SCR系统流场优化数值模拟研究

为提高选择性催化还原脱硝系统(SCR)的烟气气流均匀性,进而提高SCR反应器的催化效率、减少催化剂的冲蚀和损耗、提高催化剂使用寿命和提高催化反应反应物的接触程度,针对SCR反应器的流场开展数值模拟以及导流板和整流板的结构优化,基于Realizable k-ε模型和多孔介质模型,通过对全尺寸SCR反应器模型的速度场的模拟,研究导流板结构、整流板数量对于SCR脱硝系统的流场组织和气流均匀性的影响。通过模拟SCR反应器内的颗粒分布,研究飞灰颗粒对流场的影响。通过计算整流板前截面的相对速度偏差和分析不同优化方案下的SCR反应器的速度场,评估导流板和整流板的导流效果,进而确定最佳方案。结果表明:在弧形、直弧形、弧形、直弧直4种导流板方案中,直弧直形导流效果最好,这是因为弧形导流板前的水平直板和竖直直板可以更好地引导气流流动;结合反应器采用斜顶设计的几何特点,基于流场调整导流板形状与速度梯度方向相同,可以显著优化烟气的气流组织,减少转弯处的能量耗散;催化剂层前的整流板可进一步引导气流流动,极大改善气流均匀性;但过多的整流板提高近壁面处的烟气气流阻力,加剧能量耗散和速度不均匀性,反而降低整流板的整流效果。本研究整流板数量15较为合适。经过对导流板和整流板结构及数量的调整,最终可将催化剂上层的速度偏差降至6.68%,符合工业要求。针对烟气颗粒场的分析表明,飞灰颗粒主要沉积在烟道右壁面和上升通道上壁面处;同时,对颗粒沉积处必要的飞灰处理可减少烟气飞灰对于催化剂的冲蚀作用。     

颗粒沉积量对细颗粒层清灰力和清灰效率的影响

采用中径3.31 mm的细颗粒在PPS普通滤料和涤纶覆膜滤料表面形成不同沉积量的颗粒层,用缓慢增加反吹气流和低压脉冲清灰的方法进行清灰测试. 随着颗粒层沉积量增加,颗粒层低压脉冲清灰的效率均提高,缓慢反吹的清灰力也呈减小趋势. 涤纶覆膜滤料表面颗粒层沉积量从200 g/m2增长到401 g/m2时,平均清灰应力从350 N/m2降到100 N/m2,比PPS滤料低90 N/m2以上. PPS滤料上低压脉冲清灰效率随颗粒层沉积量的增加线性增加,涤纶覆膜滤料上颗粒层沉积量超过200 g/m2时非线性快速增加,缓慢反吹产生的颗粒层碎片均随着颗粒层沉积量增加而增大.     

烟气横掠管束外表面的积灰特性

针对石灰线生产中烟尘易沉积,烟气换热器表面积灰的问题,为开发具有自清灰功能和扩展受热面的高效传热元件,对粉尘物理、化学和外部工作过程特性进行研究,通过采用扫描电子显微镜及XRD等仪器,研究灰的粒径分布、外观形貌及化学成分等物理化学特性,并对管束外表面积灰特性进行实验研究,结果表明：石灰线粉尘粒径较大,颗粒结构紧密,表面有大小不一的孔,易产生物理沉积形成松散积灰;灰样浓度的增大会导致积灰量增加,相同时间内灰样浓度越高积灰量越大,顺风面更易产生积灰现象;烟气流速较大时,积灰量很快达到稳定,烟气流速的增加会导致迎风面积灰量减少,背风面积灰量增加,存在最佳的烟气流速使飞灰颗粒在管道表面的沉积量最小;增加横向节距、减少纵向节距有利于减少积灰量。     

