OI2-SCR核心技術在國華太倉發電廠2×600MW機組的應用
來源：中環（中國）工程有限公司 閱讀：6210 更新時間：2009-02-26 10:55國華太倉發電有限公司四期2×600MW超臨界發電機組煙氣脫硝總承包工程，合同工期為1年，一臺以于2006年元月投產20日與主機一同通過168小時的考核運行，另一臺2006年6月完成。工程選擇SCR作為煙氣脫硝技術，設計的脫硝效率≥90%，處理100%煙氣量，不設煙氣旁路裝置，脫硝反應劑采用液氨。脫硝系統年運行小時和設計壽命與對應的主機一致，系統可用率≥95%。蘇源環保負責煙氣脫硝系統完整范圍內的設計、設備采購、制造及現場制作、施工安裝、調試、人員培訓、現場技術服務、指導監督及整套系統的性能保證和售后服務等。
國華太倉發電廠2×600MW發電機組為新建機組，但由于在主體工程實施時未考慮煙氣脫硝裝置的布置細節，現場布置空間十分有限。圖1給出了煙道及反應器的立面布置圖。
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圖1 煙道及反應器的立面布置圖
設計的脫硝系統主要由SCR反應器、氨/空氣噴霧系統、SCR控制系統、SCR的吹灰和灰輸送系統組成。液氨由槽車運送到液氨貯槽，輸出的液氨經氨氣蒸發器后變成氨氣，將之加熱到常溫后送氨氣緩沖槽備用。緩沖槽的氨氣經減壓后送入氨氣/空氣混合器中，與來自送風機的空氣混合后，通過噴氨隔柵(Ammonia Injection Grid, AIG)之噴嘴噴入煙氣中并與之充分混合，繼而進入催化反應器。當煙氣流經催化反應器的催化層時，氨氣和NOx在催化劑的作用下將NO及NO2還原成N2和H2O。
1 CFD模擬催化反應器
催化反應器是SCR系統最主要的部分，反應器內的工況（溫度、NH3/NOx、煙氣流場等）直接決定了脫硝效率。與常見的過程設備相比，其尺度大、受煙道布置局限性大等，并對速度、NH3/NOx、溫度及飛灰的負載分布提出了相當苛刻的要求，這對化工過程設備的放大設計而言，是個全新的挑戰，傳統的設計方法只能給出一些定性的分析結果，而實驗研究亦因設備尺度的問題受到限制。隨著近代力學及計算機軟硬件技術的發展，對催化反應器進行全尺寸的數值模擬已成為可能。CFD工具的引入將有助于對催化反應器內的溫度場、濃度場、流體濃度壓力以及化學反應過程的理解，給出一系列的定性定量分析結果，從而可以完善SCR系統的設計方法。
針對太倉發電廠SCR反應器現場布置空間十分有限的問題，充分發揮OI2-SCR核心技術的優勢，對連接煙道的流體流動、混合擴散及傳熱傳質過程進行數值模擬，以獲取有益的參數為應用于工程。首先建立計算用實體模型，由于結構的對稱性，分析中僅對實際模型的一半進行了分析，圖2為與催化反應器連接煙道（反應器進、出口段）內流場分布圖。在工程中，合理的設置導流板，以期達到最佳的流場分布，為催化反應提供充分的條件。
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圖2 催化反應器內煙氣流場分布
為提高SCR技術研究、設計、調試和運行的效率，搭建靈活完善的SCR仿真平臺，依此構成整個脫硝系統的數學模型，最后建立一套脫硝系統的仿真系統；采用計算流體動力學軟件和化學反應動力學軟件CHEMKIN的耦合，能實現反應器內及上下游管道的NOx的濃度分布進行比較精確的模擬，為工程提供了準確的技術支持。
由于煙氣、飛灰及氨在催化劑進出口的分布的好壞直接影響著脫硝效率，因而SCR反應器及其連接煙道、氨/空氣混合器(AIG)的布置及設計在整個SCR工程中占據著與催化劑幾乎同等重要的位置。借助CFD工具對SCR反應器及其相關的煙道系統對的流體流動、傳熱傳質、飛灰收集等進行預測，將有助于設計更為合理的煙氣脫硝系統，并為系統調節建立理論依據，降低工程風險。
2 CAE分析設計反應器
太倉發電廠煙氣脫硝系統為現場改造，在現場重新構建的支承框架不可能有非常充足的承載能力，利用的空間也是有限的。故要求反應器作用在框架上的載荷應盡可能的小，而且反應器的結構也要緊湊。
CAE分析反應器的目的是：通過計算反應器結構的溫度、應力及變形等物理場量，給出各物理場量在整個反應器上隨空間和時間的分布；保證反應器整體結構的安全性和經濟性；為結構和工藝參數的優化以及SCR系統的質量評估提供科學依據。
CAE分析的步驟先是建立反應器模型，然后對模型進行網格劃分，再此基礎上進行計算分析。由于反應器結構復雜，幾何形狀不規則，板殼的厚度多變，所以自己定義單元尺寸的大小，而不完全采用智能網格劃分，以便于控制局部的細節。載荷施加是比較復雜的。要依據一定的順序施加外壓、自重、催化劑重量、風載荷、地震載荷、溫度載荷，最后按現場條件施加約束。尤其注意的是，催化劑的承重梁與框架之間在水平方向可以相互滑動，在豎直方向則受到約束，二者之間在水平方向上有摩擦力相互作用。因此，在該處施加約束時應特殊處理。
求解后可得到任意位置處的各向應力、綜合應力、各向變形及綜合變形，可以根據各自的準則對反應器進行校核，再通過這些分析來達到反應器的優化設計。圖3為反應器的綜合應力云圖。
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圖3 反應器的綜合應力云圖
同樣地，將優化設計理論和系統可靠性理論等應用在空氣預熱器和引風機的改造過程中。總之，將公司自主研發的OI2-SCR核心技術應用于國華太倉發電廠脫硝工程中，實現了SCR反應器最優化和個性化設計，確保煙氣不需要加熱即可使催化反應處于最佳反應區，提高了脫硝效率，節約了能源。整個工程的造價低，僅為同行業的60%~70%。簡化了工作流程，將工期縮短一倍。
