燃煤电厂SCR脱硝系统数值模拟研究进展

我国现役燃煤电厂完成超低排放改造后部分出现NO_x排放不达标的现象,为解决燃煤电厂该工程实际难题,对燃煤电厂SCR脱硝系统数值模拟研究现状进行了综述并开展了横向对比研究。结果表明:为进一步提高SCR脱硝系统数值模拟精确度,应采用非均匀的烟气入口边界条件和采用考虑基于灰层抑制的焦炭燃烧模型;导流板改造应加入对导流板厚度与烟道内烟气流动特性关系之间的考虑;喷氨系统及混合器改造是导致改造成本及引风机能耗较高的重要原因,对工程改造与改造后能耗增加的成本和节省催化剂成本间的对比研究是未来研究的热点。基于上述结论,提出了燃煤电厂SCR脱硝系统工程改造的技术路线,以期为工程实际提供理论指导及技术支撑。     

引入化学反应的600MW火电机组烟气SCR脱硝性能模拟

以600 MW火电机组现有SCR脱硝装置为研究对象,应用CFD软件完成建立模型、划分网格、选择数学模型、设置边界条件、模拟计算等工作,最终得出SCR脱硝系统流速分布及Cv值、压力损失、NH3分布及逃逸浓度等结果。结果表明:SCR脱硝系统流速分布均匀、偏差符合设计要求,NH3与烟气混合均匀,氨逃逸浓度低。     

浅析燃煤电厂SCR催化剂砷中毒对脱硝系统的影响

SCR催化剂砷中毒是燃煤电厂脱硝系统运行中常见的问题,通过对烟气中As来源和催化剂砷中毒机理的介绍,结合某燃煤电厂300MW机组实例进行分析,总结出SCR催化剂砷中毒对电厂脱硝系统和下游设备造成的影响,并给出了降低SCR催化剂砷中毒影响的建议。     

燃煤电厂机组负荷变化与SCR系统参数的相关性分析

燃煤电厂机组负荷的变化与选择性催化还原（SCR）系统的各类参数（温度、含氧量、NO_x、SO₂/SO₃转化率）联系紧密,各参数数值直接影响机组的运行。针对3组燃煤电厂的5种工况（30%、50%、70%、80%、100%）的现场实测数据,采用相关分析法,对各类参数进行相关性分析。结果表明:与机组负荷呈正相关的参数为烟气温度和SO₂/SO₃转化率;呈负相关的参数为烟气含氧量和SCR出口NO_x浓度,但与SCR入口处NO_x浓度没有显著相关性。该结果可为避免锅炉在中低负荷下出现NO_x超标现象提供参考。     

水泥炉窑中低温催化脱硝技术中试性能

利用中低温SCR脱硝技术路线对水泥窑炉进行深度脱硝,设计建设了烟气处理量为10000m³/h的SCR中试实验装置,考察了在SNCR装置后烟气中未能反应的NH₃进一步在SCR（selective catalytic reduction）装置的脱硝效果,并分析了不同入口NO_x浓度对脱硝率的影响.结果表明,所研究的水泥厂仅采用SNCR（selective non-catalytic reduction）和低氮燃烧技术,能够将烟气中的NO_x控制在100~135mg/Nm³,在不喷氨的状态下SCR系统的脱硝效率可达到50%以上,说明SNCR反应存在着一定懂得氨逃逸;在SCR系统补充喷射氨气后,SCR脱硝效率有显著的提升,可提到至80%以上.通过低氮燃烧、SNCR与SCR等脱硝技术的联合使用,可将水泥炉窑烟气中NO_x的排放浓度控制在50mg/Nm³以内,满足超低排放要求;将经过较长时间稳定运行后催化剂从系统中取出,进行成分、孔径分布和脱硝活性对比,结果表明催化剂内部微孔会被部分堵塞,导致比表面积降低,但经吹扫处理催化剂的脱硝效率可恢复,说明催化剂在水泥窑炉烟气条件下长期运行未出现中毒现象.     

