉的燃烧过程几乎没 有影响， 所以预测 Ｎ Ｏ ｘ生成采用燃烧后处理方法． 由于快速型 Ｎ Ｏ ｘ的生成量较少， 所以本文只考虑 燃料型及热力型 Ｎ Ｏ ｘ的生成． 其中， 假设 ９ ０ ％的挥 发分氮转变为 Ｈ Ｃ Ｎ ， 其余则转变为 Ｎ Ｈ ３， 而焦炭氮 直接氧化为 Ｎ Ｏ ［ ４ ］． 选用尿素作为 Ｓ Ｎ Ｃ Ｒ过程的还原剂， 质量分 数为 ５ ０ ％的尿素溶液与稀释水混合后经雾化喷入 炉膛中， 经过水的蒸发、 尿素分解及 Ｈ Ｎ Ｃ Ｏ的水解 ３个步骤后与 Ｎ Ｏ ｘ反应 ［ ５６ ］ １ ）水的蒸发 Ｃ Ｏ （ Ｎ Ｈ ２）２（ ａ ｑ →）Ｃ Ｏ （ Ｎ Ｈ２） ２（ ｓ 或 ｌ ）＋ Ｈ２Ｏ （ ｇ ） （ １ ） ２ ）尿素分解 Ｃ Ｏ （ Ｎ Ｈ ２）２（ ｓ 或 ｌ →）Ｎ Ｈ３（ ｇ ）＋ Ｈ Ｎ Ｃ Ｏ （ ｇ ） （ ２ ） ３ ）Ｈ Ｎ Ｃ Ｏ的水解 Ｈ Ｎ Ｃ Ｏ （ ｇ ）＋ Ｈ ２Ｏ （ ｇ →）Ｎ Ｈ３（ ｇ ）＋ Ｃ Ｏ２（ ｇ ） （ ３ ） 湍流与化学反应的耦合选用涡耗散概念 （ Ｅ Ｄ Ｃ ） 模型． 本文中尿素的分解动力学参数采用 由 Ａ ｏ ｋ ｉ 等［ ７ ］提出的分解反应模型， 该化学反应动 力学模型与尿素瞬间分解的假设相比， 更接近于实 验值［ ８ ］． 对于 Ｎ Ｏ ｘ与还原剂反应的过程， Ｂ ｒ ｏ ｕ ｗ ｅ ｒ 等［ ９ ］提出了简化的 ７步反应模型， Ｎ ｇ ｕ ｙ ｅ ｎ等［ ３ ］又 对该模型进行了改进． 本文中采用的尿素分解及简 化还原反应的动力学参数如表 １所示． 表 １ 尿素分解及简化还原反应的动力学参数 序号反应方程指前因子 Ａ ／ （ ｍ３ｓ － １Ｋ－ ｂｋ ｍ ｏ ｌ－ １） 温度指数 ｂ活化能 Ｅａ／ （ Ｊ ｋ ｍ ｏ ｌ － １） １Ｃ Ｏ （ Ｎ Ｈ２）→ ２ Ｎ Ｈ３＋ Ｈ Ｎ Ｃ Ｏ １  ２ ７ １ ０ ４ ０６  ５ ０ １ ０ ７ ２Ｃ Ｏ （ Ｎ Ｈ２）２＋ Ｈ２→Ｏ２ Ｎ Ｈ３＋ Ｃ Ｏ２６  １ ３ １ ０ １ ０ ０８  ７ ８ １ ０ ７ ３Ｎ Ｈ３＋→Ｎ ＯＮ２＋ Ｈ２Ｏ＋ Ｈ４  ２ ４ １ ０ ５ ５  ３ ０３  ５ ０ １ ０ ８ ４Ｎ Ｈ３＋ Ｏ→ ２ Ｎ Ｏ＋ Ｈ２Ｏ＋ Ｈ ３  ５ ０ １ ０ ２ ７  ６ ５５  ２ ４ １ ０ ８ ５Ｈ Ｎ Ｃ Ｏ＋→ＭＨ＋ Ｎ Ｃ Ｏ＋ Ｍ２  ４ ０ １ ０ １ ４ ０  ８ ５２  ８ ５ １ ０ ８ ６Ｎ Ｃ Ｏ＋→Ｎ ＯＮ２Ｏ＋ Ｃ Ｏ１  ０ ０ １ ０ １ ０ ０－ １  ６ ３ １ ０ ６ ７Ｎ Ｃ Ｏ＋→Ｏ ＨＮ Ｏ＋ Ｃ Ｏ＋ Ｈ１  ０ ０ １ ０ １ ３ ００ ８Ｎ２Ｏ＋→Ｏ ＨＮ２＋ Ｏ２＋ Ｈ２  ０ ０ １ ０ １ ２ ０４  １ ９ １ ０ ７ ９Ｎ２Ｏ＋→ＭＮ２＋ Ｏ＋ Ｍ１  ６ ０ １ ０ １ ４ ０２  １ ６ １ ０ ８ 注 反应 １和反应 ２为尿素分解反应［ ７ ］； 反应 ３～ 反应 ９为简化还原反应［ ３ ］； Ｍ为反应的中间体． １  ２ 边界条件及初始条件 计算原型为３ ０ ０ＭＷ 四角切圆煤粉炉， 炉膛宽 １ ２  ４ ６ ８ｍ， 深 １ ４  ０ ４ ８ｍ， 总高 ５ ２  １ｍ， 具体参数如 图 １所示． 根据锅炉在 Ｂ ＭＣ Ｒ （ 最大连续蒸发量） 下的实际运行情况， 确定模型进口一次风、 二次风 速度分别为 ２ ５ ， ４ ４ｍ／ ｓ ， 温度分别为 ３ ４ ８ ， ６ ０ ６Ｋ ． 