一种解决三氧化硫对电站运行产生不利影响的方法与流程

计算;推算;计数设备的制造及其应用技术1.本发明涉及流体力学技术领域，具体为一种解决三氧化硫对电站运行产生不利影响的方法。背景技术：2.近年米我国持续加大污染治理力度，燃煤电站正在全面完成超低排放技术改造，二氧化硫、氮氧化物和颗粒物执行50、35和10mg/m-3(标态，i基，6％02，下同)的超低排放标准、环境总体质量逐年改善，蓝天保卫战成效显著。但是pm2.5和酸雨问题仍需引起我们足够的重视。公开数据显示2017年全国338个地级及以上城市中，239个城市环境空气质量超标占70.7％；338个城市以pm2.5为首要污染物的天数占重度及以上污染天数的74.2％；463个监测降水的城市(区、县)中，酸雨频率平均为10.8％，出现酸雨的城市比例为36.1％。降水中的主要阴离子为硫酸根，占离子总当量的21.1％，酸雨类型总体仍为硫酸型。3.另外，超低排放标准没有对三氧化硫排放浓度设定排放限值，烟气中的三氧化硫会提高酸露点，增加尾部烟道和设备腐蚀风险，排放烟气中三氧化硫浓度过高会导致蓝色烟雨，增加不透明度，文献发现燃煤机组三氧化硫排放浓度达到68mg/m-3，出现明显蓝色烟雨，加重了酸沉降和雾霾。4.燃煤锅炉烟气中的so3会对电站运行和性能的诸多方面产生不利影响，包括后端设备严重腐蚀、空气预热器(aph)结垢、下游设备堵塞等问题。为此针对烟气系统中空气预热器装置建立so3脱除和abs(硫酸氢氨)生成预测模型，并进行abs生成过程预测仿真模拟。技术实现要素：5.本发明的目的在于提供一种解决三氧化硫对电站运行产生不利影响的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种解决三氧化硫对电站运行产生不利影响的方法，包括以下步骤：7.s1：根据文献及现有资料对电厂烟气so3的控制及硫酸氢铵(abs)的生成机理及模型进行综合对比分析，推导搭建预热器内硫酸氢铵(abs)的生成预测理论模型。8.s2：创建四分仓预热器三维几何模型，考虑abs的生成与其中的转子运动相关性不大，因为将计算模型简化，建立转子部件的几何模型但不进行转子部件的运动计算，只计算四分仓预热器中烟气中abs的生成反应。9.s3：通过单工况完成四分仓预热器中abs生成预测计算模型的搭建，计算获得生成abs的浓度、生成速率以及在四分仓预热器的分布情况等，对比仿真结果与实际测量数据，验证搭建的仿真计算模型。10.s4：对其他工况下的预热器so3控制及abs生成模拟分析，计算结果后处理气体组分浓度变化及分布情况、abs生成速率及浓度分布和实际测量数据的对比分析。11.s5：将烟气首先通入到四分仓预热器的内部，然后通入到换热器内部进行降温，在降温的过程中减少烟气中so3的含量。12.优选的，所述s1中预测理论模型模拟采用了基于计算颗粒流体力学方法(cpfd)的数值模拟技术，采用的软件工具为barracuda。13.优选的，所述cpfd方法采用的基本计算方程，包括基于欧拉算法的流体控制方程和基于拉格朗日算法的颗粒相方程。14.优选的，所述四分仓空气预热器中，有烟气、空气和蓄热元件三种介质参与换热过程，当四分仓空气预热器运行时，高温烟气从上到下轴向流过烟气仓，给蓄热元件加热，而温度较低的一次风和左、右两个二次风从下到.上以逆流方式轴向流过空气仓,使蓄热元件冷却。15.优选的，所述空气预热器采用回转式空气预热器，受热面是由蓄热元件构成的，蓄热元件分为高温热段和低温段两层，所述述空气预热器的直径为15m，高度为2m。16.优选的，所述空气预热器最终划分的网格数为515700个。17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：18.该解决三氧化硫对电站运行产生不利影响的方法，通过创建四分仓预热器三维几何模型，将烟气首先通入到四分仓预热器的内部，然后通入到换热器内部进行降温，在降温的过程中减少烟气中so3的含量，对so3脱除性能进行了分析，对不同环保设备的so3脱除性能进行了对比，从技术路线、除尘技术的角度对比分析了so3的脱除性能，通过非线性回归模型模拟得到烟气中so3排放绩效和so3消减绩效的计算模型，比较分析了不同超低排放工艺的so3排放特性，找到了在低温段的so3被快速反应消耗。附图说明19.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。