超低排放下燃煤电厂氨排放特征

燃煤电厂采用SCR(选择性催化还原)脱硝过程消耗大量的氨,同时存在氨逃逸和氨排放问题.为了掌握超低排放燃煤机组的氨排放程度、脱硝氨逃逸情况以及各环保设施对氨的协同脱除能力,为燃煤电厂氨减排政策制定和氨减排技术研发提供支持.在京津冀大气污染传输通道城市中选取11个城市中的14台机组,采用例如DL/T 260—2012《燃煤电厂烟含脱硝装置性能验收试验规范》的标准方法用稀硫酸吸收烟气中的氨再结合分光光度测试方法,对环保设施多个位置的烟气中氨进行浓度测试.结果表明:①氨排放浓度介于0.05~3.27 mg/m3之间,平均约0.95 mg/m3,通过烟气排入大气中氨的浓度不高;②测试的14台机组中有7台机组(约50%)脱硝氨逃逸值高于设计值(2.28 mg/m3),说明脱硝氨逃逸超过设计值呈普遍现象,个别电厂脱硝氨逃逸严重,氨逃逸亟待解决;③环保设施对逃逸氨具有较好的协同脱除能力,平均脱除率约为64.86%.建议对于SCR脱硝氨逃逸严重的机组,对SCR出口烟道截面氮氧化物(NO_x)实施网格式测试,在此基础上实施精细化精准喷氨、优化流场、提高SCR脱硝运行水平(或采用专业化运维),从源头上减少氨耗量,降低系统能耗和氨排放.      

采用烟气旁路的燃煤机组脱硝系统变负荷过程的经济性分析

设置省煤器烟气旁路系统是提高燃煤机组脱硝系统入口烟气温度、实现全工况脱硝的有效途径。为分析燃煤机组频繁变负荷过程的脱硝经济性，本研究建立了某660 MW超超临界燃煤发电机组动态模型及SCR脱硝系统动态模型，研究了燃煤机组在50%～100%THA升负荷过程的尿素成本、NO_x排放环境成本和燃煤成本。结果表明：在变负荷过程中开启省煤器烟气旁路挡板时，燃煤成本的变化最大，总成本有一定的增加；在50%～75%THA升负荷过程中，烟气旁路挡板开度分别为5%和10%时，燃煤成本分别增加了600元和1 200元，尿素成本分别减少了442.48元和554.89元，而NO_x排放环境成本变化较小，仅为62.22元和63.19元；在75%～100%THA升负荷过程中，燃煤成本分别增加了1 800元和2 300元，而尿素成本和NO_x排放环境成本的变化量较小，因此不建议开启烟气旁路挡板。     

600 MW燃煤机组多变截面SCR脱硝系统流场及喷氨优化

流场均匀性对脱硝效率有重要影响,喷氨格栅(AIG)上游和催化剂入口标准速度偏差是衡量流场均匀性的重要指标。采用FLUENT6.3软件对某600 MW超临界燃煤机组的SCR烟气脱硝系统内流场进行数值模拟,主要针对空塔布置时,在烟道多变截面和弯头处出现的流场充满度差、低速三角区、高速冲刷区和低速回流区进行优化。模拟结果显示,采用不同倾角的"直板"、"圆弧"型、"平直—圆弧—平直"型和"圆弧—平直"型导流板可以有效抑制烟道弯头处烟气速度分离的现象。将AIG上游标准速度偏差从空塔时的58.60%降低到9.43%,催化剂入口速度偏差从空塔时的86.31%降到8.60%。提高了NH_3与烟气的混合效果,氨氮摩尔比维持0.81左右,脱硝效率从69.76%提高到92.37%,NH3逃逸率由1.9×10~(-5)降低到2.9×10~(-6)。     

燃煤电厂SCR烟气脱硝设计的影响因素分析

选择性催化还原脱硝法(SCR)是当前世界上主流的烟气脱硝技术工艺,具有脱硝效率高、成熟可靠、应用广泛、经济合理和适应性强等特点。本文就影响燃煤电厂SCR烟气脱硝设计的几个主要因素如入口NOx浓度、还原剂和催化剂形式及其布置方式进行了分析与讨论,并指出各燃煤电厂在进行SCR烟气脱硝设计时应结合自身烟气条件、煤质资料及其当地环境保护法律法规等合理选择烟气参数,以保证SCR系统运行的安全性和经济性。     

