基于CFD模拟方法的SCR系统喷氨优化研究

该文基于计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)数值模拟方法研究了SCR脱硝系统喷氨方式对首层催化剂入口截面内速度/浓度分布特性的影响规律。数值模拟结果显示,对于该文所涉空间分布不对称的分区控制式喷射格栅,在保证各喷氨子单元喷氨量与其所控制烟道截面积良好匹配的前提下,采用非均匀喷氨的优化方案可显著改善首层催化剂入口截面内的浓度分布均匀性,优化前后截面内浓度分布偏差最大可降低20%以上,但其改善截面内速度分布均匀性的作用较弱。此外,该文认为截面内的速度/浓度分布均匀性受锅炉负荷波动的影响较小,其更多的取决于喷氨系统的运行方式及系统自身结构。     

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。     

基于线性控制的SCR脱硝分区喷氨工业性试验

为了分析SCR脱硝分区喷氨技术的应用效果,采用1 000 MW、750 MW、500 MW三种工况的分区喷氨脱硝装置进行工业性试验。结果表明:A侧反应器和B侧反应器出口NOx相对标准偏差≤19.7%,氨逃逸率小于2.28 mg/m3(标态、干基、6%O2),出口NOx排放浓度小时均值小于50 mg/m3(标态、干基、6%O2);在锅炉燃烧较为稳定的情况下,基于出口NOx浓度场线性反馈控制的分区喷氨技术可以实现SCR出口全截面NOx浓度的均匀分布。     

基于CFD的SCR脱硝装置内构件的优化设计研究

导流板、整流格栅、喷氨格栅等内构件的型式和布置是保证SCR系统脱硝性能的关键。以CFD数值试验为手段,得出了一典型SCR系统内部导流板、整流格栅和喷氨格栅的优化设计方案,证明了分步优化SCR系统内构件的可行性,得出了SCR系统内构件设置的一些规律。     

基于响应面法SCR脱硝反应器喷氨格栅的优化研究

利用计算流体动力学（CFD）方法,采用k-e湍流模型和组分运输模型对SCR脱硝反应器的氨浓度场进行了数值模拟,并通过实验验证了反应器内氨浓度场数值模拟的准确性,同时,基于响应面法研究了喷氨格栅各结构参数和系统运行参数对SCR脱硝反应器内氨浓度场的影响.结果表明,喷口密度N,开孔率ψ,喷口角度α及入口风速v对氨浓度分布均匀性都存在着一定影响,其中影响的显著性为N>α>v>ψ.而且存在着一组最优的喷氨格栅结构参数和最佳的系统运行参数能够使SCR脱硝反应器内的氨浓度分布不均匀系数达到最优值.在本文研究的参数范围内,喷氨格栅最优的结构参数分别是：r=8个、d=57mm、α=90°,系统最佳的运行参数为v=8.17m/s,此时氨浓度分布不均匀系数为0.0151.     

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.      

催化裂化烟气脱除NOx的选择性催化还原技术

催化裂化 ( FCC)是炼油厂中排放的最大污染源 ,排放的 NOx占炼厂的一半。选择性催化还原( SCR)是脱除 FCC装置烟气中 NOx的高效技术。通过由均一材料挤压制成的流通式蜂窝状催化剂除去 NOx,只需在 SCR上游喷入 NH3,无需外加动力 ,无污水产生 ,适用于宽范围的烟气温度。控制 FCC再生器烟气的 NOx排放的选择性催化还原 ( SCR)技术 :在氧化催化剂作用下 ,NH3与NOx反应生成氮气与水蒸汽。常用的催化剂是五氧化二钒 /二氧化钛 ,也可用分散在载体上的铂或钯贵金属催化剂或分子筛催化剂。 NH3可由无水氨、氨水或尿素提供 ,典型的 NH…     

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.     

一种SCR脱硝装置喷氨混合系统的结构优化设计

氮氧化合物是主要的大气污染物之一,已经成为我国大气污染控制的重点。SCR(selective catalytic reduction)烟气脱硝技术因其脱硝效率高、运行稳定而成为目前应用最为广泛的烟气脱硝技术。当前SCR烟气脱硝工程存在的主要问题之一是氨气的逃逸率过高,喷氨混合系统的混合强度和均匀度是影响氨气逃逸率的重要因素。针对该问题采用计算流体动力学的方法优化设计了一种SCR脱硝装置喷氨混合系统,采用该种喷氨混合系统可以有效提高氨气与烟气在催化剂表面的混合均匀度,使氨气与烟气中的氮氧化物在催化剂表面充分反应,有效降低氨气逃逸率,同时降低SCR脱硝工程成本。     

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)。     

CFD模拟对SCR系统流场及性能的优化

某660 MW电厂SCR系统烟道布置特殊,系统投运后出现了大范围积灰和氨逃逸过高的情况,采用CFD模拟验证对系统流场进行全面诊断,发现是导流装置设计不合理造成的。进一步通过CFD模拟优化提出导流板优化改造方案,对喷氨格栅和第1层催化剂上游的导流板布置进行了优化设计。优化方案使整个系统的流场分布更加均匀,消除了低流速涡流区,氨氮比分布也更加均匀,使系统运行更加稳定。大大改善了原有积灰及氨逃逸的问题,改造后在NOx达标排放的前提下,喷氨量比改造前降低了10%。     

以MnOx/TiO2作为催化剂的低温SCR反应过程中还原剂NH3的作用

研究了在以MnOx/TiO2作为催化剂的低温SCR反应过程中,还原剂NH3所起的作用.当系统中NH3浓度较低时,增加气相中NH3的浓度可以大幅度提高NO的去除率.但当系统中NH3浓度较高时,NO去除率基本不随NH3浓度变化而变化.并且瞬态研究中,NH3对NO去除率的影响较为复杂.为了探明NH3在SCR反应中的作用,用原位傅立叶红外检测了各个反应历程中NH3在催化剂表面形成的基团变化及其活性特征.结果表明,在SCR反应过程中,在催化剂表面形成的配位态的NH3是参与反应的主要物质.并且在催化剂表面,此种NH3会与NO生成的硝酸盐形成竞争吸附,当催化剂活性点首先被硝酸盐占领时,将会影响配位态NH3的生成,从而在一定程度上降低了NO的转化率.     

