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.     

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。     

导流均流装置对烟气SCR脱硝系统的流场优化模拟

针对烟气进入SCR脱硝反应系统后,烟气速度及其组分 (NO_x、NH₃) 浓度的分布不均的问题,提出一种基于导流板的烟气整流方案。该方案的技术关键是在喷氨格栅至脱硝反应器进口间的烟道内加装烟气混合装置、导流板、折流板等整流装置。以国内典型的300 MW燃煤锅炉机组SCR烟气脱硝系统为研究对象,并采用数值模拟方法研究了采用该整流装置对脱硝反应系统入口烟气流场和NH₃及NO_x质量浓度均匀性的影响。结果表明,整流后的SCR脱硝反应系统内的速度场与浓度场均匀性得到显著提升。反应器中首层催化剂上游的速度相对标准偏差由现役典型方案的19.1%下降至9.85%,NO_x质量浓度相对标准偏差从现役典型方案的22.82%下降至13.45%,NH₃质量浓度相对标准偏差从现役典型方案的12.33%下降至7.28%。整流后SCR脱硝反应系统整体流动阻力下降314 Pa,整体流场优化效果显著。本研究可为电站燃煤锅炉SCR脱硝反应器的系统设计与喷氨优化改造提供参考。     

SCR反应器入口参数与反应温度对脱硝性能的交互作用

为系统研究选择性催化还原(SCR)反应器入口参数与反应温度对脱硝性能的交互作用,基于E-R机理,通过建立SCR脱硝反应一维模型,结合燃煤电厂调峰实际运行数据设定入口参数界限,利用MATLAB数值仿真,分别对反应温度同氨氮摩尔比(NSR)、入口NO质量浓度和入口速度对脱硝效率及氨逃逸率的耦合效应进行了重点分析。结果表明：入口参数对最佳反应温度影响较大;偏离最佳反应温度越多,NSR对氨逃逸率影响程度越低,NSR>1时,脱硝性能对NSR敏感性降低;增大入口NO质量浓度可改善整体脱硝性能,当入口质量NO浓度为1 050 mg·Nm⁻³时 ,脱硝效率可达82.42%,氨逃逸率低至0.33%;入口速度与反应温度的交互作用最大,降低入口速度可拓宽催化剂高活性温度窗口,显著提升脱硝性能,将入口速度由7 m·s⁻¹降至1 m·s⁻¹,最佳脱硝效率由69.32%升至89.17%,最低氨逃逸率由8.11%趋近于0;燃煤电厂调峰运行负荷上升会导致脱硝效率下降和氨逃逸加剧。该研究结果可为燃煤电厂SCR脱硝性能的整体优化提供参考。     

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。     

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NH3/NOx分布极不均匀,实测NOx最大偏差达74.7 mg·m-3,NH3逃逸率最高达11.4 μL·L-1,下游空气预热器安全运行受到严重影响。基于全区域NH3/NOx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,NOx浓度最大偏差分别降至5.8、10.3、11.8 mg·m-3,NH3逃逸率由调前的4.64 μL·L-1分别降至调后的2.67、3.03、2.14 μL·L-1。系统总效率基本不变,但效率峰谷差异下降明显。     

低温烟气脱硝旋流流化反应器的传热特性

现行工业低温烟气脱硝技术需对烟气及整个反应系统进行整体加热以达到催化剂高效反应的温度,存在能耗高的问题。由于脱硝反应仅在高温催化颗粒的微界面上进行,提出以高温催化剂颗粒为循环热载体,利用旋流流化反应器使其与低温烟气中的氮氧化物快速接触,发生脱硝反应的新方法。通过CFD和DEM耦合计算,模拟研究了旋流流化反应器中高温催化剂颗粒和低温烟气间的传热特性。调控因素主要包括进口气速、进料速率、进口烟气温度。结果表明,在催化剂进料速率为25 g·s⁻¹、进口气速为7.5 m·s⁻¹ (空速81 000 h⁻¹) 时,反应器出口催化剂平均温度可达200 ℃以上 (催化剂高效活性温度区间为200~300 ℃) ,对比直接加热低温烟气的方式,不考虑加热与传热过程热量损失,可直接节约能耗28.36 %。本研究对比低温烟气脱硝中整体加热烟气的方式,可为低温烟气脱硝技术的优化提供参考。     