燃煤电厂和钢铁厂烧结烟气有色烟羽排放特征与管控建议

超低排放改造后,电力和钢铁行业常规大气污染物排放量大幅削减,非常规污染物及有色烟羽问题逐步引起关注,视觉污染及“脱白”问题一时成为讨论的焦点。基于国内外相关标准方法,对3家燃煤电厂和2家钢铁厂烧结机机头烟气总排口处的SO₃、NH₃、可过滤颗粒物(FPM)和可凝结颗粒物(CPM)的排放水平进行测试,评估超低排放实施效果和有色烟羽治理的可行性。结果表明,3家燃煤电厂和2家钢铁厂烧结烟气SO₃、NH₃和FPM的排放浓度分别为0.11～1.61,0.02～1.66,0.81～5.76 mg/Nm³,均处于较低水平,其中FPM排放浓度均能够满足超低排放要求,实施烟气“脱白”改造后SO₃和NH₃排放浓度与同行业相比均有显著下降,但减排效果较为有限。3家燃煤电厂和2家钢铁厂烧结烟气中CPM排放浓度分别为3.39～4.82,26.6～29.1 mg/Nm³,其中钢铁厂CPM排放浓度处于较高水平,约为颗粒物超低排放限值的3倍,CP...     

O3-NH3协同活性焦脱硫脱硝的均相预反应特性研究

为进一步提高活性焦脱硫脱硝性能,提出臭氧（O₃）预氧化协同喷氨（NH₃）的工艺优化思路.通过在固定床上开展相关均相反应实验,研究外部引入的O₃、NH₃对NO_x、SO₂的反应特性.结果表明,O₃对NO的氧化反应为逐级过程,随着O₃/NO物质的量比增大,O₃将NO依次氧化为NO₂和N₂O₅.O₃对SO₂的均相氧化作用十分有限,O₃/SO₂=1时SO₂氧化率低于5.0%.在O₃预氧化条件下喷入NH₃后,O₃/NH₃=1时约有6.7%的O₃消耗量;当O₃/NO=1时,预氧化产物NO₂含量显著下降,同时NO排放浓度小幅上升;当O₃/NO=1.5时,NO_x排放水平与未喷入NH₃条件时相当.在O₃和NH₃协同作用下,SO₂的氧化率显著提高,推测此时脱硫反应产物为更加稳定的NH₄HSO₄或（NH₄）₂SO₄.O₃-NH₃协同脱硫脱硝反应中,O₃/NO不超过1时,NH₃-NO₂和NH₃-SO₂反应同时发生,提高NH₃引入量能够同时提高脱硫率和脱硝率.O₃/NO > 1时,NH₃-N₂O₅反应优先级最高,N₂O₅对NH₃的消耗抑制了NH₃-SO₂脱硫反应发生.仅运用O₃预氧化和NH₃协同作用方式的脱硫脱硝效率较为有限,但对烧结烟气中氮、硫污染物的形态的改变产生重要影响.     

切圆喷雾式湿法脱硫塔内流场数值模拟及优化分析

烟气湿法脱硫塔内流场的分布直接影响脱硫效率。对一种在喷淋塔内增设脱硫剂旋流雾化层的流场再造脱硫反应方法进行优化,以Fluent软件为平台,通过改变旋流雾化层喷嘴的布置角度、数量以及浆液喷出的速度等参数,对不同工况下脱硫塔塔内烟气流动状况进行了三维数值模拟与分析。研究结果表明:旋流雾化层的直径比d/D为0.6左右,至少设置8个喷嘴才可形成稳定的螺旋场,浆液从喷嘴喷出的速度在15~20 m/s时有利于塔内烟气处于最佳脱硫速率。此结果对大型锅炉的烟气脱硫塔的改造具有参考作用。     

