燃煤电厂烟气脱硝装置的仿真设计研究(1).pdf

第 3 6卷第 l O期 2 0 1 1年 1 O月 环境科学与管理 ENVI RoNM ENTAL S CI ENCE AND MANAGEMENT Vo 1 ． 3 6 No ． 1 0 Oc t ．2 Ol 1 文章编号 1 6 7 4-6 1 3 9 2 0 1 1 1 0- 0 0 9 5- 0 3 燃煤 电厂烟气脱硝装置 的仿真设计研究 胡志光， 邓倩 ， 马苗云， 常爱玲 华北电力大学 环境学院 ， 河北 保 定 0 7 1 0 0 3 摘要 文章以选择性催化还原法 S C R 烟气脱硝系统为研 究对象， 通过对 系统工艺特点和反应机理的研究， 建立了一系列仿真数学模型， 并以这些模型为基础， 设计开发了S C R烟气脱硝 系统的仿真设计软件。软件最 终编译成可安装的应用软件包， 能够脱离开发环境在 Wi n d o w s系统下独立运行。 关键词 S C R系统； 烟气脱硝 ； 模型； 仿真设计； 软件 中图分类号 X S 1 1 文 献标 识码 A S i mu l a t i o n De s i g n o f Fl u e Ga s De n i t r a t i o n De v i c e s i n Co a l F i r e d Po we r P l a n t Hu Z h i g u a n g ， D e n g Q i a n ， Ma Mi a o y u n ， C h a n g A i l i n g E n v i r o n me n t a l D e p a r t me n t ， N o rt h C h i n a E l e c t ri c P o w e r U n i v e r s i t y ， B a o d i n g 0 7 1 0 0 3， C h i n a A b s t r a c t T h i s p a p e r t a k e s e l e c t i v e c a t a l y t i c r e d u c t i o n s c R D e N O x s y s t e m a s r e s e a r c h o b j e c t ．T h r o u g h s t u d i e s o n c h a Y a e t e r i s t i c a n d r e a c t i o n me c h a n i s m o f t h e p r o c e s s ，a s e rie s o f ma t h e ma t i c s i mu l a t i o n mo d e l s h a v e b e e n e s t a b l i s h e d ．On t h e b a s i s o f t h e s e mo d e l s ，t h e s i mu l a t i o n d e s i g n s o f t wa r e o f S CR De NOx s y s t e m h a s b e e n d e v e l o p e d ．T h e s o f t w a r e h a s b e e n fi n a l l y c o mp i l e d t o a n a p p l i c a t i o n s o f t wa r e p a c k a g e wh i c h c a n Y il n i n d e p e n d e n t l y i n W i n d o ws ． Ke y wo r d s S CR s y s t e m ；fl u e g a s d e n i t r a t i o n；mo d e l ；s i mu l a t i o n d e s i g n；s o f t wa r e l S C R法烟气脱硝系统仿真设计的基础 将一个能近似描述实际系统的数学模型进行二 次模型化 ， 变化成一个仿真模型， 然后把它放到计算 机上进行运转的过程称为仿真 J 。 