煤 粉的 速 度 及 温 度 与 一 次 风 相 同， 给 煤 总 量 为 ３ ６  ６ ７ ｋ ｇ ／ ｓ ， 煤质分析如表２ 所示． 锅炉水平烟道中布置有大量的过热器、 再热器 管道， 若按照实际状况来模拟， 划分的网格数会较 多， 对计算机的要求较高， 且耗费大量时间． 所以本 文将过热器、 再热器管群简化为一定厚度的屏， 并 且适当减少屏的数量， 这样网格数会相应减少． 同 图 １ 四角切圆煤粉炉各示意图（ 单位 ｍ） ２９６东南大学学报（ 自然科学版） 第 ４ ２卷 ｈ ｔ ｔ ｐ ／ ／ ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ． ｓ ｅ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ 时考虑到计算机的硬件限制， 将燃烧及 Ｓ Ｎ Ｃ Ｒ部 分分开计算， 并将炉膛出口的速度、 温度、 浓度场导 入 Ｓ Ｎ Ｃ Ｒ计算域的进口． 简化后燃烧部分的网格 数为 １  ４ ３ １ ０ ６， Ｓ Ｎ Ｃ Ｒ部分的网格数为 ７  ８ １ ０５． 尿素溶液喷射方式采用 ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ  ｃ ｏ ｎ ｅ 类型， 锥形 角为１ ４ ， 粒径分布符合 ｒ ｏ ｓ ｉ ｎ  ｒ ａ ｍ ｍ ｌ ｅ ｒ ， 最小粒径为 ０  ０ ３ｍ ｍ， 最大粒径为 ０  ８ｍ ｍ， 稀释后的尿素溶液 质量分数为 ５ ％． 在实际运行时， 炉膛的温度及烟 气流动基本稳定． 确定喷射位置后， Ｓ Ｎ Ｃ Ｒ过程的 脱硝效率与尿素溶液的喷射速度 ｕ 、 颗粒粒径 ｄ及 氨氮摩尔比 ｒ 有关． 计算时， 改变其中一个变量， 其 他的按照基准参数设定（ 见表 ３ ） ． 表 ２ 燃料的元素分析及工业分析 元素分析／ ％工业分析／ ％ ｗ （ Ｃａ ｒ）ｗ （ Ｈａ ｒ）ｗ （ Ｏａ ｒ）ｗ （ Ｎａ ｒ）ｗ （ Ｓ ａ ｒ） Ａ ａ ｒ Ｖ ａ ｒ Ｍａ ｒ 低位发热量／ （ ｋ Ｊ ｋ ｇ － １） ５ ６  ０ ６３  ３８  ０ １０  ６ １０  ５ ６２ １  ８ ６２ ３  ４ ０９  ６ ０２ １ ２ ０ ０ 表 ３ 计算参数 参数ｕ ／ （ ｍｓ － １） ｄ ／ ｍ ｍｒ 基准参数３ ００  ３１  ２ 变化范围１ ５～ ４ ００  １～ ０  ７０  ６～ ２ ． ０ ２ 结果与讨论 燃烧的模拟首先进行连续相的流动计算， 然后 与离散相进行耦合， 最后加入传热及燃烧反应． 图 ２为炉内的温度场纵向剖面． 可以看出， Ｓ Ｎ Ｃ Ｒ合 适的温度窗口大约在标高 ４ ０～ ４ ５ｍ之间． 图 ２ 锅炉纵向剖面温度分布（ 单位 Ｋ） ２  １ 各因素对 Ｓ Ｎ Ｃ Ｒ过程的影响 ２  １  １ 还原剂喷入点位置的影响 还原剂的喷入位置很大程度上影响到还原效 果， 温度过高， 还原剂易被氧化； 温度过低， 造成还 原剂的逃逸， 对下游设备造成腐蚀． 吕洪坤等［ １ ０ ］对 电站锅炉 Ｓ Ｎ Ｃ Ｒ过程进行了试验研究， 得出最佳 脱硝炉膛温度约为 １２ ２ ３Ｋ ， 选择在高温侧喷射能 够减少 Ｎ Ｈ ３的逃逸， 但同时也会有较多 Ｎ２Ｏ生 成． 本文选择在平均温度 １ ４ ４ ２ ， １ ２ ０ ０ ， １ １ ０ ０Ｋ 的平 面上布置喷嘴， 标高分别为 ３ ５ ， ４ ０和 ４ ２ｍ， 由下往 上称为第 １层， 第 ２层和第 ３层． 