OI2-SCR核心技術在國華太倉發電廠2×600MW機組的應用
來源(yuan)：中環（中國(guo)）工(gong)程有限(xian)公司 閱(yue)讀：6704 更新時間：2009-02-26 10:55國華太倉(cang)發電(dian)有限公司四期2×600MW超臨界發電(dian)機組(zu)煙(yan)氣(qi)脫(tuo)(tuo)硝(xiao)總承包工程(cheng)，合同(tong)工期為(wei)1年(nian)，一(yi)臺以(yi)于2006年(nian)元月(yue)投產20日與(yu)主(zhu)機一(yi)同(tong)通過(guo)168小時(shi)的(de)考(kao)核運行，另一(yi)臺2006年(nian)6月(yue)完(wan)成。工程(cheng)選(xuan)擇SCR作為(wei)煙(yan)氣(qi)脫(tuo)(tuo)硝(xiao)技術，設計(ji)的(de)脫(tuo)(tuo)硝(xiao)效率≥90%，處理100%煙(yan)氣(qi)量，不設煙(yan)氣(qi)旁路裝置，脫(tuo)(tuo)硝(xiao)反應劑(ji)采(cai)用(yong)(yong)液氨。脫(tuo)(tuo)硝(xiao)系統(tong)年(nian)運行小時(shi)和(he)(he)設計(ji)壽命與(yu)對應的(de)主(zhu)機一(yi)致，系統(tong)可用(yong)(yong)率≥95%。蘇源環保負(fu)責煙(yan)氣(qi)脫(tuo)(tuo)硝(xiao)系統(tong)完(wan)整(zheng)范(fan)圍內的(de)設計(ji)、設備采(cai)購、制造及現場制作、施工安裝、調試、人員培訓、現場技術服務、指導監督及整(zheng)套系統(tong)的(de)性能保證和(he)(he)售(shou)后服務等。
國(guo)華(hua)太倉(cang)發電廠2×600MW發電機組(zu)(zu)為新(xin)建機組(zu)(zu)，但(dan)由(you)于(yu)在主體(ti)工程實施時未考(kao)慮煙氣脫硝裝置的布(bu)置細節，現場布(bu)置空間十分有限。圖(tu)(tu)1給(gei)出了煙道及反應器的立面布(bu)置圖(tu)(tu)。
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圖1 煙道及反應(ying)器的立(li)面布(bu)置(zhi)圖
設計的(de)(de)脫硝(xiao)系(xi)統主要由SCR反應器(qi)、氨/空(kong)氣(qi)(qi)(qi)噴霧系(xi)統、SCR控制系(xi)統、SCR的(de)(de)吹灰和灰輸送(song)系(xi)統組成。液(ye)氨由槽(cao)(cao)(cao)車(che)運送(song)到(dao)液(ye)氨貯槽(cao)(cao)(cao)，輸出的(de)(de)液(ye)氨經氨氣(qi)(qi)(qi)蒸發器(qi)后變(bian)成氨氣(qi)(qi)(qi)，將之(zhi)加熱到(dao)常溫(wen)后送(song)氨氣(qi)(qi)(qi)緩沖槽(cao)(cao)(cao)備(bei)用(yong)。緩沖槽(cao)(cao)(cao)的(de)(de)氨氣(qi)(qi)(qi)經減壓后送(song)入氨氣(qi)(qi)(qi)/空(kong)氣(qi)(qi)(qi)混(hun)合(he)(he)器(qi)中(zhong)，與(yu)(yu)來自(zi)送(song)風機(ji)的(de)(de)空(kong)氣(qi)(qi)(qi)混(hun)合(he)(he)后，通過噴氨隔柵(Ammonia Injection Grid, AIG)之(zhi)噴嘴噴入煙氣(qi)(qi)(qi)中(zhong)并與(yu)(yu)之(zhi)充分混(hun)合(he)(he)，繼(ji)而進入催(cui)化(hua)(hua)反應器(qi)。當煙氣(qi)(qi)(qi)流經催(cui)化(hua)(hua)反應器(qi)的(de)(de)催(cui)化(hua)(hua)層時(shi)，氨氣(qi)(qi)(qi)和NOx在催(cui)化(hua)(hua)劑的(de)(de)作用(yong)下(xia)將NO及NO2還原(yuan)成N2和H2O。
1 CFD模擬催化反應器