20.图1为本发明的四分仓回转式空气预热器工作原理图；21.图2为本发明的空气预热器内皆热原件结构图；22.图3为本发明的简化后的空气预热器结构图；23.图4为本发明的空气预热器不同位置烟气温度分布图；24.图5为本发明的空气预热器烟气温度为550k的三维分布图；25.图6为本发明的空气预热器内烟气温度随纵向高度的分布图；26.图7为本发明的空气预热器内平均水蒸气质量分数的三维分布图；27.图8为本发明的空气预热器不同位置平均水蒸气质分数分布图；28.图9为本发明的空气预热器内水蒸气质t分数随纵向高度的分布图；29.图10为本发明的烟气入口流量改变后空气预热器内烟气流量的三维分布图；30.图11为本发明的不同烟气入口流量下预热器内烟气温度分布图；31.图12为本发明的不同烟气入口流量下预热器内水蒸气分布图；32.图13为本发明的不同烟气入口流量下预热器内so3分布图；33.图14为本发明的不同烟气入口流量下预热器内so3质量分数随纵向高度分布图。具体实施方式34.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。35.请参阅图1-14，本发明提供一种技术方案：一种解决三氧化硫对电站运行产生不利影响的方法，，包括以下步骤：36.s1：根据文献及现有资料对电厂烟气so3的控制及硫酸氢铵(abs)的生成机理及模型进行综合对比分析，推导搭建预热器内硫酸氢铵(abs)的生成预测理论模型，预测理论模型模拟采用了基于计算颗粒流体力学方法(cpfd)的数值模拟技术，采用的软件工具为barracuda，cpfd方法采用的基本计算方程，包括基于欧拉算法的流体控制方程和基于拉格朗日算法的颗粒相方程。37.s2：创建四分仓预热器三维几何模型，考虑abs的生成与其中的转子运动相关性不大，因为将计算模型简化，建立转子部件的几何模型但不进行转子部件的运动计算，只计算四分仓预热器中烟气中abs的生成反应。38.s3：通过单工况完成四分仓预热器中abs生成预测计算模型的搭建，计算获得生成abs的浓度、生成速率以及在四分仓预热器的分布情况等，对比仿真结果与实际测量数据，验证搭建的仿真计算模型。39.s4：对其他工况下的预热器so3控制及abs生成模拟分析，计算结果后处理气体组分浓度变化及分布情况、abs生成速率及浓度分布和实际测量数据的对比分析。40.s5：将烟气首先通入到四分仓预热器的内部，然后通入到换热器内部进行降温，在降温的过程中减少烟气中so3的含量。41.空气预热器入口的烟气中包含稀疏的飞灰与水滴，但随着运行时间的增加，在换热壁面会生成abs，abs吸附烟气中的飞灰，使得预热器局部位置颗粒堆积密度增加。因此，预热器内的气固流动同时存在颗粒稀疏与稠密的情况。42.在四分仓空气预热器中，有烟气、空气和蓄热元件三种介质参与换热过程，当四分仓空气预热器运行时，高温烟气从上到下轴向流过烟气仓，给蓄热元件加热，而温度较低的一次风和左、右两个二次风从下到.上以逆流方式轴向流过空气仓,使蓄热元件冷却，蓄热元件是以一定的转速沿周向方向旋转，首先穿过烟气仓，然后经过左二次风仓、一次风仓和右二次风仓，最后又到达烟气仓完成一个循环。蓄热元件在进入温度较高的烟气仓时吸收热量，冷却烟气，而此时高温的蓄热元件依次进入温度较低的左二次风仓、一次风仓和右二次风仓释放热量，给空气加热，最后释放完热量的蓄热元件再次回到烟气仓，完成一个完整的循环，从而达到空气预热器中烟气和空气换热的目的。空气预热器的工作原理如图1所示。空气预热器采用回转式空气预热器，受热面是由蓄热元件构成的，如图2所示，蓄热元件分为高温热段和低温段两层，所述述空气预热器的直径为15m，高度为2m。空气预热器最终划分的网格数为515700个。考虑预热器工作过程中一半为空气一半通过烟气，而目前的研究主要关注烟气部分(so3的浓度变化及abs的生成)，所以将预热器简化为一半进行计算。简化后的空气预热器结构如图3所示。43.首先比较预热器出口处的烟气温度以及进出口的温度差，结果如表1所示：44.表1[0045] 模拟结果现场实测结果预热器出口温度(k)416408预热器进出口温度差(℃)193201[0046]结果表明，模拟与实测的烟气出口温度差异较小，两者进出口温差的误差为4％。对预热器出口处so3浓度的模拟与实测值也进行了对比验证，结果如表2所示：[0047]表2[0048] 模拟结果现场实测结果预热器出口so3浓度(mg/m3)11.1211.6预热器so3脱除效率(％)39.5536.93[0049]结果表明，模拟与实测的so3浓度差异较小，两者误差为6.62％。