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。     

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。     

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。     

SCR系统超洁净排放调整与出口NO_x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。     

双变截面SCR脱硝系统导流板优化设计

根据某电厂1 000 MW塔式锅炉脱硝系统催化剂首层速度偏差较大的问题,建立了基于CFD仿真分析技术的三维SCR脱硝系统数学模型,对该系统双变截面烟道处的导流板布置方式进行研究,以优化催化剂首层的速度分布。通过对比不同结构导流板下的结果,提出将原始SCR系统的双变截面烟道拆分为X方向和Z方向2个变截面烟道的改造方案。在此结构下重新进行优化设计,改造后系统内的回流区和低速区消除,流场均匀性显著提升,取得了积极的效果。为实际电厂优化调试,解决类似工程问题提供了参考数据。     

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.     

新型活性焦干法脱硫脱硝脱汞反应塔流场的模拟与优化

在CFD软件Fluent中,选择k-ε湍流模型,多孔介质模型和SIMPLE算法,对新型脱硫脱硝脱汞反应塔内的三维流场进行数值模拟,结果发现,反应塔入口处烟气流场存在大漩涡。为消除漩涡,使穿过活性焦层的烟气均匀化,以充分利用活性焦层的空间来提高脱除效率,提出在入口处加装弯曲导流板,并通过相对标准偏差确定最优导流板长度。同时模拟了在最优喷氨位置处加装涡旋混合器时氨气和烟气的混合情况。结果表明,最优导流板长度(3.6 m)明显改善了烟气的均匀性,促使入口处的压降下降100 Pa左右。涡旋混合器形成的小漩涡,增强了烟气和氨气的混合。最后对照不同流量下实验值和模拟值的压降变化,验证了多孔介质模型的可行性。模拟结果对设备的优化设计和实际运行具有指导作用。     

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。     

基于正交试验法的选择性催化还原脱硝系统结构优化

以实际电厂选择性催化还原(SCR)脱硝系统为基础,构建三维模型,对其内部结构进行优化,对影响脱硝效率的3种因素(前置、后置导流板数以及喷氨管位置)设计正交试验,共设计出9组试验,利用数值模拟对试验结果进行分析。结果表明,增加前置导流板数有利于提高脱硝效率,喷氨管位置对脱硝系统影响最大,喷氨管位置越低越有利,据此能得出较理想的SCR脱硝系统结构。     

双鸭山电厂SCR脱硝反应器结构优化的数值仿真分析

选择性催化还原SCR烟气脱硝技术以其脱硝效率高、技术成熟等优点在大型燃煤电厂获得广泛的应用。采用CFD软件对双鸭山电厂200 MW燃煤机组SCR烟气脱硝反应器内烟气气流进行了数值模拟,在原有模型的基础上,通过添加导流板、微调几何模型形状等方法,达到对烟道内气流优化、提高SCR脱硝效率的目的。     

电除尘器上下游烟道流场分析及优化设计

均匀的流量分配和均匀的入口截面速度分布是提高电除尘器除尘效率的重要因素。以300 MW燃煤电厂2室4场电除尘器为对象,利用数值模拟手段对电除尘器上下游烟道及电除尘本体内的流场分布情况进行仿真计算,获取了局部流场特性,识别了原有入口段结构的问题所在,并提出局部弧形烟道、烟道导流板和气流分布板的系统优化方案。经仿真结果对比,优化方案降低了局部阻力,明显改善了2室流量分配不均程度,流量偏差由±18.83%减小至±2.01%,且左右侧电除尘主体入口速度均方根值均小于0.25,满足了行业标准要求。     

袋式除尘器入口烟道流场数值模拟与优化设计

采用计算流体动力学(CFD)方法,对某热电厂350 MW机组袋式除尘器入口烟道及除尘器内部的气流流场分布进行了数值模拟实验研究。识别了原烟道设计结构存在的问题,分析了造成各除尘器单元流量分配不均匀和除尘器喇叭口进口断面速度分布不均匀的原因,并提出了改变进口烟道形状,在入口烟道布置导流板的优化方案。经过模拟仿真对比,优化后并联的5个除尘器单元流量分配不均匀性得到明显改善,最大流量偏差由10.79%减小至-2.29%,且5个喇叭口进口断面速度相对均方根值均不大于0.25,满足技术规范要求。     

