330 MW燃煤发电机组SCR脱硝系统催化剂磨损原因分析

某330 MW火电厂的SCR脱硝系统催化剂局部区域磨损严重。经实际调研,发现催化剂磨损较为严重区域位于距离前墙约1m左右处和紧靠后墙处。为探讨其原因,对烟道内烟气流动和飞灰颗粒的分布特征进行数值模拟研究,并以第一层催化剂前烟气速度大小、烟气中灰颗粒的浓度来定量表征含尘烟气对催化剂层磨损的作用情况,模拟结果与实际考察结果有较好的一致性。在进一步对原因分析的基础上提出了初步改进方案建议,为企业SCR脱硝系统的流场优化改造提供了技术支撑。     

烟气飞灰对SCR脱硝催化剂的磨损性能试验研究

利用自制的冷态飞灰磨损试验台,进行了飞灰对SCR脱硝催化剂磨损性能影响的试验研究。结果表明:催化剂磨损主要发生在端面,烟气流速是催化剂磨损的主要因素,催化剂磨损率以速度指数基本为4的规律变化,且速度指数随飞灰粒径的增大而减小;飞灰粒径和飞灰质量浓度是催化剂磨损的次要因素,粒径指数在1附近变化,且随烟气流速的增大而减小,催化剂磨损率正比于飞灰质量浓度;在实际运行过程中,应尽可能保证流场均匀,避免局部高速,以减轻催化剂磨损,保证脱硝系统经济安全地运行。     

烟气飞灰对SCR脱硝催化剂磨损数值模拟

采用CFD数值模拟软件对不同烟气流速、不同烟气入射角下催化剂不同磨损部位的磨损规律进行了研究和分析,并对催化剂的年磨损率进行了预测。结果表明:催化剂端面磨损率远远大于壁面,在不同烟气流速下,催化剂磨损率沿孔道方向的变化基本一致,呈中间较小、端面附近较大的规律;在不同烟气入射角下,受烟气正面磨损结构面的磨损率在距入口约0.04 m内与烟气入射角成正比,在0.04 m以后与烟气入射角成反比;受烟气背面磨损结构面的磨损率沿管道方向在入口附近迅速减小,后增加直至出口;不同烟气入射角下的端面磨损率随着烟气入射角的增大而减小;在设计工况下运行的脱硝系统,催化剂的年磨损率可以忽略不计,但当烟气流速为11 m/s时,催化剂孔壁在一年内就会磨穿,在实际运行过程中,应降低烟气流速并选择合理的烟气入射角。     

SCR脱硝催化剂磨损关键因素分析

采用CFD数值模拟软件,对内蒙古某电厂600 MW机组脱硝反应器流场进行数值模拟。通过热态流场测试数据对模拟结果进行验证,并基于Tabakoff磨损理论,研究烟气速度分布对SCR脱硝催化剂磨损情况的影响。结果表明,通过烟气流场的数值计算并结合磨损理论,判断反应器内催化剂磨损的分布情况效果明显。催化剂磨损速率与烟气流速、速度攻击角大小均存在一定关系,当攻击角处于30°～60°,磨损效果最为明显。当烟气流速绝对值保持不变时,其水平方向分量与数值方向分量越接近磨损效果越明显,可通过烟气流速水平方向分量大小直观判断各区域磨损情况。     

飞灰作用下的SCR系统催化剂磨损特性研究

采用实验与数值模拟结合的方法研究飞灰颗粒与催化剂的磨损问题,利用Lagrange法追踪飞灰颗粒在催化剂近壁区的运动轨迹,并结合催化剂磨损关联式计算催化剂的磨损率。结果表明:在研究工况范围内,催化剂前端磨损率为催化剂孔道磨损率的266～304倍,沿催化剂孔道出口方向,催化剂孔道磨损率在0～30 mm时下降较快, 30 mm之后时下降减缓;受催化剂钢网处飞灰的二次反弹和局部烟气速度高的影响,小飞灰粒径对催化剂前端产生两次撞击角度波峰,钢网边缘波峰处的磨损率较大,导致催化剂变薄,大飞灰粒径惯性大对催化剂前端中部只产生一次撞击角度波峰,引起磨损区域变大;催化剂前端磨损率随烟气速度呈指数增长,随飞灰粒径增大,飞灰粒径对催化剂前端磨损率的影响减弱。     