组合涂覆SCR催化剂的扩缩通道蓄热体传热脱硝性能的数值模拟

蜂窝蓄热体表面涂覆中温钒基SCR催化剂(V₂O₅-WO₃/TiO₂),可实现余热回收和烟气脱硝双重功效,但钒基催化剂在烟气出口侧的低温区脱硝效果不理想。新型纳米多孔结构的铜基SCR催化剂(5%CuO-40%HPW/Popcarbon)能在低温条件下高效工作。通过在现有钒基SCR蜂窝蓄热体低温侧表面涂覆这种铜基催化剂,并借助扩缩通道强化传热传质进一步提高复合蓄热体传热和脱硝性能。在对Fluent软件二次开发基础上,采用多孔介质方法描述催化层烟气SCR脱硝,建立烟气-空气切换条件下复合SCR蜂窝蓄热体内非稳态传热脱硝的数值模型。借助该模型,探究催化剂涂覆方案和结构参数对复合蓄热体传热和脱硝性能的影响。结果表明：扩缩角为15°的组合涂覆型SCR蓄热体具有良好整体性能,其能量回收率(ERR)和脱硝效率(η)分别比涂覆单一钒基催化剂的直通道蜂窝蓄热体提升10.1% (58.2% vs 48.1%)和26.7% (92.4% vs 65.7%)。本研究结果可为工业锅炉的节能和氮氧化物(NO_x)减排提供参考。     

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NOx浓度下SCR出口NOx和氨逃逸的排放量及空间分布,确定SCR在NOx超低排放要求下的适用范围。研究结果表明,为实现NOx-3并同时满足NH3-3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-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。     

柴油机SCR催化器载体结构参数优化

提出一种柴油机选择催化还原（SCR）催化器载体结构参数优化的设计方法,根据车用柴油机排量,将SCR催化器载体分为4类,选取载体体积、长度、目数、壁厚和涂层厚5个结构参数为设计变量,以高NO。转化率及低压力损失为优化目标,利用拉丁超立方实验设计选择样本点进行数值模拟,在构建的Kriging近似模型基础上,对载体结构参数采用改进的非支配排序遗传算法NSGA—II（non—dominatedsortinggeneticalgorithm—II）进行优化设计。结果表明：Kriging近似模型的拟合精度较高,结合NSGA—II算法对SCR催化器载体结构参数进行优化是可行的、有效的,不同排量下的优化结果均能够较好地满足设计要求。     

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。     

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。     

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。     

失活商业SCR催化剂在线维护技术

商业SCR催化剂在工业运行过程中由于其复杂的工况条件存在容易中毒、失活的问题, 故利用在线维护技术对其进行活性恢复具有巨大的商业发展前景。为了探究泡沫清洗技术对商业SCR失活催化剂进行在线维护方案的可行性, 采用一系列表征手段对在线维护前、后的失活SCR脱硝催化剂进行了表征分析, 包括SEM、EDS、XRD、BET和XPS等, 并对在线维护最佳的溶液浓度参数进行了探究。研究发现:当稀硫酸浓度为0.4 mol·L^-1, 微孔渗透液质量分数为2%, 活性添加剂质量分数为3%, 在线维护效果最优; 经过在线维护之后, 催化剂团聚现象得到明显改善, 碱金属中毒现象得到缓解, 催化剂氧化性能和表面酸度增强, 催化剂活性因而得到恢复, 其最佳脱硝效率可达92%, 具备良好的工业应用潜力。     

脱硝催化剂孔结构及其脱硝特性的研究

选择性催化还原脱硝技术(SCR)所采用的催化剂多数为多孔介质,其内部孔隙有助于提高催化剂的反应活性。文中采用浸渍负载法,通过改变制备温度制备出不同孔结构的催化剂样品,采用N2吸附法对其孔结构进行测定和分析,并对不同孔结构的催化剂样品进行了脱硝实验。研究表明:煅烧及干燥温度对催化剂孔结构有很大的影响,比表面积越大,其催化剂内的孔分布宽度越窄,平均孔径越小;在活性温度范围(360～390℃)内,脱硝过程中主要是属于化学反应过程控制,脱硝效果随着比表面积的增大而增强;在非活性温度范围内,脱硝过程同时受到气体扩散过程及化学反应过程控制。