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。     

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。     

某1 000 MW机组电除尘器气固两相流数值模拟

流场分布对电除尘性能至关重要。采用商业CFD软件,对某1 000 MW机组电除尘器进行了数值模拟。模拟过程中采用离散相模型（DPM）结合k-ε湍流模型,模拟颗粒运动轨迹。研究了在合理布置烟道走向,并在烟道内布置导流板、阻流板,在进口喇叭内布置气流分布板及导流叶片等措施条件下,电除尘器的气固两相流参数。结果表明：烟道内布置导流板及阻流板后,电除尘器各分室进口流量偏差均在±2%以内,出口流量偏差均不超过±0.5%,远优于标准要求;颗粒相质量流量分配偏差也均未超过5%,且各级粒径分布所对应偏差也明显减小;电除尘器各室入口截面烟气流速相对均方根差均不超过0.15,优于标准要求。     

双层滤料颗粒床高温除尘器灰斗气固两相流场模拟分析

为了促进粉尘沉降,在双层滤料颗粒床高温除尘器灰斗处增加了一个抽气外循环并且在抽气口附近增设挡板,使用Fluent软件对除尘器的气固两相流场进行数值模拟,在抽气循环率为1/6情况下,分析不同挡板的布置方式时粉尘的沉降率。仿真结果表明：当挡板气流通道宽300 mm、高1 400 mm、层间距100 mm、层数6层时,可以大幅增加粉尘沉降率,与无挡板布置方式相比,粉尘粒径为1、25、50 μm的沉降率分别增加了27.15%、28.9%、35.19%。通过分析可知,挡板气流通道宽度、挡板高度和挡板层数的变化对于100 μm以下粒径的粉尘颗粒沉降效果影响较为明显。     

基于GT-Power柴油机颗粒捕集器捕集性能的仿真研究

利用GT-Power软件建立了柴油机颗粒捕集器(DPF)仿真模型,进行了仿真计算。研究了颗粒捕集器本身结构参数对其捕集效率与压降的影响。结果表明,影响颗粒捕集器捕集效率的主要参数有通道密度(CPSI)、过滤体孔隙率、过滤体微孔直径以及过滤壁厚度;影响颗粒物压降的主要参数有通道密度、过滤体渗透率、过滤体孔隙率以及过滤壁厚度。     

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。     

布袋过滤除尘中气固两相流的格子Boltzmann模拟

使用格子Boltzmann方法对含尘气体通过布袋滤料纤维的流动进行了数值模拟,采用拉格朗日方法跟踪了颗粒相中每个粒子的位置和速度并进行单向耦合计算。分析了气流通过纤维捕集体过程中的压降的变化规律,结果与达西渗透定律吻合。与此同时,对粒径小于1μm的气溶胶粒子在布袋纤维捕集体上的沉积规律展开了讨论。结果表明,粒径小于0.01μm的粒子的捕集主要受粒子的布朗随机扩散效应的控制;粒径大于0.1μm的粒子则主要依靠纤维滤料的拦截作用而沉积在捕集体表面;而粒径在0.01～0.1μm范围的粒子则具有较低的捕集效率。模拟结果为研究袋式除尘的过滤机理提供了依据。     

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。     

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脱硝反应器烟道内部流场的数值模拟与优化

为优化无锡某电厂选择性催化还原脱硝反应器烟道内部流场,研究导流板和整流器对流场的影响,基于FLUENT软件和SIMPLE算法,采用RNG k-ε湍流模型和离散相模型数值模拟导流装置安装前、安装后和优化后3种情况下的烟道内部气流流动和固体颗粒流动.研究表明,导流板可以改善烟道内气流分布,同时保证气流进入催化剂层前的速度小于6 m/s,速度不均匀系数小于15%;整流器对改善气流流动、避免涡流存在具有重要作用,且对压降影响较小;合理的导流板结构和布置可以有效减小压降,导流板优化后压降降低至109.9 Pa.     

