[发明专利]一种用于SCR脱硝的氨水直喷方法

说明书

本发明涉及一种用于SCR脱硝的氨水直喷方法。在离开反应器入口一定距离的垂直于烟气流速方向的管道横截面上设置氨水喷枪，该距离下称混合距离H，喷枪均位于同一横截面上，喷枪喷射氨水的方向与气流方向一致，混合距离应保证一定长度以确保氨水在进入SCR反应器前完全蒸发。氨水喷枪的布置应满足一定要求，以最小化混合距离H并能够尽量使喷枪下游管道内的氨气分布均匀。发明可实现以下功能：无需设置氨水蒸发器，利用烟气本身热量将氨水完全蒸发，并且在管道内混合均匀；无需设置喷氨格栅，即可满足浓度场技术指标要求(CV值≤5％)。

技术领域

本发明涉及一种SCR脱硝的氨水直喷技术，尤其是涉及一种SCR脱硝氨水直接喷射的位置和喷头布置技术。

背景技术

SCR是一种高效的烟气脱硝技术，广泛应用于锅炉、炉窑及其他产生大量氮氧化物的工业设施的脱硝治理。氨水是SCR常用的还原剂之一，但是通常氨水不能直接喷入反应器，而是需要通过加热装置(蒸汽或者热烟气)，将氨水中的氨蒸发为氨气，而后通过氨气喷射格栅(AIG)喷入SCR系统中，提供SCR反应所需要的还原剂。可见氨水的蒸发需要配置专用的蒸发器，且蒸发器的一次投资和运行均需要一定的费用。另外，还需要专门设计的AIG喷入，使得喷入系统的氨气分布均匀。SCR技术的脱硝效率受诸多因素影响，其中氨的浓度分布是最重要的技术指标之一。氨的浓度分布均匀性的考核面为第一层催化剂表面上游0.5m处的横截面上，要求该断面处的氨浓度速度分布的最大偏差系数(CV)≤5％，CV的定义为：

其中：

浓度平均值

Vi：采样值

N：采样点数

常规氨水为还原剂的工艺流程示意图如图1所示。图2为氨水热风蒸发器工艺流程示意图。

蒸发器和喷氨格栅的设置大大增加了一次投资和运行维护费用。因此研发一种不需要设置蒸发器、氨水可直接喷射，不需要设置喷氨格栅、氨气浓度即可实现分布均匀(CV≤5％)的技术尤为迫切。

发明内容

本发明的目的就是为解决上述问题，利用先进的CFD软件star-ccm+，并结合现场实例，设计了氨水直喷技术，示意图见图3。一种用于SCR脱硝氨水直喷技术，其特征在于：

1、在反应器入口一定距离(氨水蒸发距离)的管道上设置氨水喷枪，确保氨水在进入SCR反应器前完全蒸发。

2、氨水喷枪的布置满足一定要求，以最小化氨水蒸发距离并能够尽量使得管道内的氨气分布均匀。

star-ccm+软件数值模拟过程主要用到以下模型：

(1)物质输送模型

由于选择性催化还原反应中的流动介质有烟气和氨气，这就涉及到考虑流动中物质的混合情况，因此采用混合物的物质输运模型来模拟这一情况。通过求解描述每种组成物质的对流、扩散和反应源的守恒方程来模拟混合和输运，可以模拟多种同时发生的化学反应。

当选择解化学物质的守恒方程时，通过第i种物质的对流扩散方程预估每种物质的质量分数Yi守恒方程采用以下的通用形式：

式中物质的质量扩散；Ri—化学反应产物的净速率；Si—附加速率。

在系统中出现N种物质时，需要解N-1个这种形式的方程。由于质量分数的和必须为1，第N种物质的分数通过1减去N-1个已解得的质量分数得到。为了使数值误差最小，第N种物质必须选择质量分数最大的物质。

(2)气相湍流模型

a)连续性方程：

b)X方向的动量方程：