OI2-SCR核心技术在国华太仓发电厂2×600MW机组的应用
来源：中环（中国）工程有限公司 阅读：5905 更新时间：2009-02-26 10:55国华太仓发电有限公司四期2×600MW超临界发电机组烟气脱硝总承包工程，合同工期为1年，一台以于2006年元月投产20日与主机一同通过168小时的考核运行，另一台2006年6月完成。工程选择SCR作为烟气脱硝技术，设计的脱硝效率≥90%，处理100%烟气量，不设烟气旁路装置，脱硝反应剂采用液氨。脱硝系统年运行小时和设计寿命与对应的主机一致，系统可用率≥95%。苏源环保负责烟气脱硝系统完整范围内的设计、设备采购、制造及现场制作、施工安装、调试、人员培训、现场技术服务、指导监督及整套系统的性能保证和售后服务等。
国华太仓发电厂2×600MW发电机组为新建机组，但由于在主体工程实施时未考虑烟气脱硝装置的布置细节，现场布置空间十分有限。图1给出了烟道及反应器的立面布置图。
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图1 烟道及反应器的立面布置图
设计的脱硝系统主要由SCR反应器、氨/空气喷雾系统、SCR控制系统、SCR的吹灰和灰输送系统组成。液氨由槽车运送到液氨贮槽，输出的液氨经氨气蒸发器后变成氨气，将之加热到常温后送氨气缓冲槽备用。缓冲槽的氨气经减压后送入氨气/空气混合器中，与来自送风机的空气混合后，通过喷氨隔栅(Ammonia Injection Grid, AIG)之喷嘴喷入烟气中并与之充分混合，继而进入催化反应器。当烟气流经催化反应器的催化层时，氨气和NOx在催化剂的作用下将NO及NO2还原成N2和H2O。
1 CFD模拟催化反应器
催化反应器是SCR系统最主要的部分，反应器内的工况（温度、NH3/NOx、烟气流场等）直接决定了脱硝效率。与常见的过程设备相比，其尺度大、受烟道布置局限性大等，并对速度、NH3/NOx、温度及飞灰的负载分布提出了相当苛刻的要求，这对化工过程设备的放大设计而言，是个全新的挑战，传统的设计方法只能给出一些定性的分析结果，而实验研究亦因设备尺度的问题受到限制。随着近代力学及计算机软硬件技术的发展，对催化反应器进行全尺寸的数值模拟已成为可能。CFD工具的引入将有助于对催化反应器内的温度场、浓度场、流体浓度压力以及化学反应过程的理解，给出一系列的定性定量分析结果，从而可以完善SCR系统的设计方法。
针对太仓发电厂SCR反应器现场布置空间十分有限的问题，充分发挥OI2-SCR核心技术的优势，对连接烟道的流体流动、混合扩散及传热传质过程进行数值模拟，以获取有益的参数为应用于工程。首先建立计算用实体模型，由于结构的对称性，分析中仅对实际模型的一半进行了分析，图2为与催化反应器连接烟道（反应器进、出口段）内流场分布图。在工程中，合理的设置导流板，以期达到最佳的流场分布，为催化反应提供充分的条件。
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图2 催化反应器内烟气流场分布
为提高SCR技术研究、设计、调试和运行的效率，搭建灵活完善的SCR仿真平台，依此构成整个脱硝系统的数学模型，最后建立一套脱硝系统的仿真系统；采用计算流体动力学软件和化学反应动力学软件CHEMKIN的耦合，能实现反应器内及上下游管道的NOx的浓度分布进行比较精确的模拟，为工程提供了准确的技术支持。
由于烟气、飞灰及氨在催化剂进出口的分布的好坏直接影响着脱硝效率，因而SCR反应器及其连接烟道、氨/空气混合器(AIG)的布置及设计在整个SCR工程中占据着与催化剂几乎同等重要的位置。借助CFD工具对SCR反应器及其相关的烟道系统对的流体流动、传热传质、飞灰收集等进行预测，将有助于设计更为合理的烟气脱硝系统，并为系统调节建立理论依据，降低工程风险。
2 CAE分析设计反应器
太仓发电厂烟气脱硝系统为现场改造，在现场重新构建的支承框架不可能有非常充足的承载能力，利用的空间也是有限的。故要求反应器作用在框架上的载荷应尽可能的小，而且反应器的结构也要紧凑。
CAE分析反应器的目的是：通过计算反应器结构的温度、应力及变形等物理场量，给出各物理场量在整个反应器上随空间和时间的分布；保证反应器整体结构的安全性和经济性；为结构和工艺参数的优化以及SCR系统的质量评估提供科学依据。
CAE分析的步骤先是建立反应器模型，然后对模型进行网格划分，再此基础上进行计算分析。由于反应器结构复杂，几何形状不规则，板壳的厚度多变，所以自己定义单元尺寸的大小，而不完全采用智能网格划分，以便于控制局部的细节。载荷施加是比较复杂的。要依据一定的顺序施加外压、自重、催化剂重量、风载荷、地震载荷、温度载荷，最后按现场条件施加约束。尤其注意的是，催化剂的承重梁与框架之间在水平方向可以相互滑动，在竖直方向则受到约束，二者之间在水平方向上有摩擦力相互作用。因此，在该处施加约束时应特殊处理。
求解后可得到任意位置处的各向应力、综合应力、各向变形及综合变形，可以根据各自的准则对反应器进行校核，再通过这些分析来达到反应器的优化设计。图3为反应器的综合应力云图。
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图3 反应器的综合应力云图
同样地，将优化设计理论和系统可靠性理论等应用在空气预热器和引风机的改造过程中。总之，将公司自主研发的OI2-SCR核心技术应用于国华太仓发电厂脱硝工程中，实现了SCR反应器最优化和个性化设计，确保烟气不需要加热即可使催化反应处于最佳反应区，提高了脱硝效率，节约了能源。整个工程的造价低，仅为同行业的60%~70%。简化了工作流程，将工期缩短一倍。
