脱硝系统烟气流场的性能与优化

选择性催化还原(SCR)系统均匀喷氨后,空气预热器易出现堵塞,并且出口在线检测位置不具代表性。为此,根据国内典型SCR系统建立等尺寸的物理结构模型,利用计算流体力学(CFD)技术对烟道与装置内烟气分布、烟气与NH3的混合、压降分布及其原因进行分析,并对导流板的结构进行优化。同时,通过与现场实测入口速度、压降值的对比,论证了数值模型的准确性。结果表明,烟道缩放区域导流板促使烟气均匀分布的同时也使烟气产生倾斜的流动惯性,这使得喷氨格栅(AIG)区域的速度偏差过大,导致了烟气与NH3混和的不均匀,是氨逃逸率高与出口NOx不均匀的首要原因;优化的导流板结构消除了烟气倾斜的流动惯性,进一步促进了AIG区域与催化剂上层烟气的均匀分布以及烟气与NH3的均匀性混合。     

基于SCR反应器NO_x均匀度测试的脱硝系统超低排放改造

以东北地区某350 MW火电机组为研究对象,对其超低排放改造后的脱硝系统择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)反应器进行性能测试,利用所获数据绘制等高线图和折线图,研究并分析了SCR反应器出、入口烟气流场和NO_x浓度场的分布特性。结果显示,脱硝系统平均效率为97.37%,SCR反应器出口NO_x平均浓度为13.31 mg·m~(-3),均达设计要求(脱硝效率≥91.1%,出口浓度≤40mg·m~(-3)),总体脱硝性能表现良好。结果表明:入口NO_x均匀度较好;甲、乙侧反应器出口烟道NO_x浓度的离散度分别为31.49%、56.90%,高于设计值(≤15%),出口NO_x分布不均匀。技术改造使得该机组SCR反应器出口NO_x浓度满足了超低排放限值的要求(≤50 mg·m~(-3)),却在喷氨优化调整、喷氨格栅清理以及催化剂压差控制等方面存在不足。在增加新催化剂层的基础上,对于催化剂层结构疏通、喷氨自动控制、烟气流场的校核与改造等方面仍有提升的空间。     

SCR脱硝超低排放工程改造流场优化

采用CFD数值模拟方法对某电厂400 MW机组烟气脱硝装置流场进行了诊断,分析了导致效率低、烟道积灰以及空预器磨损等问题的具体原因,之后对此脱硝装置流场进行优化。优化结果表明:在省煤器出口水平扩张段烟道增设导流板,消除了该区域的大范围涡流,有利于减轻烟道积灰,并使喷氨区域烟气速度分布均匀;将喷氨混合装置改成喷氨格栅+圆盘混合器型式,强化了氨氮混合,使首层催化剂入口氨浓度分布均匀性得到显著改善,有利于提高脱硝效率、降低氨逃逸率;在空预器上游烟道增设导流装置,提高了空预器烟气速度分布均匀性,有利于解决空预器磨损问题。通过流场优化后,提高了此脱硝装置脱硝效率,减轻和消除了烟道积灰及空预器磨损。     

大型燃煤机组SCR脱硝系统优化

江西某电厂660 MW燃煤机组SCR系统氨逃逸严重,催化剂层老化迅速,空预器运行短时间内会堵塞。为了改善SCR系统氨逃逸问题和机组运行可靠性,通过数值模拟的方法,结合物理模型速度场冷态实验及现场NO_x浓度测试结果,建立脱硝系统三维模型,模拟了不同圆盘导流板安装角度及不同喷氨方案下SCR系统流场分布。对模拟结果进行对比和分析,提出适当调大圆盘导流板倾角和合理差异化调整各喷口喷氨参数的优化方案,使第一层催化剂层入口处NH_3浓度、NO_x浓度和NH_3/NO_x分布都能很好地满足设计和运行要求,为大型燃煤机组SCR脱硝系统的优化调整和运行提供参考。     

负荷随动烟气选择性催化还原脱硝控制策略优化研究及工程应用

为实现对锅炉负荷随动时喷氨量自动控制的优化,减少选择性催化还原(SCR)系统尿素过量使用和避免氨逃逸,以尿素热解喷氨系统为研究对象,采用模糊算法和前馈反馈控制方法,以NO_x浓度、锅炉负荷以及氨逃逸为控制参数,提出尿素热解控制的优化方案,实现对SCR出口NOx浓度的自动控制。在实际工程项目中应用该控制策略对喷氨量进行控制,结果表明,在锅炉负荷变动较大时能够实现出口NO_x稳定达标排放,氨逃逸小于2.5mg/m~3。     