生物质锅炉SCR系统内烟气流场模拟与优化

基于CFD仿真分析技术,对生物质锅炉SCR系统内烟气流场进行了数值模拟研究。通过优化设计,得到最终优化方案,并对优化前后方案进行了对比分析。研究发现,合理地设计导流板和整流格栅结构,能够有利地改善第一层催化剂上游流场和浓度场。在满足脱硝效率和氨逃逸率前提下,大大降低了烟气对催化剂层的冲刷,保证催化剂的使用寿命。     

导流板对脱硝反应器运行的影响分析

在SCR脱硝系统中,流场均匀性的研究主要是通过计算流体动力学CFD与冷态试验模拟相结合的手段来进行,通过加设导流板对流场进行优化,从而为SCR工程设计提供最优流场建议。本文对多个SCR工程的现场安装和运行情况进行跟踪检查,监测出口NOx浓度和氨逃逸率,观察催化剂磨损情况和导流板积灰、变形现象,从多角度考察导流板的优化效果。     

燃煤锅炉的选择性催化还原烟气脱硝技术探讨

烟气脱硝是目前世界上最为常见的减少NO_x排放的方法,而燃煤锅炉的选择性催化还原烟气脱硝技术(SCR)的应用更为广泛。本文就从催化剂设计、喷氨量控制、实际应用案例三个方面入手,针对燃煤锅炉的选择性催化还原烟气脱硝技术展开实际的探讨。     

自适应模糊方法在烟气脱硝喷氨量控制系统中的应用

SCR烟气脱硝系统中喷氨量是一个重要的控制参数,它不仅影响了脱硝效率,过量时,还会产生二次污染,危及下游设备。电厂运行中,锅炉负荷不断变动,传统PID很难实现喷氨量的最佳控制。应用自适应模糊控制策略对喷氨量进行了控制,并对控制系统进行了仿真试验。结果表明:相对于传统的PID控制器,尿素溶液流量自适应模糊控制器的性能更佳,系统的动态响应较快且超调极小,即满足了工艺要求又降低了能耗。     

乙烯裂解炉烟气SCR脱硝工艺研究与应用

通过建立乙烯裂解炉及SCR脱硝反应器CFD流场模拟计算模型,完成了上流式一体化脱硝反应器及低压降喷氨内构件开发。工业运行结果表明,在空速5 300 h-1的条件下,烟气中NOx可由109～148 mg/m~3降低至40 mg/m~3以下(最低10 mg/m~3以下,脱硝效率 93%以上),整个脱硝系统压降小于300 Pa,氨逃逸未检出,乙烯裂解炉及脱硝反应器运行稳定,对乙烯裂解炉未造成影响。排放烟气中的NOx不但满足现行标准,也为将来更严格标准预留了空间。     

全尺寸SCR烟气脱硝评价系统的研发

全尺寸SCR烟气脱硝评价系统是以天然气燃烧尾气为基础模拟实际工程的烟气条件,相比电加热升温更加贴近工况条件;利用NH_3催化氧化实现了NO气体的供给,大幅度降低了运行成本;整套系统可实现烟气温度、风量、污染物浓度可调。实验结果表明:空速、NO浓度和系统温度波动较小,长时间稳定运行,且SO_2浓度的改变可以敏感地反映到脱硝效率上,因此适合对全尺寸蜂窝SCR催化剂进行活性评价,研究工业催化剂运行过程中遇到的各种问题。     

天然气燃烧器的低氮优化及数值模拟

近年来，天然气低氮燃烧技术层出不穷，然而单一低氮技术的控制效果始终有限。为实现天然气清洁燃烧和低氮排放，设计了一种集分级燃烧、旋流燃烧和烟气再循环等低氮技术于一体的新型低氮燃烧器，以降低燃烧过程中氮氧化物的生成和排放。建立了功率14 MW的燃烧器模型并对其进行数值模拟计算，分析了不同燃烧器结构和运行参数下燃烧器出口附近温度场、速度场以及氮氧化物(NO)浓度场，探究了混合气体旋流强度和二次风出口速度等因素对低氮燃烧性能的影响，优化该燃烧器的结构和运行参数使其达到最佳低氮性能。结果表明：优化前的燃烧器可使燃气在出口截面分布均匀并与空气充分混合，出口截面NO质量浓度已经低于30 mg·m^-3的低氮排放标准；燃气支管数量优化为8根时，高温区的集中度和氮氧化物的排放量最低，出口截面NO质量浓度低至7.61 mg·m^-3;一次风和燃气混合气体旋流强度S₀优化为0.6时，出口截面NO质量浓度低至5.04 mg·m^-3,S₀越大，产生的旋流效果越好，炉膛内的烟气内循环效应越明显；二次风出口速度...     

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。