烟气横掠管束外表面的积灰特性

针对石灰线生产中烟尘易沉积,烟气换热器表面积灰的问题,为开发具有自清灰功能和扩展受热面的高效传热元件,对粉尘物理、化学和外部工作过程特性进行研究,通过采用扫描电子显微镜及XRD等仪器,研究灰的粒径分布、外观形貌及化学成分等物理化学特性,并对管束外表面积灰特性进行实验研究,结果表明:石灰线粉尘粒径较大,颗粒结构紧密,表面有大小不一的孔,易产生物理沉积形成松散积灰;灰样浓度的增大会导致积灰量增加,相同时间内灰样浓度越高积灰量越大,顺风面更易产生积灰现象;烟气流速较大时,积灰量很快达到稳定,烟气流速的增加会导致迎风面积灰量减少,背风面积灰量增加,存在最佳的烟气流速使飞灰颗粒在管道表面的沉积量最小;增加横向节距、减少纵向节距有利于减少积灰量。     

SCR烟气脱硝工艺在水泥熟料生产线上的应用

分析介绍了SCR烟气脱硝技术在某水泥熟料生产线上的具体应用,SCR系统由还原剂系统、吹灰系统、催化系统三大部分组成。对实际运行数据采集分析得出：第一层催化剂最容易积灰从而导致系统压力损失,可根据实际运行中积灰情况适当加快第一层催化剂清灰频率。     

一种新型受热面飞灰颗粒的沉积特性

以一种余热锅炉中新型的受热面为研究对象,采用实验研究和数值模拟的方法研究其飞灰沉积特性。建立了菱形受热面飞灰颗粒的沉积模型,对飞灰颗粒的反弹、黏附及脱落过程进行预测,并与叉排管束和顺排管束的含灰烟气流的速度场、温度场和飞灰颗粒沉积率进行比较。结果表明,菱形受热面在换热和飞灰沉积方面优势明显。沉积主要集中于受热面左上部,颗粒由于惯性碰撞在迎风侧沉积。相同速度下,随颗粒粒径增加沉积率先增大后减小,在3 m·s^-1的烟气流速下颗粒直径为5 μm时飞灰颗粒沉积率最高,为9.49%。保持粒径不变,随速度增大沉积率逐渐降低。     

烟气中飞灰对选择性催化还原法(SCR)烟气脱硝催化剂的影响

选择性催化还原法(selective catalytic reduction,SCR)是目前世界上应用最广泛的烟气脱硝技术,高粉尘布置的SCR工艺是目前火电厂广泛采取的布置方式。但是高浓度的粉尘是这种布置方式面临的一大难题。文章从催化剂的堵塞、磨损和中毒三个方面总结了烟气中飞灰对SCR脱硝催化剂的影响。并且提出了优化SCR系统的运行、优化流场分布及催化剂的特性等措施来缓解飞灰对催化剂的影响。     

低温省煤器飞灰沉积阻塞机理分析及结构优化

针对热电厂低温省煤器发生飞灰沉积阻塞炉管间隙的情况,本文采用剪切力传递（SST）k-ω湍流模型和离散粒子模型（DPM）分析飞灰颗粒沉积行为,预测省煤器中支撑梁附近的沉积动态,进而对支撑梁上方翅片布置结构进行优化和流场分析。结果表明：省煤器中由于支撑梁和上方翅片的存在,飞灰颗粒会在支撑梁上表面进行沉积。在脱硝条件下,硫酸氢铵增加了飞灰间的黏结力,加剧了黏附沉积,进而积灰不断地向上累积增长并造成堵塞。通过改变支撑梁上方的翅片布置结构,可改变支撑板附近的烟气流动规律。对于烟气中的绝大部分飞灰颗粒（d_p>40μm）,其所受到的惯性作用占据主导地位,与壁面有着较大的撞击率。通过改变炉管上翅片的布置方式,增加飞灰颗粒横向移动的能力,对支撑梁上的沉积堵塞有着较好的改善作用。     