双接触液柱塔氨水吸收二氧化碳实验研究

对双接触式液柱塔的脱碳传质进行相关的实验研究。利用双接触式液柱塔开展氨水捕集CO_2的实验研究。研究了氨水浓度、入口CO_2浓度、烟气流量因素对脱除效率和单位体积吸收速率的影响。实验研究表明:随着氨水浓度的增大,CO_2的脱除效率和单位体积吸收速率都增大;增大CO_2入口浓度和烟气流量,CO_2的脱除效率都呈下降趋势,但其单位体积吸收速率升高。氨水浓度和烟气流量越大,反应达到平衡的时间就越短,但氨水浓度和烟气流量达到一定值时,氨水浓度和烟气流量对反应达到平衡的时间影响很小;CO_2入口浓度对反应达到平衡的时间的影响不大。     

蜂窝状Mn—Ce／TiO2系低温SCR催化剂成型研究

考察了Mn—Ce／TiO2系蜂窝状低温SCR催化剂制备的成型助剂选择和工艺条件对蜂窝状催化剂脱硝活性的影响,并进行了脱硝催化剂成型结构、形状、微量元素配比等对烟气参数变化的适应性及其抗堵塞、腐蚀、磨损、中毒等性能的研究。     

燃煤锅炉SCR烟气脱硝系统流场优化的数值模拟

对某600 MW超临界燃煤机组SCR系统进行反应器内烟气流动均匀性和飞灰沉积的数值模拟.通过对比进入上层催化剂层烟气速度分布不均匀性,加入飞灰颗粒离散相后,开展烟道内导流板布置形式和导流板结构对SCR反应器内流场以及飞灰沉积的影响研究.结果表明:当SCR反应器入口导流板数目为13时,烟气通过上层催化剂层速度分布较其他3种工况均匀;导流板的弧形板后加装一段竖直直板可进一步引导烟气流动,减小回流作用,烟气进入上层催化剂层时速度更加均匀,综合考虑,弧-直型导流板为最优结构;数目13块的弧-直型导流板结构有利于改善SCR反应器壁面飞灰沉积情况;飞灰颗粒对SCR反应器内流场有一定影响,但改变较小,在实际运行中应进行相应吹灰处理.     

电站锅炉SCR系统流场的冷态试验与数值模拟的研究

采用冷态试验和数值模拟相结合对某电厂660 MW燃煤锅炉SCR脱硝系统中整流格栅、多孔板、导流板的设计方案进行了速度场和浓度场分布及压降的研究。结果表明数值模拟结果和冷态试验结果较为吻合。其中AIG上游速度分布CV值为15.4%,催化剂入口速度分布CV值为8.1%,浓度场CV值为5.7%,满足系统设计要求。催化剂入口处安装整流格栅可以优化进入催化剂层的气流方向,使烟气垂直进入催化剂层。     

惰性粒子流化床烟气脱硫的试验研究

对惰性粒子流化床的烟气脱硫过程进行了试验,分析和研究了Ca/S、入口SO2浓度、静止床高、惰性粒子粒径、近绝热饱和温度和床层温度对脱硫效率的影响.结果表明:近绝热饱和温度和Ca/S对脱硫效率影响较大,惰性粒子粒径和静止床高对脱硫效率也有一定影响;近绝热饱和温度越低、Ca/S越大、流化床床层温度越低、烟气表观速度越小、惰性粒子粒径越小以及静止床层越高,则烟气脱硫效率越高;当烟气入口SO2浓度小于7×10-4时,随着入口SO2浓度的增大,脱硫效率相应提高;当烟气入口SO2浓度增加到7×10-4以上时,随着入口SO2浓度的增大,脱硫效率反而降低;在基本试验工况下,惰性粒子流化床的烟气脱硫效率达到85%以上.     