SCR脱硝在燃煤电厂超低排放中的适用性分析

通过流场模拟、化学动力学计算、并结合物理实验,全过程研究SCR反应器内烟气组分的动量/能量/质量传递及脱硝还原反应,计算在不同入口NO_x浓度下SCR出口NO_x和氨逃逸的排放量及空间分布,确定SCR在NO_x超低排放要求下的适用范围。研究结果表明,为实现NO_x50 mg·Nm~(-3)并同时满足NH_32.28 mg·Nm~(-3)的要求,2层SCR催化剂可处理的入口烟气NO浓度上限为240 mg·Nm~(-3),而3层SCR催化剂则可对NO浓度380 mg·Nm~(-3)的烟气实施超低排放治理,为合理选择SCR超低排放设计方案提供了数据支撑。     

SCR脱硝系统分区控制式喷氨格栅的优化

安徽芜湖电厂2~#炉喷氨格栅采用分区控制式喷射技术。由于格栅阀门开度、浓度场、速度场三者之间耦合较差,导致反应器出口烟道NH_3/NO_x分布极不均匀,实测NO_x最大偏差达74.7 mg·m~(-3),NH_3逃逸率最高达11.4μL·L~(-1),下游空气预热器安全运行受到严重影响。基于全区域NH_3/NO_x等摩尔比理念,并综合考虑该反应器入口的浓度场和速度场状况进行喷氨格栅优化。调整后,在660、500、330 MW3种典型工况下,NO_x浓度最大偏差分别降至5.8、10.3、11.8 mg·m~(-3),NH_3逃逸率由调前的4.64μL·L~(-1)分别降至调后的2.67、3.03、2.14μL·L~(-1)。系统总效率基本不变,但效率峰谷差异下降明显。     

基于非均匀入口条件SCR系统气固相组分的分布特性优化

采用实际工程中复杂的非均匀入口边界条件,对SCR系统气固两相流动特性及其优化进行了数值模拟。对烟道混合器下游截面上各测点处NO浓度进行实验测试,与数值模拟计算的NO浓度结果保持基本一致,模拟计算获得了SCR反应器入口导流板布置数量、倾角以及导流板间距的最优方案,催化剂首层入口截面烟气流速偏差系数Cx从18.13%降至12.38%。烟气中飞灰颗粒在反应器首层催化剂入口断面上呈现分布不均匀分布的特性,弯道C处无导流板时,截面中间区域的粉尘浓度一般在0.035 kg·m-3,最高值可达0.068 kg·m-3,弯道C加装导流板后首层催化剂入口烟道断面飞灰浓度不均匀偏差系数值由原有结构的34.21%降为26.18%,表明导流板结构有助于飞灰浓度均匀性分布。数值计算模型符合工程实际,具有很好的可靠性和实用性。     

SCR脱硝系统烟道内流场优化

为了改善选择性催化还原法(SCR)催化剂上游烟气的流场、温度场和浓度场分布,基于CFD仿真分析技术,建立了整个脱硝系统三维模型,并通过优化导流板及整流格栅,使得速度标准偏差、浓度标准偏差、温度偏差、速度偏转角以及压降等性能指标都满足设计要求,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。最后,为了合理布置吹灰器,对优化结构下粉尘颗粒在烟道内的运动情况进行了仿真分析研究,为设计提供了依据。     

中国燃煤电厂汞达标排放分析

通过对中国16家燃煤电厂32台机组的汞排放浓度开展手工监测和自动监测,分析得出:基于手工监测和自动监测的汞排放质量浓度分别为0.13~14.19、1.50~12.30μg/m3,平均值分别为4.83、5.08μg/m3。依照《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223—2011),所有机组均达标排放;依照美国《汞和有毒气体排放标准》(MATS),手工监测和自动监测的数据显示,分别有66.7%、77.4%的机组汞排放超标。汞的排放浓度与煤种及煤中汞、碳含量存在关联。超低排放改造技术中,选择性催化还原(SCR)脱硝技术有助于烟气中汞的去除。     