催化(hua)(hua)反(fan)應器(qi)(qi)是SCR系統(tong)最主要(yao)的(de)(de)(de)(de)部(bu)分(fen)，反(fan)應器(qi)(qi)內的(de)(de)(de)(de)工況(kuang)（溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)、NH3/NOx、煙氣流場(chang)等）直接決定(ding)(ding)了(le)脫(tuo)硝效(xiao)率。與(yu)常見的(de)(de)(de)(de)過程設(she)(she)(she)(she)備相比，其尺度(du)(du)(du)(du)(du)大、受煙道布(bu)(bu)置局(ju)限性(xing)大等，并對(dui)速度(du)(du)(du)(du)(du)、NH3/NOx、溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)及(ji)飛灰的(de)(de)(de)(de)負載分(fen)布(bu)(bu)提出了(le)相當苛刻的(de)(de)(de)(de)要(yao)求，這對(dui)化(hua)(hua)工過程設(she)(she)(she)(she)備的(de)(de)(de)(de)放(fang)大設(she)(she)(she)(she)計(ji)而言，是個全(quan)新的(de)(de)(de)(de)挑戰，傳統(tong)的(de)(de)(de)(de)設(she)(she)(she)(she)計(ji)方法只能給(gei)出一些(xie)定(ding)(ding)性(xing)的(de)(de)(de)(de)分(fen)析(xi)結(jie)果，而實(shi)驗研究(jiu)亦因(yin)設(she)(she)(she)(she)備尺度(du)(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)問題受到(dao)限制。隨(sui)著近代力學及(ji)計(ji)算機軟硬件(jian)技術的(de)(de)(de)(de)發展，對(dui)催化(hua)(hua)反(fan)應器(qi)(qi)進(jin)行全(quan)尺寸的(de)(de)(de)(de)數值模擬(ni)已(yi)成(cheng)為可能。CFD工具的(de)(de)(de)(de)引入(ru)將有助于對(dui)催化(hua)(hua)反(fan)應器(qi)(qi)內的(de)(de)(de)(de)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)場(chang)、濃度(du)(du)(du)(du)(du)場(chang)、流體(ti)濃度(du)(du)(du)(du)(du)壓力以(yi)及(ji)化(hua)(hua)學反(fan)應過程的(de)(de)(de)(de)理解，給(gei)出一系列的(de)(de)(de)(de)定(ding)(ding)性(xing)定(ding)(ding)量分(fen)析(xi)結(jie)果，從(cong)而可以(yi)完善SCR系統(tong)的(de)(de)(de)(de)設(she)(she)(she)(she)計(ji)方法。
針對太倉(cang)發電廠SCR反應(ying)(ying)器現場(chang)布(bu)(bu)置(zhi)空間十分(fen)(fen)有(you)限的(de)(de)(de)(de)問題，充分(fen)(fen)發揮OI2-SCR核心技(ji)術的(de)(de)(de)(de)優(you)勢，對連接(jie)煙道(dao)的(de)(de)(de)(de)流(liu)體(ti)(ti)流(liu)動、混合擴(kuo)散(san)及傳熱傳質(zhi)過程(cheng)(cheng)進(jin)行數(shu)值模擬，以(yi)獲取有(you)益的(de)(de)(de)(de)參數(shu)為(wei)(wei)應(ying)(ying)用于工(gong)程(cheng)(cheng)。首先建立計算用實體(ti)(ti)模型，由于結構的(de)(de)(de)(de)對稱性(xing)，分(fen)(fen)析中(zhong)僅(jin)對實際模型的(de)(de)(de)(de)一半進(jin)行了分(fen)(fen)析，圖2為(wei)(wei)與催(cui)化反應(ying)(ying)器連接(jie)煙道(dao)（反應(ying)(ying)器進(jin)、出口(kou)段）內流(liu)場(chang)分(fen)(fen)布(bu)(bu)圖。