一种新型受热面飞灰颗粒的沉积特性

以一种余热锅炉中新型的受热面为研究对象,采用实验研究和数值模拟的方法研究其飞灰沉积特性。建立了菱形受热面飞灰颗粒的沉积模型,对飞灰颗粒的反弹、黏附及脱落过程进行预测,并与叉排管束和顺排管束的含灰烟气流的速度场、温度场和飞灰颗粒沉积率进行比较。结果表明,菱形受热面在换热和飞灰沉积方面优势明显。沉积主要集中于受热面左上部,颗粒由于惯性碰撞在迎风侧沉积。相同速度下,随颗粒粒径增加沉积率先增大后减小,在3 m·s~(-1)的烟气流速下颗粒直径为5μm时飞灰颗粒沉积率最高,为9.49%。保持粒径不变,随速度增大沉积率逐渐降低。     

660MW燃煤机组SCR流场模拟优化与喷氨优化运行

以某电厂660 MW亚临界燃煤机组SCR烟气脱硝系统为研究对象,对SCR反应器内烟气流动以及喷氨分布均匀性进行数值模拟研究。通过对比首层催化剂前烟气速度分布及NH_3浓度分布,研究了SCR反应器内均流部件对烟气流场均匀特性的影响,并且在数值模拟的基础上对喷氨方式进行了优化调整研究。研究结果表明:优化调整烟道内均流部件对速度、浓度均匀性有显著改善作用;通过分析流场不均匀性得到的分区喷氨方法能够进一步优化NH_3在烟道中分布;现场试验验证了调节喷氨格栅阀门可降低SCR反应器出口NO_x浓度。本文研究可为燃煤机组SCR系统导流板优化及实际电厂喷氨优化调试提供参考。     

催化裂化装置烟机结垢原因的探索

催化裂化装置中烟机频繁发生结垢成为影响炼油厂长期稳定运行的重要问题。通过对多套发生烟机结垢装置的垢样分析,并结合模拟实验,从烟气中酸性气体影响的角度提出了烟机结垢的成因。XRD、NMR和SEM表征结果表明,垢样的晶体结构遭到完全破坏,烟气中酸性气体与催化剂上某些元素的化学反应,对结垢的产生过程至关重要,结垢过程不仅沉积形成,而且生长,垢中硫的富集程度和分布特点值得注意。模拟烟机工况的实验验证了垢样中硫化物的生成。从催化剂角度提出减缓烟机结垢的方法,利用新催化剂制备技术,将硅复合材料涂敷在催化剂表面,实验室模拟实验表明,该催化剂有效阻断烟气中酸性气体,特别是硫与催化剂上某些元素的化学反应,低熔点金属及硫在催化剂上的富集程度明显减少。     

新型换热表面硫酸腐蚀特性的数值预测

低温腐蚀是造成换热设备失效并降低其经济性的重要原因。基于汽液平衡理论和多组分扩散影响数值模拟了不同换热管管壁表面及翅片表面酸露点温度和酸蒸气、水蒸气冷凝沉积速率等影响低温腐蚀的相关因素,数值预测了换热表面局部酸露点温度,为换热器精细设计提供指导。结果表明,燃料类型、飞灰颗粒和翅片结构均会对换热表面酸露点温度造成不同程度影响。燃料类型决定烟气成分和燃烧温度,对酸露点温度影响较大;烟气中飞灰颗粒的存在会降低酸露点温度;翅片结构能够改变周围烟气速度,影响酸露点温度和壁面上酸蒸气、水蒸气冷凝沉积速率。基于以上数值研究提出丁胞和矩形纵向涡复合H型翅片结构可降低壁面上烟气酸露点温度,降低酸蒸气、水蒸气冷凝沉积速率。     

新型换热表面硫酸腐蚀特性的数值预测

低温腐蚀是造成换热设备失效并降低其经济性的重要原因。基于汽液平衡理论和多组分扩散影响数值模拟了不同换热管管壁表面及翅片表面酸露点温度和酸蒸气、水蒸气冷凝沉积速率等影响低温腐蚀的相关因素,数值预测了换热表面局部酸露点温度,为换热器精细设计提供指导。结果表明,燃料类型、飞灰颗粒和翅片结构均会对换热表面酸露点温度造成不同程度影响。燃料类型决定烟气成分和燃烧温度,对酸露点温度影响较大;烟气中飞灰颗粒的存在会降低酸露点温度;翅片结构能够改变周围烟气速度,影响酸露点温度和壁面上酸蒸气、水蒸气冷凝沉积速率。基于以上数值研究提出丁胞和矩形纵向涡复合H型翅片结构可降低壁面上烟气酸露点温度,降低酸蒸气、水蒸气冷凝沉积速率。     