孔道结构对柴油机DPF压降及再生特性的影响

针对微粒捕集器（DPF）内部碳烟及灰分颗粒特征,运用AVL-Fire软件建立了六边形孔道结构柴油机微粒捕集器模型。 针对不同排气流量、进口温度、孔密度、碳烟和灰分沉积量,对六边形孔道及四边形孔道DPF压降特性和碳烟再生特性进行分析,并研究灰分分布形式对不同孔道形状DPF的影响。 结果表明：排气质量流量越大,进口温度越高,不同孔道结构的压降敏感性增大;与传统四边形孔道DPF相比,当碳烟沉积量较低时,六边形孔道DPF压降损失较高;随着碳烟沉积量的增加,六边形孔道DPF压降损失较低,且碳烟承载量较大;灰分在DPF孔道表面层状分布可以有效阻止碳烟深床捕集模式,降低压降损失;六边形孔道DPF能够有效提高碳烟及灰分容量,且碳烟捕集及再生效率较高,再生速率较快,热应力较小,可以降低DPF主动再生频率,延长使用寿命。     

催化型微粒捕集器的再生与压降数值研究

采用新的再生机理对催化型微粒捕集器（CPF）深床捕集微粒的氧化再生过程进行了建模,并将微粒捕集器中的压降分成5个部分分别计算,对其压降特性进行了数值研究。结果表明,新模型对深床捕集微粒的氧化再生计算与实验值吻合良好,比原模型更能反映微粒沉积的实际过程,深床捕集微粒的压降计算值也更精确。在排气流量大、温度高的工况下,深床捕集微粒的压降先迅速增大再减小的现象明显。研究结果能为工程应用提供验证手段,为CPF的优化设计提供依据。     

应用电声换能超声波雾化方法提高超细颗粒捕集效率

针对大气环境污染控制中超细颗粒难以捕集的问题,提出了一种高效、经济的新方法.其核心思想是将经电声换能超声波雾化得到的相对湿度过饱和雾气喷入含尘气体中,在“云”物理学、碰撞团聚等原理共同作用下,饱和水蒸汽在颗粒表面凝结,使超细颗粒的粒径增大,增加其捕集效率.为了证明这种方法的有效性,建立了小型电声换能超声波雾化捕尘实验台并在旋风除尘器中进行实验研究.实验结果表明,随着雾气浓度的增加,总除尘效率与超细颗粒的分级效率均有明显提高,并且旋风除尘器的压降(能耗)明显降低.     

飞灰热处理过程中基本特性研究

对不同粒径飞灰中重金属的分布情况进行了研究,并采用高温熔融管式电炉试验装置,对垃圾焚烧飞灰进行了高温热处理研究,探讨了热处理过程中飞灰减重率和重金属挥发率的变化规律,并对飞灰热处理后的收集物进行XRD实验。结果表明,Cd和Pb在小粒径飞灰中含量较高,Zn和Cu的分布与飞灰的粒径分布相似,Cr富集于相对较大粒径的飞灰中。热处理过程中,1 150 ℃和1 350 ℃时飞灰减重率增长快,而在650～1 050 ℃之间减重率增长缓慢,仅从8%增加至17%。飞灰中重金属经热处理后,挥发率依次为Pb＞Cd＞Cu＞Zn。XRD实验结果表明,Pb主要以双金属氯化物（KPb₂Cl₅）形式挥发。     

SCR系统超洁净排放调整与出口NOx均匀性分析

针对典型SCR系统普遍存在的出口烟道与烟囱处NOx在线监测值不一致的问题与超洁净排放要求,选择2台流场与喷氨格栅结构不同的SCR系统进行性能与优化调整实验。通过对喷氨格栅区域烟气分布与喷氨调整前后出口烟道内NOx分布的测试,分析了导致问题的原因与调整方案的有效性以及不同喷氨格栅结构的优劣性。结果表明：喷氨格栅区域烟气流场分布与区域喷氨量的不一致性是导致不同点位NOx浓度在线监测值不一致的原因;依据调整方案能有效实现SCR出口烟道内NOx浓度均匀分布与超洁净排放的要求;改造后,能针对烟道宽度方向上烟气不均现象进行区域喷氨量调整的喷氨格栅结构Ⅱ与更均匀的烟气分布,促使调整后的2号机组A、B两侧出口NOx浓度分布相对标准偏差明显优于1号机组。     