在工(gong)程(cheng)(cheng)中(zhong)，合理的(de)(de)(de)(de)設置(zhi)導(dao)流(liu)板，以(yi)期達(da)到(dao)最佳(jia)的(de)(de)(de)(de)流(liu)場(chang)分(fen)(fen)布(bu)(bu)，為(wei)(wei)催(cui)化反應(ying)(ying)提(ti)供充分(fen)(fen)的(de)(de)(de)(de)條(tiao)件。
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圖2 催(cui)化反(fan)應器內煙氣流場分(fen)布
為提(ti)高SCR技(ji)(ji)術研(yan)究(jiu)、設計、調試和運行的(de)(de)(de)(de)(de)效率，搭建(jian)靈(ling)活完(wan)善的(de)(de)(de)(de)(de)SCR仿(fang)真(zhen)平臺，依此構(gou)成整個脫硝系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)數學(xue)模型，最后建(jian)立(li)一套(tao)脫硝系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)仿(fang)真(zhen)系(xi)統(tong)；采用計算流(liu)體動(dong)力學(xue)軟(ruan)件和化(hua)學(xue)反應(ying)動(dong)力學(xue)軟(ruan)件CHEMKIN的(de)(de)(de)(de)(de)耦合，能實現(xian)反應(ying)器內(nei)及上下游管(guan)道的(de)(de)(de)(de)(de)NOx的(de)(de)(de)(de)(de)濃度(du)分布進(jin)行比較精確的(de)(de)(de)(de)(de)模擬，為工(gong)程提(ti)供了準確的(de)(de)(de)(de)(de)技(ji)(ji)術支(zhi)持。
由(you)于(yu)煙氣(qi)、飛(fei)灰及(ji)氨在催化(hua)劑(ji)進出口的(de)(de)(de)(de)分布(bu)的(de)(de)(de)(de)好壞(huai)直接影響著脫(tuo)硝(xiao)效率(lv)，因(yin)而(er)SCR反應器(qi)及(ji)其連(lian)接煙道、氨/空氣(qi)混(hun)合器(qi)(AIG)的(de)(de)(de)(de)布(bu)置(zhi)及(ji)設(she)計在整個SCR工程中占據著與(yu)催化(hua)劑(ji)幾乎同等(deng)重(zhong)要的(de)(de)(de)(de)位置(zhi)。借助CFD工具對SCR反應器(qi)及(ji)其相(xiang)關的(de)(de)(de)(de)煙道系(xi)統(tong)對的(de)(de)(de)(de)流(liu)體(ti)流(liu)動、傳(chuan)(chuan)熱傳(chuan)(chuan)質、飛(fei)灰收集等(deng)進行預測，將有(you)助于(yu)設(she)計更為合理的(de)(de)(de)(de)煙氣(qi)脫(tuo)硝(xiao)系(xi)統(tong)，并為系(xi)統(tong)調節建立理論依據，降(jiang)低工程風(feng)險。
2 CAE分析設計反(fan)應器
太倉發電廠煙氣脫硝系統為現(xian)(xian)場(chang)(chang)改造(zao)，在現(xian)(xian)場(chang)(chang)重新構(gou)建的(de)(de)(de)(de)支承框架不可(ke)能有非常充足的(de)(de)(de)(de)承載能力，利用(yong)的(de)(de)(de)(de)空間也是有限的(de)(de)(de)(de)。故要(yao)求反(fan)應器作用(yong)在框架上(shang)的(de)(de)(de)(de)載荷應盡可(ke)能的(de)(de)(de)(de)小，而(er)且(qie)反(fan)應器的(de)(de)(de)(de)結構(gou)也要(yao)緊(jin)湊(cou)。