系统仿真的整个过程涉及到数学模 型、 实际系 统和计算机三个部分， 包括两次模型化。一次模型 化是指将实际系统用数学表达式来代替 ， 即系统建 模及系统识别技术 ； 二次模型化指将数学模型变换 成仿真模 型， 一般将二 次模型化 、 系统仿真模 型编 程 、 校核技术称为系统仿真技术。 2 燃煤电厂烟气脱硝装置仿真软件的内容 S C R法烟气脱硝 系统主要包括 烟气脱硝技术 介绍 、 S C R脱硝工艺 、 S C R烟气脱硝 系统设计 、 S C R 催化剂设计和 S C R反应器设计 。如图 1所示 。 收稿 日期 2 0 1 1 0 6 2 8 作者简介 胡志光 1 9 5 8一， 男 ， 教授 。 通讯联 系人 邓倩 仿真软件主要是展示 S C R法烟气脱硝系统的 设计流程 ， 因此 ， S C R脱硝工艺 和 S C R烟气脱硝 系 统的设计是整个软件 的主要内容。 3 燃煤 电厂烟气脱硝装置仿真设计软件的 开发 3 ． 1 仿真软件的界面设计 界面是系统和用户交互 时的可视部分 ， 根据仿 真软件的内容结构设计界面， 包括启动界面、 登 录界 面和 S C R烟气脱硝系统 仿真设计 主界面和子窗体 界面等 。 3 ． 2 启动界面 用于向用户展示有关软件 的版本信 息、 开发情 况和版权信息等。 3 ． 3 登 录界 面 设置用户登录框。当通过登陆框输入正确的用 户名和密码时即可进入 S C R烟气脱硝系统仿真设 计软件的主操作界面 ， 如图 2所示 。 ．q ． 第 3 6卷第 l 0期 2 0 1 1年 1 0月 胡志光等 燃煤电厂烟气脱硝装置的仿真设计研究 V o 1 ． 3 6 N o ． 1 0 0c t ．2 01 1 图 1 S C R法烟气脱硝系统仿真设计软件内容 图2 S C R法烟气脱硝系统仿真设计软件主界面 3 ． 4 S C R催化剂设计计算界面 图 3是 S C R催化剂设计计算窗体 ， 该窗体用到 的控件 有 L a b e l控件 、 T e x t B o x控件 、 F r a m e控 件 、 C o mm a n d B u t t o n控 件。将 数 学 模 型 在 C o m ma n d B u t t o n控件下进行 编辑 ， 即得到 以下界 面。把输入 原始参数的文本框背景色设 为蓝色 ， 输出的计算部 分文本框背景色设 为黄 色。输入原 始设计 参数 以 后 ， 点击窗体中的“ 计算” 按钮 即可 自动完成催化剂 主要设计参数的计算。部分计算参数模型如下 3 ． 4 ． 1 催 化 剂截 面积 典型的流经催化剂表面的速度 L 为 5～6 m ／ s 左右 ， 本设计 取 5 m ／ s 。则 可用此 速度值来对催 化剂截面积进行估算 ， 即 A q v 9 6 ⋯ 0 ‘ ’ 0’ 口 删 绷L 爝气 流量 一 帕， h空 闫速 度 ； 一 髓厂 饿 蜊肭 厂 继 化 赉 棚 I块 数 r ～ 橇 块 长 、 宽 比F 一 勰庳 催 化 黼鞭 厂 摧 化 奇 北 匕 表 面 积 i石 ～m 2 ， m 3 睇 匕 蠢 悯 距 F i r舯 摧 删 酾 积 _破 积 丽 一 催化 嵛 瞢 体 积 甄 舀 一m 。梗 块的 宽 磊丽 i r m 催化 赉 n 屡 醒 爵 吾 一m 棋 块鲍长 雨7 亨 j 若 一m 面摊 度 面 m 国逅 匈l 图 3 S C R催化剂设计计算界 面 式 中 A 催化剂层截面积 ， m ； q 锅炉烟气流量 ， m ／ h ； 3 6 0 0 单位换算系数。 3 ． 4 ． 2催化 剂 体积 本设计 中， 催化剂层数为 21 ， 即两层运行 ， ～ 层备用， 其中催化剂的体积计算公式为 q v 2 式 中 。 催化剂体积 ， m ； g 锅炉烟气流量 ， m ／ h ； S 空间速度 ， h ～。 3 ． 4 ． 