活性焦联合脱硫脱硝脱汞塔入口气流均布与喷氨优化

某新建活性焦联合脱硫脱硝脱汞反应塔在试运行过程中运行阻力大,且脱硫脱硝效率较低。为提升反应塔的性能,以原设备为几何模型,采用CFD方法进行模拟优化。针对影响设备压降和脱硫性能的入口气流均匀性问题,模拟对比了4种导流板方案,考察板间距和圆弧板半径对气流均布的影响。同时为提高喷氨均匀性,结合烟气在过渡气室的流动情况提出了2种喷氨格栅加密方案。模拟结果表明:板间距和圆弧板半径都相同的导流板方案均布气流的效果最好,烟气在活性焦脱硫层的气流均匀性提升了11.48%,同时设备的压降降低了451 Pa。合理的喷氨格栅加密方案使氨气分布均匀性提升了34.88%。反应塔的压降模拟结果与现场实测数据吻合较好,模拟结果对设备的优化设计和实际运行有指导作用。     

中国固定式燃气内燃机环境管理的形势、问题和对策

固定式燃气内燃机是实现碳减排富有成效的技术方案之一,但其相应的环境管理略滞后,应尽快制定固定式燃气内燃机排放标准,且在环境管理体系中明确固定式燃气内燃机“非正常情况”下的达标判定依据。典型机组在线监测结果显示,监测期间NO_x排放小时质量浓度介于0～305 mg/m³;NO_x与CO均出现不同程度的排放超标现象,超标小时数分别为61、4 h,分别占有效小时数的9.8%、0.6%;NH₃质量浓度为0.94 mg/m³,排放达标。结果表明,选择性催化还原技术(SCR)系统与生产设备不同步投运是造成内燃机启动、停机阶段NO_x超标的主要原因;SCR催化剂老化是正常运行时段NO_x排放超标的主要原因。通过优化SCR系统停机控制调整逻辑、增加SCR催化床层厚度有望解决以上两个原因引起的NO_x超标问题。“调峰模式”“调负荷不停机”两种运行情景的NO_x日排放量分别为9.5、11.4 kg,前者环境效益明显。研究结...     

水泥厂氨排放标准存在的问题及氨排放控制

为控制水泥脱硝工程产生的氨排放问题,中国发布《水泥工业大气污染物排放标准》(GB 4915—2013)对水泥企业氨排放限值提出明确要求。但水泥脱硝设施同步配套的氨在线检测仪记录数据表明,多数水泥厂脱硝后的氨排放浓度远超过标准限值。为此,对照火电厂相关标准和技术规范,指出了水泥工业氨排放标准和技术规范文件中存在的问题。结合实际检测数据和国外相关文献,确认水泥工业存在"本底氨"排放,水泥原料、协同处理废弃物、生产工况变化是导致本底氨排放的主要原因。选择性非催化还原(SNCR)脱硝设施产生的氨逃逸将增加氨排放浓度,反应温度窗口、停留时间、氨/氮摩尔比(NSR)、喷射方案等均会影响氨逃逸浓度。优化水泥生产工艺、SNCR脱硝工艺或配套选择性催化还原(SCR)脱硝系统等方式可有效控制水泥厂本底氨及氨逃逸。     

柴油机SCR系统还原剂喷量自适应控制研究

针对柴油机尾气排放问题,建立了描述选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)系统催化器动态特性的微分方程,并给出了简化后的数学模型。提出了利用原机NOx排放量标定催化器下游NH3浓度期望值的方法,并以下游NH3浓度作为控制目标设计了还原剂喷量前馈控制器。为改善系统的控制精度,设计了自适应PID控制器,通过实时监测发动机的工况参数自动切换控制器模式,有助于减轻NH3泄露造成的"二次污染"。仿真结果表明,前馈控制策略和自适应控制策略都能有效提高NOx的转换效率;但与前馈控制相比,自适应闭环控制能够在不影响NOx转换效率的前提下有效地降低NH3滑失。     

300MW燃煤锅炉机组超细颗粒聚并器的实验研究

为了解决燃煤锅炉烟气中超细颗粒难以脱除的问题,基于流体动力学原理设计了一种超细颗粒聚并器,并在300 MW燃煤锅炉机组电除尘器的前置烟道中进行了实验研究。结果表明,聚并器内部存在超细颗粒之间以及超细颗粒与大颗粒之间的相互聚集行为,从而使超细颗粒数量显著减少。例如,对于粒径在2.65和10.48μm以下的颗粒,其体积比例在聚并器出口分别减少了56.7%和62.3%,在电除尘器出口的粉尘浓度减少了26.34 mg/Nm3,这表明,基于流体动力学原理的聚并器对超细颗粒的聚并作用明显,具有良好的应用前景。     

