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根據(jù)“十二五”發(fā)展規(guī)劃要求，加快循環(huán)流化床鍋爐氮氧化物控制與削減技術(shù)應(yīng)用與推廣，積極推進(jìn)煙氣脫硝工程建設(shè)已迫在眉睫。循環(huán)流化床鍋爐可選用SNCR、SCR、SNCR-SCR脫硝技術(shù)，其中采用SNCR技術(shù)有其得天獨(dú)厚的優(yōu)勢:循環(huán)流化床鍋爐NOx初始排放濃度較低;鍋爐工作溫度滿足SNCR的反應(yīng)溫度窗口要求;并且旋風(fēng)分離器中的煙氣流速高達(dá)15～25m/s，可與噴入的氨進(jìn)行較好的混合并具備較長的停留時(shí)間。

以上優(yōu)勢使得SNCR脫除氮氧化物的效率突破了傳統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，即不再局限于50%以內(nèi)的脫硝效率。福斯特惠勒已對國內(nèi)外20余臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐進(jìn)行了SNCR改造，通過在分離器中噴入適量的氨，可實(shí)現(xiàn)高達(dá)50%～70%的脫硝效率，其中美國JEA電廠的2臺(tái)300MW機(jī)組SNCR脫硝改造NOx的排放值降至＜74mg/Nm3。

SNCR脫硝技術(shù)是一種經(jīng)濟(jì)有效的氮氧化物(NOx)控制技術(shù)，但在實(shí)際應(yīng)用中NOx的脫除效率遠(yuǎn)低于理論上及實(shí)驗(yàn)室可以達(dá)到的效率(＞80%)，且存在未反應(yīng)完全的NH3，存在逃逸。這主要由于SNCR反應(yīng)過程中，反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、氨氮比、混合程度等因素影響SNCR脫硝效率。

SNCR噴槍作為最主要的脫硝設(shè)備，其性能直接影響脫硝效率:噴槍必須在合適的溫度下使還原劑溶液快速蒸發(fā)，并使還原劑分布均勻、滿足反應(yīng)時(shí)間需求。因此，循環(huán)流化床鍋爐SNCR工程中對噴槍參數(shù)有嚴(yán)格的要求。本研究通過理論數(shù)值模擬計(jì)算與實(shí)際工程實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式，對不同霧化粒徑噴槍在CFB鍋爐中的使用性能展開研究。

1、實(shí)驗(yàn)研究

以廣東某紙廠的CFB鍋爐為研究對象，該鍋爐為濟(jì)南鍋爐集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的YG-75/3．82-MI型循環(huán)流化床鍋爐，鍋爐額定蒸發(fā)量75t/h，設(shè)計(jì)煙氣量105000Nm3/h，分離器入口設(shè)計(jì)溫度800～900℃。

1.1物理模型

本鍋爐燃燒系統(tǒng)由爐膛、旋風(fēng)分離器和返料器組成。預(yù)熱后一次風(fēng)由鍋爐底部的水冷布風(fēng)板均勻進(jìn)入爐膛，燃煤和石灰石經(jīng)爐前螺旋給煤機(jī)送入燃燒室。二次風(fēng)約占總空氣量的50%，分3層21個(gè)噴口布置，爐溫控制在800～900℃。含灰煙氣分成2股進(jìn)入分離器，分離器頂部出口煙氣經(jīng)過熱器進(jìn)入尾部煙道。基于鍋爐設(shè)計(jì)資料，建立了工程鍋爐的物理模型，具體的鍋爐結(jié)構(gòu)見圖1。

本次脫硝改造為技改工程，現(xiàn)場條件對新增設(shè)備的限制較大。根據(jù)鍋爐實(shí)際煙氣溫度分布情況，結(jié)合工程實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，考慮在每個(gè)旋風(fēng)分離器進(jìn)口煙道布置3支噴槍，單臺(tái)鍋爐共配置6支噴槍。

1.2、數(shù)學(xué)模型

根據(jù)鍋爐實(shí)際實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，循環(huán)流化床鍋爐在不同負(fù)荷下，對應(yīng)的分離器內(nèi)部溫度在834～967℃范圍內(nèi)，滿足SNCR的反應(yīng)窗口要求。因此，本研究主要通過數(shù)值模擬分析分離器入口處的混合效果，并以混合效果表征SNCR反應(yīng)是否完全。

研究中以非預(yù)混PDF模型進(jìn)行煤粉模擬燃燒，用以仿真鍋爐內(nèi)部燃燒及溫度分布狀況;同時(shí)考慮到鍋爐內(nèi)復(fù)雜的氣相流動(dòng)，以標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型模擬湍流運(yùn)動(dòng);針對于噴槍霧化及還原劑分布模擬，選用離

散相模型(discretephasemodel，DPM)跟蹤計(jì)算還原劑霧化顆粒。