钩板除雾器转折次数对除雾效率的影响

除雾器是用来除去烟气中细微液滴、降低污染物、保证系统正常运行的关键设备,故除雾器的研究具有重要意义。利用流体力学计算软件,分析无钩板与带钩板除雾器转折次数对除雾效率的影响。结果表明：除雾器增加转折次数和钩板都可以提高除雾效率,但同时会造成压降增大;增加钩板对除雾效率和压降的影响要高于增加转折次数的影响,带钩板的除雾器对2~10 μm直径的液滴具有较理想的去除能力,对于粒径为8 μm的液滴,当入口气体流速为3 m·s⁻¹、B=4时,带钩板除雾器除雾效率已达78.2%,并且增加带钩板除雾器的转折次数对除雾效率的提升要高于无钩板除雾器;液滴捕集模拟计算发现,当入口流速为3 m·s⁻¹、B=3时的除雾效率已达91.45%,比初始结构提升约20%。通过分析可知,除雾器可以通过增加钩板以及转折次数来提高对细微液滴的除去能力。     

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。     

重庆市垃圾焚烧飞灰特性及重金属浸出行为的研究

通过激光粒度仪分析了重庆市垃圾焚烧飞灰颗粒粒径的分布特征,并研究了在GB5085.3-2007和USEPA-TCLP浸出条件下及不同pH、浸出液固比和浸出时间等因素下重庆市垃圾焚烧飞灰中重金属的浸出行为.结果表明,重庆市垃圾焚烧飞灰颗粒平均粒径为36.4μm,飞灰中主要重金属总量约1.04%,Zn、Pb含量较高,具有较...     

烟气参数对细颗粒湍流聚并的影响

细颗粒湍流聚并技术是控制燃煤烟气中细颗粒排放的有效措施之一。为了研究烟气参数对湍流聚并效果的影响,在一种细颗粒湍流聚并器中分别对烟气流速、烟气温度、颗粒物浓度以及烟气含湿量进行实验测试。结果表明：烟气流速能显著增大聚并器内湍流强度,提高飞灰颗粒的聚并效率,烟气流速为16 m·s-1时,PM2.5聚并效率为44.51%;烟气温度在酸露点以上时,其对飞灰颗粒聚并效率的促进作用有限;颗粒物浓度越大,则烟道内单位体积的颗粒物数量越多,从而增加了颗粒间的碰撞概率,飞灰颗粒聚并效率明显提高,颗粒物浓度为35 mg·L-1时,PM2.5的聚并效率达到52.48%;烟气含湿量较低时对飞灰颗粒聚并过程影响不大。     

旋风除尘器流场及浓度场实验与模拟

在研究旋风除尘器内气固两相的运动状况及分离机理方面,计算机模拟替代部分实验的方法能够优化设计旋风除尘器结构参数,提高其对微细颗粒的捕集效率,减少运行压力损失。本研究采用RSM模型和随机轨道模型对旋风除尘器内流场及浓度场进行模拟及实验。研究表明,旋风除尘器压力损失模拟结果与实验结果吻合较好,对于大于5μm的颗粒其捕集效率模拟结果与实验结果基本吻合;旋风除尘器外壁的颗粒浓度呈螺旋带状分布;如将排气管管径减少至原直径0.8倍,可使其对2μm颗粒捕集效率提高6.6%,但压力损失提高36.5%;颗粒的凝并作用有利于提高旋风除尘器微细颗粒的捕集效率。