尿素/KMnO4湿法烟气脱硫脱氮的试验研究

采用尿素和KMnO₄配制成的吸收液,在填有金属鲍尔环的柱式喷淋吸收反应器中,对模拟烟气进行湿法烟气同时脱硫脱氮研究.结果表明:采用尿素和KMn0₄配制成的吸收液可以高效地脱除模拟烟气中的SO₂和NO_x,脱硫脱氮率平均分别达到99.6%和62.5%;反应吸收液中主要含有因吸收NOx和SO₂而生成的NO₃-,NO₂-,NH₄+和SO₄2-等离子;NO₃-,NO₂-和NH₄+的生成曲线及尿素的消耗曲线均为线性,其速率常数分别为0.009 1,0.0074,0.091 6和0.950 8 mmol/(L·min).吸收反应为零级反应.      

炼焦过程及周边环境颗粒物中水溶性无机离子特征

为明确炼焦过程排放颗粒物及周边环境颗粒物中水溶性无机离子的污染特征,于2012年5月利用改良的标准大体积总悬浮颗粒采样器采集燃烧室废气烟囱排放、焦炉顶无组织排放及焦炉周边环境空气TSP（total suspended particulates,总悬浮颗粒物）样品,使用Staplex234大流量采样器采集焦炉顶无组织排放及焦炉周边环境空气PM_1.4样品,采用ICS-90离子色谱仪测试样品中SO₄2-、NH₄+、Ca2+、Cl-、NO₃-、F-、Mg2+、K+、Na+共9种水溶性无机离子.结果表明:SO₄2-为炼焦过程排放的特征离子.炼焦过程燃烧室废气烟囱排放的TSP中总水溶性无机离子质量浓度最高,为（5 493±901）μg/m3;其次为焦炉顶无组织排放的TSP,其总水溶性无机离子质量浓度为（902±222）μg/m3;焦炉周边环境空气的TSP中总水溶性无机离子质量浓度最低,为（712±288）μg/m3.SO₄2-为燃烧室废气烟囱排放TSP与燃煤锅炉烟气排放颗粒物中共有的主要特征离子,但与燃煤锅炉烟气相比,燃烧室废气烟囱排放的w（SO₄2-）略低,w（F-）则相反.NH₄+较易富集于焦炉顶无组织排放的细颗粒物中,而SO₄2-则较易富集于粗颗粒物中.研究显示,炼焦过程及焦炉周边环境空气颗粒物中9种水溶性无机离子分布特征不同,SO₄2-是燃烧室废气烟囱排放、焦炉顶无组织排放的TSP中质量浓度最高的水溶性无机离子.      

氮肥企业退役地块氨氮污染及其风险研究

基于氮肥企业退役地块土壤、地下水、土壤气和室内空气中氨氮的实测数据,分析了氨氮在各地块中的污染水平和分布特征,评估了氨氮污染的人体健康风险,分析了氨挥发造成的刺激性异味风险和对室内空气质量的影响,及氨氮迁移转化对附近地表水和下游地下水水质的污染风险.分析发现,4个地块中土壤和地下水氨氮含量均表现较强的变异性,土壤中氨氮最高浓度分别高达12700.00,2420.00,2920.00,2370.00mg/kg,地下水中氨氮最高值分别高达7550.00,5100.00,847.00,3760.00mg/L.在平面分布上,4个地块中土壤和地下水较高浓度氨氮均主要分布在生产区和污水处理区,在垂向分布上4个地块间存在差异,氮肥厂I的土壤以黏土为主,多数点位氨氮含量随深度增加而递减,氮肥厂II、III和IV的土壤以粉土/粉砂或粉土夹粉黏为主,氨氮含量总体呈现随深度增加而增加的趋势.4个地块中,仅氮肥厂I在最保守条件下土壤中氨氮的最高危害熵(1.54)略超可接受风险水平(1.0).氮肥厂II和IV的土壤气和室内空气中检出氨浓度范围分别为≤ 9.88mg/m³和≤ 0.18mg/m³,对室内空气质量未产生不利影响.氮肥厂I和II紧邻河流监测井中的氨氮浓度超《地表水环境质量标准》中IV类(1.5mg/L)标准1.05~409.33倍,氮肥厂III和IV污染区地下水中氨氮浓度在至少4次监测结果中有轻微降低,且在下游监测井中发现硝态氮的积累.分析结果表明,4个地块在现状条件下土壤和地下水氨氮污染的人体健康风险较低,对室内空气质量影响较小.但地块地下水中氨氮是附近地表水和下游地下水环境的长期污染源,氨氮转化的硝态氮更易向下游迁移.建议今后处理氮肥企业退役地块氨氮污染时将其对地表水和下游地下水环境的污染风险纳入考虑.     