通过上述对比可知，采用barracuda对预热器内so3脱除与abs生成过程的传热过程与化学反应进行模拟可以获得高精度的计算结果。[0050]空气预热器内烟气温度的变化对设备的稳定运行及abs生成有重要影响。所以对空预器内烟气温度分布进行研究具有重要意义。在高温段的烟气温度为600k以上，而在低温段的烟气温度降为500k以下，并且随着出口方向温度逐渐降低。这表明空气预热器内的烟气温度变化非常明显，高温段与低温段相间的位置烟气温度变化最剧烈，烟气温度发生较大的变化，可见换热板的作用对气体温度的影响较大。预热器内烟气温度的变化会影响酸性气体与水蒸气的反应速率，进而影响abs的生成速率。[0051]为了研究空气预热器内部烟气温度的分布以及不同气体组分的分布，所以在空气预热器内部选取了三个具有代表性位置的截面进行分析。由图4可知：烟气温度在预热器的高温段温度较高，低温段较低。由于高温段的换热板温度为609k，与烟气入口温度的618.15k相近，所以换热效果并不明显，此处的酸性气体基本不会结露。当烟气到达低温段时，温度骤降了200k左右，并且烟气温度沿着出口方向逐渐降低。在预热器中心处的温度降低幅度要大于在边缘处的温度降低幅度，由于预热器中心处的换热板间隙较小，布置较为密集，所以此处的温度降低明显。预热器中心的温度较低，边缘的温度较高，并且在换热板壁面处的温度较低，而在流通区域的温度较高。[0052]图5为预热器内烟气温度550k的等值面分布,即当烟气温度为550k时的三维分布。可以直观的发现预热器内的烟气温度分布并不均匀，而是以换热板为轮廓的分布形式，换热板壁面处的烟气温度通过换热作用先降到了550k，而流通区域的烟气温度继续运行一段距离才降到550k，由此推理在换热壁面处水蒸气更容易凝结。[0053]图6为预热器内烟气温度随纵向高度的分布。烟气温度在高温段与低温段相间的之处开始迅速降低，在低温段烟气温度下降最为明显，烟气到达预热器出口处温度趋于平稳。预热器进出口烟气温度之差约为184k，可见换热板对烟气的降温作用明显。[0054]烟气中的so3也是预热器内生成abs的反应物之一。图7显示了空气预热器内平均so3质量分数分布，其分布特点是在高温段so3浓度较高，而在低温段so3浓度较低。由图8也可以清晰的观察到so3浓度在预热器内的分布，由于预热器内布置了多片均匀布置的换热板，所以so3质量分数的分布呈现杂乱的锯齿状。图9为空气预热器内so3质量分数随纵向高度的分布。so3质量分数在高温段基本保持不变，而在低温段变化剧烈，表明低温段的so3被快速反应消耗。[0055]当锅炉工况改变时，进入空气预热器的烟气流量也会随之发生较大变化。烟气流量改变必然会影响空气预热器内so3脱除与abs的生成，所以在原有边界设置保持不变的情况下，使烟气入口的流量增加一倍(既烟气入口流量为2.6574kg/s)进行模拟计算。图10为烟气入口流量改变后空气预热器内烟气流量的三维空间分布。当烟气入口流量增加时，烟气通过换热器的停留时间缩短，烟气的热量会大量涌入预热器，这使预热器内大部分区域烟气温度较高，直至预热器出口区域烟气温度才有所降低。由图11可知，预热器纵向中心位置处的烟气温度居高不下，维持在600k左右。并且每个换热板间隙通过的烟气温度基本一致。[0056]图12显示了不同烟气入口流量下预热器内水蒸气分布，烟气流量改变前，预热器内的水蒸气含量在低温段迅速降低。而在流量改变后，预热器内的水蒸气含量较高，只有几个局部的点存在水蒸气含量降低的现象。烟气流量增加使得预热器内的水蒸气在发生凝结之前已经被排出。[0057]图13为不同烟气入口流量下预热器内so3分布。烟气入口流量的增加使so3在预热器内的消耗降低。图14为不同烟气入口流量下预热器内so3质量分数随纵向高度的分布，当烟气流量为1.3287kg/s时，预热器内的so3含量发生了较大的变化,而当烟气流量为2.6574kg/s时，预热器内的so3含量基本保持不变。这表明烟气流量的增加不利于so3的脱除。[0058]尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。









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