其中第 １层在前 墙、 左墙和右墙上共布置 ２ １个喷嘴， 第 ２ ， ３层只在 前墙布置 ９个喷嘴． 为了研究喷入点位置对脱硝的 影响， 本文分别对 ４种工况进行了研究比较， 分别 为第 １层、 第 ２层、 １ ， ２层组合及 １ ， ２ ， ３层组合， 设 定每个喷嘴喷射量相同， 模拟结果如图 ３ （ ａ ） 所示． 图 ３ 各因素对脱硝效率及漏氨的影响 ３９６第 ４期姜敏， 等 ３ ０ ０ＭＷ 燃煤锅炉 Ｓ Ｎ Ｃ Ｒ过程的数值模拟 ｈ ｔ ｔ ｐ ／ ／ ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ． ｓ ｅ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ 由图 ３ （ ａ ） 可得， 单独投运第 １层获得了最大 的脱硝效率及最小的漏氨量． 炉膛三面布置喷枪的 方式使得溶液更易到达炉膛中心， 有利于烟气与尿 素溶液的均匀混合． 尿素溶液进入炉膛经水分蒸发 分解后再与 Ｎ Ｏ ｘ反应， 粒径０  ３ｍ ｍ的液滴在炉膛 中的停留时间约为 ０  ５～ ０  ６ｓ ， 而烟气在折焰角处 的烟气速度为 ７～ １ ０ｍ／ ｓ ， 假设液滴的速度与烟气 流速相同， 则 ０  ３ｍ ｍ的尿素溶液液滴在炉膛中运 动 ３  ５～ ６ｍ后开始分解成氨气和 Ｈ Ｎ Ｃ Ｏ ， 后者再 与 Ｎ Ｏ ｘ混合发生还原反应． 所以第 １层虽然喷射 点温度较高， 但大部分液滴在反应区间内蒸发完并 与 Ｎ Ｏ ｘ反应， 获得了较好的脱硝效果． 第 ２层与第 ３层喷射的液滴大部分在温度区间外完成蒸发过 程， 因温度过低反应不完全而发生氨逃逸． 单独投运第 １层， 虽能够获得较好的脱硝效 果， 但由于温度高， 会生成大量的 Ｎ ２Ｏ ； 单独投运 第 ２层， 效果较差； １ ， ２层组合以及 １ ， ２ ， ３层组合 脱硝效果较好， 但是 ３层全部投运引起氨的逃逸较 多， 对下游设备有影响． 综上所述， １ ， ２层组合效果 最佳． ２  １  ２ 液滴喷射速度的影响 液滴喷射速度从 ２ ０ｍ／ ｓ 增加到 ４ ０ｍ／ ｓ ， 对还 原率及漏氨的影响如图 ３ （ ｂ ） 所示． 由图可见， 随着 速度的增加， 还原率有所增加， 漏氨量减少． 喷射速 度对脱硝效果的影响主要表现在对混合和蒸发 ２ 个过程． 一方面增大液滴喷射初速度有利于增加液 滴的轨迹长度， 使得液滴更易穿透到主流区深处， 使得烟气与还原剂的混合更均匀； 另一方面， 速度 的增加有利于气流与液滴之间的传热传质， 蒸发速 度加快， 蒸发时间变短， 颗粒在反应区间外完成蒸 发的概率减少［ １ １ ］． 当液滴喷射速度为 ２ ０ｍ／ ｓ 时， 液滴的平均停留时间为 ０  ９ ２ｓ ； 而速度增加到 ４ ０ ｍ／ ｓ 时， 缩短到 ０  ８ ４ｓ ， 停留时间大大减少． 以上 ２ 个因素导致还原率随液滴喷射速度的增大而增大． 但是液滴喷射速度大于 ３ ０ｍ／ ｓ 后的还原率变化并 不明显， 原因可能是喷射速度对蒸发的影响变小． 而喷射速度越大， 耗能则越高． 