超细飞灰对烟气酸露点与酸凝结的影响研究

准确预测燃煤锅炉尾部烟气的酸露点和酸凝结对深度降低排烟温度、保障尾部换热设备的安全高效运行十分重要。尾部烟气中存在的飞灰颗粒对酸露点和酸凝结液滴的发生有很大影响，不可忽略。考虑烟气中超细飞灰颗粒对酸露点和酸凝结的影响，提出了飞灰粒径对考虑局部凝结质量传输效果的酸露点和酸凝结迭代计算方法，实现了酸露点和壁面温度下酸凝结的准确预测。当飞灰粒径低于中肯半径（r_ash0）时，飞灰粒径对凝结率有显著影响；随着飞灰粒径的降低，硫酸蒸气、水蒸气以及酸液凝结率明显增加，尤其是硫酸蒸气凝结率；飞灰粒径越小，凝结越易发生。然而，过冷度超过30℃时，烟气中超细飞灰颗粒对低温壁面酸凝结的影响可以忽略不计。烟气携带而不被低温壁面捕获的凝结酸液量较少，烟气中超细飞灰颗粒对烟气酸蒸气的降低作用可以忽略不计。理论计算方法为分析现场酸-灰作用积灰层提供理论依据，对于优化燃煤锅炉尾部烟道的安全高效运行有重大指导意义。     

某燃煤电厂300MW机组SCR烟气脱硝装置结构优化

SCR烟气脱硝装置中烟气流场的分布及还原剂（NH3）与NOx的混合效果对脱硝效果起着重要作用,因此,采用数值模拟技术对于初步设计的SCR烟气脱硝装置进行结构优化是目前国内外SCR烟气脱硝装置设计必不可少的一部分。本研究采用Fluent软件对某燃煤电厂300MW机组SCR烟气脱硝装置内的烟气流动、第一层催化剂入口NH3与NOx的混合和系统压降等方面进行模拟,结果表明：BMCR工况下,结构优化后的SCR烟气脱硝装置AIG上（下）游、第一层催化剂入口和装置出口截面烟气流速相对标准偏差不超过15%;第一层催化剂入口截面NH3/NOx摩尔比相对标准偏差不超过10%;第一层催化剂入口截面烟气进入最大偏差角度处于±10°范围之间;系统压降低于800Pa。合理的设计导流板能够起到抑制弯管以及变截面所引起的流场分离现象、消除大旋流的产生使烟气更加流畅地进入催化剂等作用。     

煤粉燃烧过程中AAEM的迁移机理及结渣沾污成因

煤粉燃烧产生的飞灰导致炉膛和烟道内出现结渣沾污现象，飞灰的黏附特性受煤中碱金属/碱土金属(Alkali and Alkaline Earth Metals, AAEM)的影响，为减少飞灰在换热面上的沉积，分析其燃烧过程中AAEM的赋存形态和迁移机理，论述了AAEM蒸汽冷凝对飞灰特性产生的影响，同时分析了飞灰在换热面上的沉积机理。结果表明，燃烧温度和AAEM赋存形态的差异导致其析出过程和析出量不同。温度升高会促进AAEM的释放，随着AAEM在萃取液中的溶解性降低，在燃烧时释放更困难；释放到气相中的AAEM在换热面或飞灰表面异相冷凝形成黏性层，增大了换热面对飞灰的捕集效率；在气相中均相冷凝形成气溶胶，气溶胶作为前驱体在后续聚并过程中形成亚微米飞灰；飞灰的沉积受分子扩散、布朗运动、涡流碰撞、热泳、重力沉降、惯性碰撞等多种因素影响，重力沉降、惯性碰撞主要影响大粒径飞灰颗粒的运动轨迹，其他因素则主要影响小颗粒的运动；在换热面上形成的沉积层会出现分层结构，沉积内层的生成主要由无机蒸汽冷凝和小粒径飞灰沉积造成，外层沉积层主要由大颗粒飞灰沉积形成。黏附在换热面上的飞灰影响锅炉热效率、高温下腐蚀金属壁面...     