伞罩型湿式脱硫除尘塔入口结构优化模拟

利用商用CFD软件Fluent,采用k-ε湍流模型和SIMPLE算法,对新型伞罩型湿式脱硫除尘塔内的三维两相流场进行数值模拟,发现了塔内烟气入口处流场所存在的不均匀性。为将其流场调节均匀从而提高脱硫除尘效率,在数值模拟的基础上提出在入口处加装直导流板、阶梯导流板和弯曲导流板,并分析塔内y=0截面速度的分布,以及z＝0.21 m截面上的颗粒浓度、速度和压力等参数的分布。结果表明：通过加装阶梯导流板和弯曲导流板均可以将流场调节均匀,达到较理想状态,从而实现高效净化气体的目的。模拟结果对设备的优化设计和实际运行有一定的指导作用。     

PCF型湿式除尘脱硫器气液流场数值模拟

利用FLUENT6.3对PCF型湿式除尘脱硫器装置内的三维气液两相流场进行数值模拟,分析装置内气液两相分布特性。模拟结果表明,PCF装置内的导流板对气液两相的分布特性影响显著,使气相分布更加均匀。导流板和自激通道是引起装置压力损失的主要原因。PCF装置的套筒式结构有效地减少了烟气带水问题,并减少了除雾器的安装,使除尘器的结构更加简单。模拟结果对设备的优化设计和实际运行有一定的指导作用。     

下进风内滤式袋式除尘器流场的模拟与优化

为优化袋式除尘器内部流场、提高除尘效率,以实验室规模的下进风内滤式袋式除尘器为原型,利用计算流体动力学(CFD)技术模拟其内流场并进行优化(将进口管改为渐扩型进口管、进口处增设多孔板、滤袋进口处增设3块导流挡板),再现颗粒相运动轨迹,采用均方根值法及流量分配系数法对流场均匀性校验。结果显示:优化后进口射流和灰斗处的涡流消失,内部流场均匀性得到改善,其均方根为0.095,颗粒相在滤袋中分布均匀。     

循环流化床烟气脱硫塔入口结构改进的数值模拟

采用商用Fluent软件提供的k-ε湍流模型对循环流化床脱硫塔内部流场进行了数值模拟,重点考察入口结构对脱硫塔内气相速度分布均匀性的影响,并用速度不均匀度定量描述了流场的均匀性。结果表明,当前使用90°弯管进气结构的脱硫塔内部流场存在明显的不均匀性,主要是入口处气流90°转向造成的。为此采用组合弯管进气结构代替90°弯管进气结构,以改善脱硫塔内流场不均匀性。入口结构改为组合弯管进气结构后,脱硫塔内流场不均匀性得到很大改善,速度分布的不均匀度明显减小,因此组合弯管进气结构有利于烟气与脱硫剂的充分混合反应,提高脱硫效率。     

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。     

两相均流板对弯管中气固两相运动分布特征的影响

针对燃煤电厂烟气污染物脱除系统设备入口弯管内的气固两相分布不均的问题,提出一种两相均流板,采用CFD数值模拟的方法对比分析了安装两相均流板与常规导流装置的弯道内气流速度分布、颗粒质量浓度分布以及弯管进出口压差变化特征。结果表明:在弯管内安装两相均流板较安装导流板/三角翼挡板更优,既可以使气固两相均匀分布又可以有效降低系统的压阻,克服了常规均流装置气固两相均流效果不佳、阻力大等缺点,在较低的压阻下解决燃煤电厂烟气污染物脱除系统入口气固两相混合不均匀的问题,有效提高污染物脱除效率。     

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。     

平板玻璃工业窑炉烟气中低温SCR脱硝中试研究

我国平板玻璃工业正面临严峻的NOx控制形势,研究并推广玻璃窑炉高效脱硝技术对玻璃工业发展及大气环境保护均具有重要意义。选择性催化还原(SCR)脱硝技术是国内外公认效率最高的脱硝技术,然而该技术在玻璃窑炉中推广应用还面临诸多技术问题。本研究设计并建设了10 000 Nm3/h的平板玻璃工业窑炉中低温SCR脱硝中试装置,分析了玻璃窑炉烟气组分波动规律及其对SCR脱硝系统的潜在影响,考察了烟气温度、喷氨量控制和烟气处理量等工艺参数,开展了为期6 d的连续运行实验。这些在实际烟气中开展的研究为玻璃窑炉SCR脱硝技术研究分享了大量一手数据和经验。