氨法脱硫工艺硫酸铵颗粒生成与排放的影响因素分析

针对氨法脱硫工艺实践过程中出口硫酸铵颗粒物浓度高的现象,通过测试某氨法脱硫塔结构优化前、后不同运行条件下净烟气硫酸铵浓度,分析烟气处理量、浆液含固量、烟气温度、工艺水淋洗等因素对其浓度变化的影响规律,提出了氨法脱硫工艺改造的新思路。结果表明:硫酸铵能穿透采样的滤膜与滤筒;优化前、后出口硫酸铵浓度随锅炉负荷的增长而加速增长,随浆液含固量的增加(由5%增加至45%)先加速增长,然后(由45%增加至55%)增长速度逐渐减小,随喷淋水量的增加而降低;浆液含固量与烟气温度是影响硫酸铵析出量,导致出口硫酸铵逃逸的关键因素。因此,降低烟气温度与缩短浆液含固量高条件下的运行时间能是氨法脱硫改造的新思路。     

城市生活垃圾焚烧炉深度空气分级数值模拟

对广州市某台750t/d大型城市生活垃圾焚烧炉进行数值模拟优化研究,有效模拟预测城市生活垃圾焚烧炉内温度场、流场和重要组分浓度场等的分布。对100%负荷运行下的城市生活垃圾焚烧炉进行二次风与燃尽风的分级配风优化研究,模拟结果显示,在二次风与燃尽风风量比为0.65∶0.35(体积比)时,城市生活垃圾焚烧炉内二次燃烧显著,且烟气在850℃以上区域的停留时间达2s以上,满足充分分解二噁英等污染物的条件。尾部烟道出口NO_x质量浓度为250.58mg/m~3,比原始运行工况(259.01mg/m~3)降低了3.3%,是较理想的空气分级方案。     

规模化蛋鸡养殖场栏舍氨排放规律研究

对江西某规模化蛋鸡养殖场栏舍开展每个季节的栏舍氨排放浓度监测,并核算各季节每只蛋鸡的小时栏舍氨排放量和日栏舍氨排放量。结果表明:(1)氨排放浓度和每只蛋鸡的小时栏舍氨排放量具有明显的日变化特征,即白天高、夜间低,主要受温度和相对湿度的综合影响;(2)氨排放浓度和每只蛋鸡的小时栏舍氨排放量的季节变化特征不同,夏季氨排放浓度低但每只蛋鸡的小时栏舍氨排放量大,冬季正好相反,这与该蛋鸡养殖场采用机械通风有关;(3)4个季节每只蛋鸡的日栏舍氨排放量平均为0.372g/(d·只),较国外同为清粪带式结构的蛋鸡栏舍高,建议提高清粪频率。     

城市污水厂主要处理单元恶臭及挥发性有机物的逸散

在污水处理厂的主要处理工艺段设置采样点,采用在线监测仪,检测空气中恶臭及挥发性有机物(VOCs)的浓度,明确主要恶臭物质和排放源,研究恶臭及VOC在不同季节的逸散特征。结果表明,恶臭和VOC的排放主要集中在进水区,浓度与进水水质相关。粗格栅间是主要的恶臭源,其恶臭、TVOC、硫化物和胺类的浓度分别为3 458.54~5 028.03OU、120~221 mg/m3、253~464 mg/m3和15~36 mg/m3,占各个监测点浓度总量的80.6%、93%、90%和89%。主要的恶臭物质为硫化氢和氨,其浓度对应的臭气强度超过4级。恶臭与VOC的排放呈现季节变化,夏季的浓度明显高于冬季。相关性分析显示,恶臭浓度与TVOC、硫化物、胺类浓度具有明显的相关性。     

湿法脱硫系统对烟气中可吸入颗粒物特性影响的实验研究

采用荷电低压颗粒冲击器对4套湿法烟气脱硫(WFGD)系统进出口颗粒物进行在线检测和采样分析,获得烟气中PM10、PM2.5质量浓度以及粒径分布特征,并通过场发射扫描电镜(FESEM)和元素能谱对飞灰颗粒的形貌特征和主要元素含量进行分析。实验结果表明,由于脱硫塔喷淋浆液的洗涤作用,WFGD系统对飞灰颗粒有一定的脱除效果,但喷淋浆液产生的小液滴以及石灰石/石膏颗粒被携带进入烟气,导致WFGD系统对烟气中颗粒物质量浓度及粒径分布影响较大。WFGD系统对飞灰颗粒组成成分也有一定影响,以WFGD系统B为例,出口飞灰颗粒中Ca和S的质量分数从进口的1.60%、2.81%上升到出口的6.12%、10.92%。FESEM观察结果表明,脱硫后小颗粒在脱硫浆液的促进作用下团聚凝并,形成大颗粒,呈现致密的不规则块状、层状或絮状结构。