半干半湿法烟气脱硫塔流场分析

利用计算流体力学的方法对半干半湿法烟气脱硫塔内部流场进行研究,通过对塔体内部设备的优化,增加脱硫剂与SO₂接触的几率,提高脱硫塔反应效率.在分析脱硫塔内多相流体的流动的基础上,建立k-ε湍流方程模型,分析了塔体内部对流场以及与脱硫效率的影响,研究结果表明,脱硫塔的内部结构对于流场分布起决定性作用,烟气分布器有助于控制脱硫化学反应,对进一步提高半干半湿法烟气脱硫效率非常重要.      

硼铁合金烟气净化喷淋塔气液两相流数值模拟

基于计算流体力学(CFD)技术,采用fluent软件平台,针对某硼铁合金厂烟气处理系统中现有设计参数及操作条件下喷淋塔内部流场进行了三维数值模拟分析,对有无喷淋条件下的烟气流场分布进行了对比,另外还分析了喷淋压力,烟气进口速度,以及液滴分布对气液流场分布的影响。较高的喷淋压力和较低的烟气速度有利于气液两相间的传质,液滴的分布也影响着气液两相的传质效率。     

生物质再燃脱硝及其同相还原反应特性

利用固定床反应器研究了稻壳、木屑和玉米秸3种生物质在不同工况〔再燃温度、φ(O₂)〕下的再燃脱硝效率,同时考察了再燃区出口处CO、H₂、碳氢类物质(主要是CH₄)、HCN和NH₃的体积分数随工况的变化规律. 结果表明:生物质类型对再燃脱硝效率有很大影响,木屑再燃脱硝效率最大值达57.0%±2.1%,高于稻壳(50.0%±1.5%)和玉米秸(51.0%±1.1%). 在再燃过程中,生物质产生的热解气能够增强还原性气氛,从而提高再燃脱硝效率,当烟气中φ(O₂)为0%～1%时,再燃脱硝效率较高. 在还原性气氛(800～1 200 ℃)下,3种生物质再燃脱硝效率差异主要来自生物质不同热解气与NO的同相反应. 其中,碳氢类物质对NO的还原起到了关键作用,而CO和H₂所起作用并不大,φ(HCN)与φ(NH₃)之和反映了气相中NO向N₂的转化趋势. 因此,深入了解生物质热解气对其再燃脱硝效率的影响机制有益于燃料再燃脱硝效率的提高.      

静态旋流强化湿法烟气脱硫研究进展

静态旋流作为湿法烟气脱硫中一种强化传质的方式,对其发展现状与趋势展开研究。分析了旋流吸收器的内部气相速度场以及强化传质的过程原理,综合比较了各类气液接触的脱硫方式、脱硫剂的特征,确定了在运行范围内脱硫剂浓度、气液流速、SO₂浓度等操作参数对于脱硫效率η和气相总体积传质系数K_ga的影响及其机理,剖析了利用传质理论进行旋流吸收的研究及发展,介绍了旋流脱硫的工业应用。结果表明:静态旋流有助于脱硫传质过程的强化,在工况范围内,吸收液浓度、气液流速的增加,提高了η和K_ga,但随着SO₂浓度的增加,η及K_ga略有下降,分别最高下降7.1%和0.75 s-1,总工况范围内η和K_ga分别为68.58%~97.63%和5.08~8.46 s-1。研究结果可对基于旋流强化的工业烟气脱硫提供参考。