水泥厂SCR脱硝反应器入口段流场数值模拟研究

为了提高脱硝效率,必须保证SCR脱硝反应器入口段烟气流速均匀分布,使烟气和催化剂均匀接触,进而使催化效率提高。利用计算流体力学软件FLUENT对SCR脱硝反应器入口段进行数值模拟,在模拟研究空塔时烟道内流场的基础上,有针对性地设置导流板进行优化,摸索出最佳的导流板布置形式,分析烟气速度分布和氨质量分数分布情况,结果表明:导流板的加入使SCR脱硝反应器烟道流场有明显改善,烟气进入第一层催化剂前的速度相对标准偏差为8.2%,氨质量分数相对标准偏差为3.5%,均满足行业标准。     

水泥厂SCR脱硝反应器入口段流场数值模拟研究

为了提高脱硝效率,必须保证SCR脱硝反应器入口段烟气流速均匀分布,使烟气和催化剂均匀接触,进而使催化效率提高。本文利用流体力学计算软件Fluent对SCR脱硝反应器入口段进行了数值模拟,在模拟研究空塔时烟道内流场的基础上,有针对性地设置导流板进行优化,摸索出最佳的导流板布置形式,分析了烟气速度分布和氨质量分数分布情况。结果表明:导流板的加入使SCR脱硝反应器烟道流场有明显改善,烟气进入第一层催化剂前的速度相对标准偏差为8.2%,氨质量分数相对标准偏差为3.5%,均满足行业标准。     

330 MW燃贫煤机组SCR脱硝系统分析及诊断

为了解决山西某330 MW燃贫煤火电厂SCR脱硝系统存在的脱硝效率偏低、催化剂寿命短的问题,对SCR反应器进行了现场测试,使用烟气分析仪、温度测试仪、流量测试仪等仪器对烟道内烟气组分浓度、温度场、速度场进行检测。测试结果表明,SCR反应器运行过程中存在流场、温度场不均匀的现象,这是导致催化剂磨损严重,进而影响脱硝效率的主要原因。在测量结果的基础上,分析并确定运行过程中的问题根源所在,可为火电厂优化运行与改造提供建议。     

高湿黏性颗粒在PTFE滤料表面的沉积规律研究

过滤过程中颗粒物在滤料上的沉积形貌对除尘器过滤性能及清灰频率的确定至关重要。为深入了解颗粒物在聚四氟乙烯(PTFE)滤料表面的沉积规律，搭建了一套过滤实验系统，基于该实验系统对比了过滤时间、粉尘浓度、过滤风速和含水率对颗粒单位面积沉积质量及粉尘层平均厚度的影响，探究了两种沉积速率的适用性及高湿黏性颗粒的黏附效率，并推导了不同含水率粉尘层的厚度分布模型。通过建立沉积粉尘层内部颗粒间的受力模型，对颗粒的受力运动情况进行分析，后续沉积颗粒自身重力对先前沉积颗粒的压缩作用不可忽略，颗粒的运动趋势由上层粉尘层重力、气流对颗粒的曳力及颗粒间黏附力共同决定。实验结果表明，高湿粉尘较干燥粉尘单位面积沉积质量有所降低，随着粉尘含水率增大，粉尘层平均厚度和单位面积沉积质量呈先减小后增大的趋势；高湿粉尘的沉积受颗粒间黏附力大小的影响，粉尘含水率为10%时质量沉积速率和黏附效率最小；粉尘含水率为9%和13%时粉尘层均匀性较干燥粉尘层下降，当高湿颗粒间的黏附力可以抵抗上层重力的压缩作用时颗粒滑动减少，粉尘层结构均匀。含水率为10%～12%时粉尘层均匀性稳定，且含水率为10%时最佳。