所以液滴喷射初速 度选择 ３ ０ｍ／ ｓ 较合适． ２  １  ３ 液滴雾化粒径的影响 粒径小的液滴， 由于刚性差， 穿透能力小， 不能 到达炉膛中心， 只能还原近壁面部分的氮氧化物， 导致还原率较小； 相反粒径大的液滴， 刚性强， 能够 到达炉膛中心， 但是蒸发过程需要的时间较长， 可 能在反应区间内未蒸发完， 导致还原剂在合适的温 度区间内停留时间过短， 反应不完全， 出口的氨含 量增加， 还原率降低． 图 ３ （ ｃ ） 的模拟结果也证明了 这一点． 随着液滴粒径的增大， 漏氨量呈现上升的 趋势， 而平均粒径为 ０  ３ｍ ｍ的雾化条件， 穿透能 力好且在反应窗口的停留时间长， 获得了最佳的还 原率和较低的漏氨量． ２  ２ 模拟结果比较 在不同氨氮摩尔比下模拟脱硝效率， 由图 ４可 见， 摩尔比越大， 喷入的还原剂越多， 还原率增大， 在氨氮摩尔比大于 １  ８后还原率趋于稳定． 由模拟 值与电厂实测值拟合出的二次曲线可见， 当氨氮摩 尔比为 ０  ６时， 还原率相差最大， 相对误差小于 １ ０ ％． 随着氨氮摩尔比的增加， ２条曲线逐渐接近， 模拟结果与实测结果较为吻合［ １ ２ ］． 氨氮摩尔比对 还原率的影响， 一方面是由还原剂量的变化引起 的； 另一方面， 液流量的变化也有一定作用． 氨氮摩 尔比越大， 尿素溶液流量也越大． 增加液流量， 延长 了蒸发时间． 在速度不变的情况下， 液滴更容易进 入炉膛中心， 增加混合， 有利于还原率的提高． 但 是， 液流量的增加会使温度降低， 影响了再热器、 过 热器的传热效率． 由此可见， 利用数值计算的方法 模拟 Ｓ Ｎ Ｃ Ｒ过程， 其结果对实际运行一定有理论 指导作用． 图 ４ 模拟值与实测值的比较 ３ 结论 １ ）通过对 ４种组合方式脱硝效果对比， 研究 了尿素溶液的喷射位置对还原效果的影响． 尿素溶 液的整个蒸发过程必须在温度窗口内完成， 才能获 得更好的还原效果． ２ ）尿素溶液的喷射速度对颗粒的蒸发及混合 过程有较大影响， 速度越大， 蒸发所需时间越短， 还 原剂与 Ｎ Ｏ ｘ的混合越充分， 脱硝效果更好． 但是当 速度大于 ３ ０ｍ／ ｓ 后， 效果变得不明显， 实际运行过 程中可以选用 ３ ０ｍ／ ｓ 的喷射速度． ３ ）雾化粒径越大， 颗粒刚性越强， 还原剂能到 ４９６东南大学学报（ 自然科学版） 第 ４ ２卷 ｈ ｔ ｔ ｐ ／ ／ ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ． ｓ ｅ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ 达烟气主流区， 增强混合过程， 但是蒸发时间也越 长． 颗粒可能在反应区间外蒸发完， 导致氨和 Ｈ Ｎ  Ｃ Ｏ在温度窗口的停留时间短． 颗粒粒径平均为 ０  ３ｍ ｍ， 刚性强， 在温度窗口有足够的停留时间， 能够获得良好的脱硝效果． ４ ）通过数值模拟的方法来研究 Ｓ Ｎ Ｃ Ｒ过程的 影响因素， 确定最佳运行条件， 对实际运行过程有 一定指导作用． 参考文献 （ Ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ） ［ １ ］Ｊ ａ ｖ ｅ ｄＭ Ｔ ， Ｉ ｒ ｆ ａ ｎＮ ， Ｇ ｉ ｂ ｂ ｓ ＢＭ．Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｏ ｆ ｃ ｏ ｍ ｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ  ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ｄｎ ｉ ｔ ｒ ｏ ｇ ｅ ｎｏ ｘ ｉ ｄ ｅ ｓｂ ｙｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅｎ ｏ ｎ  ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｙ ｔ ｉ ｃｒ ｅ  ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ［ Ｊ ］ ．Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌｏ ｆＥ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌＭａ ｎ ａ ｇ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ， ２ ０ ０ ７ ， ８ ３ （ ３ ） ２ ５ １ ２ ８ ９ ． ［ ２ ］Ｎ ｇ ｕ ｙ ｅ ｎＴＤＢ ， Ｋ ａ ｎ ｇＴ ， Ｌ ｉ ｍ Ｙ ， ｅ ｔ ａ ｌ ．Ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆ ｕ ｒ ｅ ａ  ｂ ａ ｓ ｅ ｄＳ Ｎ Ｃ Ｒｔ ｏａ ｍ ｕ ｎ ｉ ｃ ｉ ｐ ａ ｌ ｉ ｎ ｃ ｉ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ 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１ ９ ９ ９ １ １ ５ １ １ ８ ． ［ ８ ］Ｒ ｏ ｔ ａＲ ， Ａ ｎ ｔ ｏ ｓ Ｄ ， Ｚ ａ ｎ ｏ ｅ ｌ ｏ ， ｅ ｔ ａ ｌ ．Ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ａ ｎ ｄ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎ ｇａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｎ ＯｘＯ Ｕ Ｔｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ［ Ｊ ］ ．Ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ  ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇＳ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ， ２ ０ ０ ２ ， ５ ７ （ １ ） ２ ７ ３ ８ ． ［ ９ ］Ｂ ｒ ｏ ｕ ｗ ｅ ｒ Ｊ ， Ｈ ｅ ａ ｐＭ Ｐ ，Ｐ ｅ ｒ ｓ ｈ ｉ ｎ ｇＤＷ， ｅ ｔ ａ ｌ ．Ａｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｆ ｏ ｒ ｐ ｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅｎ ｏ ｎ  ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｙ ｔ ｉ ｃｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆ ｎ ｉ  ｔ ｒ ｏ ｇ ｅ ｎｏ ｘ ｉ ｄ ｅ ｓ ｂ ｙａ ｍ ｍ ｏ ｎ ｉ ａ ， ｕ ｒ ｅ ａ ， ａ ｎ ｄｃ ｙ ａ ｎ ｕ ｒ ｉ ｃａ ｃ ｉ ｄｗ ｉ ｔ ｈ ｍ ｉ ｘ ｉ ｎ ｇｌ ｉ ｍ ｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｉ ｎｔ ｈ ｅｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｓ ｅｏ ｆ Ｃ Ｏ［ Ｃ ］ ／ ／ Ｔ ｗ ｅ ｎ ｔ ｙ  ｓ ｉ ｘ ｔ ｈＳ ｙ ｍ ｐ ｏ ｓ ｉ ｕ ｍ （ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ） ｏ ｎＣ ｏ ｍ ｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ ／ Ｔ ｈ ｅ Ｃ ｏ ｍ ｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎＩ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ．Ｎ ａ ｐ ｌ ｅ ｓ ， Ｉ ｔ ａ ｌ ｙ ， １ ９ ９ ６ ２ １ １ ７ ２ １ ２ ４ ． ［ １ ０ ］吕洪坤， 杨卫娟， 周俊虎， 等．电站锅炉选择性非催化 还原脱硝实验研究 还原区温度、尿素溶液喷射 体积流量的影响 ［ Ｊ ］ ．浙江大学学报 工学版， ２ ０ ０ ９ ， ４ ３ （ ９ ） １ ６ ５ ５ １ ６ ６ ０ ． Ｌ Ｈ ｏ ｎ ｇ ｋ ｕ ｎ ， Ｙ ａ ｎ ｇＷｅ ｉ ｊ ｕ ａ ｎ ， Ｚ ｈ ｏ ｕＪ ｕ ｎ ｈ ｕ ， ｅ ｔ ａ ｌ ． Ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ  ｍ ｅ ｎ ｔ 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．Ｎ ｕ ｍ ｅ ｒ ｉ  ｃ ａ ｌｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｎ ｏ ｎ  ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｙ ｔ ｉ ｃ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｗ ｉ ｔ ｈｔ ｕ ｒ ｂ ｕ ｌ ｅ ｎ ｃ ｅ ｍ ｉ ｘ ｉ ｎ ｇｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ［ Ｊ ］ ． Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｅ ｄ  ｉ ｎ ｇ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｃ Ｓ Ｅ Ｅ ， ２ ０ ０ ８ ， ２ ８ （ ２ ３ ） ４ ６ ５ ２ ． （ ｉ ｎＣ ｈ ｉ ｎ ｅ ｓ ｅ ） ５９６第 ４期姜敏， 等 ３ ０ ０ＭＷ 燃煤锅炉 Ｓ Ｎ Ｃ Ｒ过程的数值模拟