3 催化剂比表 面积 催化剂比表面积是指一个单位体积催化剂 的几 何 比表面积 ， 用符号 F a 表示 ， 量纲为 m ／m 。蜂 窝型催化剂的比表面积 比板 式催化剂 的大得多 ， 前 者在 4 2 7～ 8 6 0 m ／m 之问， 后者约为前者的一半 ， 在 2 5 0～ 5 0 0之间 m ／m 。 3 ． 5 S C R反应器设计计算界面 如图 4所示 ， 通过输入原始参数 ， 仿真软件 自动 完成对 S C R反应器横截面积 、 长、 宽 、 高及脱硝效率 的计算 。部分计算模型如下 3 ． 5 ． 1 反应器横截面积 考虑到催化 剂 几何 尺 寸形 状及 其 安装 结 构 ， S C R反应器 的截面 面积 比催 化剂横截 面积大 1 5 ％ 左右 。 因此， 反应器横截面积 A 衄为 A c 1 ． 1 5 A 。 3 ㈩ 舯 三 ； 第 3 6卷第 1 O期 2 0 1 1 年 l O月 胡志光等 燃煤电厂烟气脱硝装置的仿真设计研究 V 0 I ． 3 6 N o ． 1 0 0c t ．2 0l 1 3 ． 5 ． 2 反 应 器 高度 S C R反应器的高度包括初始的和将来的备用催 化剂层 、 整流层 、 吹灰器和催化剂安装空间， 但一般 不包括人 口和出口管道系统和积灰漏斗 。 H n1 C 1 h i ⋯ C 2 4 式 中 日 反应器的高度 ， m； n1 催化剂的层数 ； C 支撑 、 安装催化 剂所需要 的空 间高 度 ， 取 2 ． 5 I n ； c 整流层安装高度及安装需要 的空 间 高度 ， 取 1 ． 0 I 1 1 ； h la y e r 催化剂层高度 ， i n 。 3 ． 6 S C R入 口烟 道 与 出口烟道 的布置 仿真 设计 界 面 如图5所示， 为 S C R入 口烟道与出 口烟道的布置 图4 S C R反应器设计计算界面 仿真设计界面， 该界面用来确定反应器的安装位置。 下一页 ] 省煤器 I ＼／ 反应器 钢板 B ／／＼ 热器 - _ - { _ 图 5 S C R入 口烟道与 出口烟道 的布 置图显示界面 4 结论 燃煤电厂 S C R法 烟气脱硝 系统仿真设计软件 将所建立的仿真设计计算模型用计算机语言解析成 计算机能识别的各种指令 ， 通过输入原始参数并对 一 些参数进行选择后 ， 完成各种仿真设计计算功能。 在软件中， 所有的计算结果最终通过界面显示出 来。建立的仿真计算界面主要有 主要烟气脱硝技术 介绍界面、 S C R脱硝工艺界面、 S C R烟气脱硝系统设计 界面、 S C R催化剂设计界面、 S C R反应器设计界面等。 该软件最终 以可安装 的应用 软件包 的形 式 出 现 ， 可以完全脱离 V i s u a l B a s i c的开发环境 ， 在 wi n d o w s 环境下独立运行 ， 控制系统人 机界 面友 好 、 直 观、 操作简单 ， 可大大减少有关设计人员 的工作量。 对于同类新 、 扩、 改建 电厂 的 S C R烟气脱硝系统设 计均具有重要的参考价值 。 参考文献 [ 1 ] 张家琛． 火 电厂仿 真[ M] ． 北 京 水利 电力 出版 社 ， 1 9 9 4 ． [ 2 ] 马忠云 ， 檀 国彪． 燃煤锅炉烟气脱硝 S C R 法工艺及 特性[ J ] ． 节能与环保 ， 2 0 0 6 2 3 0 3 2 ． [ 3 ] F o r z a t t i P ． P r e s e n t S t a t u s a n d P e r s p e c t i v e s i n d eN O S C R C a t a l y s i s ． A p p l i e d C a t a l y s i s A G e n e r a l [ J _ ， 2 0 0 1 ， 2 2 2 ； 2 2 1 2 3 6． [ 4 ] 孙克勤， 钟秦． 火电厂烟气脱硝技术[ M] ． 北京 化 学 工 、 世出版 社 ， 2 0 0 6 ． 97