SCR烟气脱硝装置声波清灰技术的研究

摘要

选择性催化还原（Selective catalytic Reduction）烟气脱硝是目前燃煤电厂广泛用于控制NOx排放的技术。SCR反应器通常布置在省煤器和空预器之间，属于高灰布置方式。这种布置方式下烟气中的飞灰在催化剂表面容易形成搭桥堵塞，严重影响催化剂活性。因此使用吹灰器清除催化剂表面积灰、保证催化剂活性成为SCR脱硝反应器稳定运行的关键。本文研究声波吹灰器在SCR反应器中应用的相关问题。 本文分析及研究了积灰特性的变化规律，分析飞灰尺度分布和微观结构，并从定性描述、定量分析两方面对飞灰沉降及固结规律进行了研究。研究结果表明：灰的成分与煤种有关，随着烟气流程，烟气中飞灰浓度逐渐减少，成分变化不大。在SCR反应器中绝大部分灰粒径小于100μm，其中小于40μm的为多数，并多呈球状结构。SCR反应器中的烟气温度一般在300～400℃之间，形成松散型积灰，主要受重力、范德华力、表面张力作用，不受化学力作用，易用吹灰器吹除。 本文参考声波吹灰器应用方面的理论，提出了SCR反应器内声波吹灰器的吹灰原理。通过计算SCR反应器内的积灰粘结强度，确定了清除积灰所需的声压级范围。研究结果表明：SCR反应器中声波的清灰原理是声波入射松散型沉积灰上，沉积灰颗粒受到交变力的作用，当最大作用强度大于灰的粘接强度，沉积灰即被振落。 本文基于声学有限元理论，利用大型有限元软件ANSYS，对SCR反应器进行了建模，模拟了SCR反应器内的声场分布情况，并将计算结果与现场情况进行比较分析。最后进行与现场情况一致的吹灰行程模拟。研究结果表明：模拟结果和计算值比较后误差不大。随着吹灰器位置的改变，声波在空间中的传播路径发生改变，距离边界越近的吹灰器造成较低声压级的范围越大。 本文讨论了影响SCR反应器内声场分布的主要影响因素，优化了声波吹灰器的吹灰效果。通过模拟不同指向性因子、不同声源频率、不同声源数量、声源不同的相对位置等情况下的声场情况，分析研究了影响SCR反应器内声场分布的影响因素。研究结果表明：同样距离r情况下，发声口在对角线上指向性因子大，声波能量大，但有效声压级的范围小。声场中的声压级最小值随着频率的增加而有减小，有效声压级范围也随着频率的增加而逐渐减小，同时声压级的分布规律性降低。反应器内两个吹灰器同时作用时，合成声场中有效声压级的面积明显较大。相对的布置方式下，有效声压级的面积范围比并排布置的布置方式要小些。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：主要符号

声明

第一章 绪 论

1.1 研究背景

1.1.1 SCR烟气脱硝简介

1.1.2 灰分对催化剂的影响

1.2 国内外清灰技术及应用现状

1.2.1 声波清灰技术

1.2.2 蒸汽吹灰技术

1.2.3 气脉冲吹灰器

1.2.4 蒸汽吹灰和声波吹灰的技术比较

1.3 国内外研究综述

1.4 本课题主要研究目的和研究内容

1.4.1 研究目的

1.4.2 研究内容

参考文献

第二章 SCR反应器积灰特性及积灰原理

2.1 积灰成分变化规律

2.1.1 炉灰成分与煤种的关系

2.1.2 成分随烟气流程变化规律

2.2 飞灰粒度分布及微观形态

2.3 飞灰沉降特性及固结规律

2.3.1 飞灰沉积定性描述

2.3.2 飞灰沉积机理定量描述

2.4 本章小结

参考文献

第三章 声波除灰的原理研究

3.1 声波清灰原理

3.2 SCR反应器声波清灰原理

3.2.1 SCR反应器积灰粘结强度分析

3.2.2 清除积灰声压级范围确定

3.3 声波吹灰器的应用

3.4 本章小结

参考文献

第四章 声场的数值模拟

4.1 基本概念

4.1.1 声波模拟基础

4.1.2 数学模型

4.1.3 计算软件ANSYS

4.2 数值模拟

4.2.1 物理模型

4.2.2 设计参数

4.2.3 网格划分

4.3 结果展示与比较

4.3.1 模型计算

4.3.2 比较分析

4.4 吹灰行程模拟

4.5 本章小结

参考文献

第五章 影响因素讨论

5.1 指向性因子分析

5.2 频率

5.3 声源数量和声源相对位置

5.3.1 声源数量

5.3.2 相对位置

5.4 SCR反应器声波吹灰优化方案

5.5 本章小结

参考文献

第六章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 论文创新点

6.3 展望

致谢

附录一 部分煤种成分统计

攻读硕士学位期间论文发表情况