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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

Mercury oxidation promoted by a selective catalytic reduction catalyst under simulated Powder River Basin coal combustion conditions

A bench-scale reactor consisting of a natural gas burner and an electrically heated reactor housing a selective catalytic reduction (SCR) catalyst was constructed for studying elemental mercury (Hg(o)) oxidation under SCR conditions. A low sulfur Powder River Basin (PRB) subbituminous coal combustion fly ash was injected into the entrained-flow reactor along with sulfur dioxide (SO2), nitrogen oxides (NOx), hydrogen chloride (HCl), and trace Hg(o). Concentrations of Hg(o) and total mercury (Hg) upstream and downstream of the SCR catalyst were measured using a Hg monitor. The effects of HCl concentration, SCR operating temperature, catalyst space velocity, and feed rate of PRB fly ash on Hg(o) oxidation were evaluated. It was observed that HCl provides the source of chlorine for Hg(o) oxidation under simulated PRB coal-fired SCR conditions. The decrease in Hg mass balance closure across the catalyst with decreasing HCl concentration suggests that transient Hg capture on the SCR catalyst occurred during the short test exposure periods and that the outlet speciation observed may not be representative of steady-state operation at longer exposure times. Increasing the space velocity and operating temperature of the SCR led to less Hg(o) oxidized. Introduction of PRB coal fly ash resulted in slightly decreased outlet oxidized mercury (Hg2+) as a percentage of total inlet Hg and correspondingly resulted in an incremental increase in Hg capture. The injection of ammonia (NH3) for NOx reduction by SCR was found to have a strong effect to decrease Hg oxidation. The observations suggest that Hg(o) oxidation may occur near the exit region of commercial SCR reactors. Passage of flue gas through SCR systems without NH3 injection, such as during the low-ozone season, may also impact Hg speciation and capture in the flue gas.     

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 performance on a hydrogen reformer furnace

In late 1993, Air Products and Chemicals, Inc. began operating a new steam-methane reformer at the Tosco Refining Co.'s Avon refinery in Martinez, CA, to provide hydrogen and steam to the refinery under a long-term supply agreement. The hydrogen plant--owned, operated, and maintained by Air Products--includes a selective catalytic reduction (SCR) unit on the reformer-furnace flue gas for environmental control. SCR is a commercially proven process capable of abating emissions of nitrogen oxides (NOx) to extremely low levels; however, documented experience in a refinery setting has been limited. This paper discusses performance of the SCR, primarily during its first two years of operation; it incorporates theory and prior research findings sufficient to understand the relationship between key system variables and SCR performance. Test results demonstrate that NOx, ammonia (NH3) slip, and carbon monoxide (CO) emissions are in compliance with permit limits. NOx removal efficiency is nearly linear with the inlet NH3:NOx molar ratio up to almost 90% NOx conversion, where ammonia slip begins to rise steeply. The stoichiometric reaction ratio of NH3 to NOx is close to the theoretical 1.0. Catalyst life is estimated at four years, in line with published figures for SCR catalysts in clean-gas service.     

SCR反应器内各关键部件对系统压力损失特性影响的研究

选择性催化还原(selective catalytic reduction,SCR)脱硝反应器的关键部件对系统压力损失特性的影响非常明显.针对某电厂1×300 MW锅炉机组的SCR脱硝反应器,采用数值模拟和实验研究的方法研究了各关键部件对系统压力损失特性影响.通过研究确定了SCR反应器的最优设计方案,即关键部件1设计为...     

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。     

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。     

非沥青基煤质氧化活性炭的脱硝特性

采用固定床反应器、XPS、FTIR和BET等技术研究了脱硝过程中脱硝时间和温度与烟气中NH3和O2浓度对非沥青基煤质氧化活性炭(NPAC-WO)脱除NO的影响及其作用机理。结果表明:在脱硝反应初期生成新活性位或活性官能团促使脱硝率由15.94%增大为39.89%;烟气中O2浓度增加有利于NOx脱除;在30 ℃,NPAC-WO无氨条件下可直接吸附NOx,V(NH3)/V(NO)大于0.8时,NH3存在也可促进NOx脱除;低温和高温均利于NOx的脱除,在30 ℃和250 ℃时,脱硝率分别高达73.05%和99.20%。