CAE分(fen)析反應(ying)(ying)器(qi)的(de)目的(de)是：通過計算反應(ying)(ying)器(qi)結(jie)構(gou)(gou)的(de)溫度(du)、應(ying)(ying)力及變形(xing)等物理(li)場量(liang)，給出各(ge)物理(li)場量(liang)在整個反應(ying)(ying)器(qi)上隨空間和時間的(de)分(fen)布(bu)；保證反應(ying)(ying)器(qi)整體結(jie)構(gou)(gou)的(de)安全性和經(jing)濟性；為結(jie)構(gou)(gou)和工藝參數的(de)優化(hua)以(yi)及SCR系統(tong)的(de)質量(liang)評估提(ti)供科學依據。
CAE分(fen)析的(de)步驟先是(shi)(shi)建立反應器(qi)(qi)模型，然后對模型進行(xing)網格(ge)劃分(fen)，再此(ci)基(ji)礎(chu)上進行(xing)計(ji)算分(fen)析。由(you)于反應器(qi)(qi)結構復雜，幾何形狀不(bu)規則，板殼的(de)厚度多變，所以自(zi)己定義單元尺寸的(de)大小，而不(bu)完全采用(yong)智能(neng)網格(ge)劃分(fen)，以便于控制局(ju)部的(de)細節。載(zai)荷(he)施加(jia)是(shi)(shi)比較復雜的(de)。要依據一定的(de)順序施加(jia)外壓、自(zi)重、催化劑(ji)重量、風載(zai)荷(he)、地震(zhen)載(zai)荷(he)、溫度載(zai)荷(he)，最(zui)后按現場條件(jian)施加(jia)約束。尤(you)其(qi)注意的(de)是(shi)(shi)，催化劑(ji)的(de)承重梁(liang)與框架之間在(zai)水(shui)平(ping)方向(xiang)可以相(xiang)互(hu)滑動，在(zai)豎直方向(xiang)則受到(dao)約束，二者之間在(zai)水(shui)平(ping)方向(xiang)上有摩擦力相(xiang)互(hu)作用(yong)。因此(ci)，在(zai)該處施加(jia)約束時應特殊(shu)處理。
求解后可(ke)得到任意位(wei)置處的(de)各向應(ying)力(li)、綜(zong)合應(ying)力(li)、各向變(bian)形及綜(zong)合變(bian)形，可(ke)以根據(ju)各自的(de)準則對反應(ying)器進行校核，再通(tong)過這(zhe)些分析來達到反應(ying)器的(de)優(you)化設計。圖3為(wei)反應(ying)器的(de)綜(zong)合應(ying)力(li)云圖。
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圖3 反(fan)應器的綜合(he)應力云(yun)圖
同樣地，將優(you)化(hua)(hua)(hua)設(she)計理論(lun)和(he)系(xi)統可(ke)靠性(xing)(xing)理論(lun)等應(ying)(ying)(ying)用(yong)在空氣預熱(re)器和(he)引(yin)風機的改造過(guo)程(cheng)(cheng)中。總之，將公司自主研發的OI2-SCR核心技術應(ying)(ying)(ying)用(yong)于(yu)國華太倉發電廠脫硝工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)中，實現了SCR反應(ying)(ying)(ying)器最優(you)化(hua)(hua)(hua)和(he)個性(xing)(xing)化(hua)(hua)(hua)設(she)計，確(que)保煙(yan)氣不需要加(jia)熱(re)即(ji)可(ke)使催(cui)化(hua)(hua)(hua)反應(ying)(ying)(ying)處于(yu)最佳反應(ying)(ying)(ying)區，提高了脫硝效率，節約了能源(yuan)。整個工(gong)(gong)程(cheng)(cheng)的造價低，僅(jin)為同行業的60%~70%。簡化(hua)(hua)(hua)了工(gong)(gong)作流程(cheng)(cheng)，將工(gong)(gong)期縮(suo)短(duan)一倍。