基于流场不均匀度对SCR效率影响的探究

利用Fluent数值模拟软件对某600 MW燃煤电站锅炉的SCR(选择性催化还原法)脱硝系统进行数值模拟,研究了不同工况下SCR管道内部的流场和浓度场变化情况。引入相对标准偏差系数来衡量第一层催化剂入口处烟气浓度、速度以及温度的不均匀度,并重点分析了不均匀度随工况的变化趋势。研究表明:低负荷下烟气中的NO、NH_3浓度的不均匀度以及烟气温度的不均匀度高于其他工况,在50THA、75THA、THA、BRL、BMCR负荷下NO浓度、NH_3浓度和烟气温度的不均匀度逐渐降低。在50THA和BMCR负荷下,NO浓度不均匀度分别为0.399 131 436%、0.271 308 784%;NH_3浓度的不均匀度分别为11.431 272 594%、11.294 855 634%;烟气温度的不均匀度分别为0.081 935 553%、0.079 103 890%,NO和NH_3浓度变化趋势的吻合程度会下降。其原因是:低负荷下流场不均匀度升高导致SCR脱硝效率降低,可以通过有针对性地优化锅炉运行、SCR脱硝系统的设计等来减缓催化剂的失活速率。     

商用SCR催化剂氧化SO_2性能实验研究

在固定床实验台上,分析研究了温度及不同烟气成分对商用SCR催化剂SO_2氧化性能的影响。实验结果表明:温度对SCR催化剂SO_2氧化能力的影响明显,当温度由250℃增加至450℃时,SO_2/SO_3转换率由0.21%增加至1.92%;在低SO_2浓度范围内,随着SO_2浓度的增加,SO_2/SO_3转换率快速增加,而在高SO_2浓度范围内,SO_2对SO_2/SO_3转换率具有抑制作用;NO对SO_2/SO_3转换率无影响;即使烟气中没有O_2,SO_2也会被催化剂V_2O_5氧化,且0%-3%的O_2浓度对SO_2/SO_3转换率具有明显的促进作用,O_2浓度高于3%时对其影响较小;SO_2与NH_3具有相互抑制的竞争吸附关系。     

关于锅炉SCR烟气脱硝反应器整流装置和烟道导流板采用流场模拟优化设计的探讨

SCR烟气脱硝反应器的性能主要取决于进入脱硝反应器内的NOx与NH_3的混合均匀度及混合气体在进入第1层催化剂前温度、速度分布的均匀性和烟气进入催化剂前流向角偏。以某燃煤锅炉烟气脱硝工程的SCR装置为研究对象,采用数值模拟方法研究反应器内烟气的流动分布,在此基础上,对导流板及整流格栅进行简化,在保证混合气体在进入第1层催化剂前流向角偏差小于10°,提高了脱硝反应器的性能,进一步优化了SCR反应器的运行。     

准东煤飞灰对SCR催化剂活性影响的实验研究

锅炉燃用准东煤时,SCR催化剂在长时间运行后容易出现堵塞、磨损和破碎等问题。利用商用的蜂窝状催化剂(V_2O_5-WO_3/TiO_2),通过搭建的携带流积灰和磨蚀系统,模拟了SCR催化剂的实际运行工况,结合催化剂活性测试系统和机械强度、SEM、EDX、XRF等测量手段,分析了致使SCR催化剂失活的主要因素。结果表明:催化剂的机械强度会因磨损而降低,且质量损失速率随磨蚀时间增加而减少。而积灰时间增加时,脱硝效率会随之降低,且变化趋势与烟气流速和积灰浓度有关。     

SCR脱硝反应器入口烟气条件对反应器性能的影响

建立了SCR反应器三维模型,利用Fluent软件,通过UDF实现烟气组分因发生化学反应而引起的质量变化,从而模拟催化剂层复杂的脱硝反应,分别研究了反应器入口烟气速度、温度、NH3/NOx等对反应器性能的影响。结果表明:入口烟气速度分布不均匀性对反应器的性能影响不大,入口烟气NH3/NOx分布不均匀性对反应器的性能影响较大,而入口烟气温度分布不均匀性对反应器的性能影响最为显著;反应器脱硝性能更高时,其对入口NH3/NOx分布的均匀性要求也更高;反应器脱硝性能是入口烟气速度、温度及NH3/NOx综合影响的结果。     

I_2/KI溶液同时脱硫脱硝的试验研究

采用I2/KI溶液作为吸收液,以Fe3＋作为催化剂在自制的鼓泡反应器内,对模拟烟气进行同时脱硫脱硝的试验研究,主要考察I2物质的量浓度,Fe3＋物质的量浓度,吸收液初始pH值,反应温度,模拟烟气中NO、SO2及O2的体积分数、烟气气体流量等因素对SO2和NO脱除效率的影响.结果表明：烟气中SO2极易被脱除,在各试验条件下SO2脱除率均大于98%;NO的脱除率随吸收剂初始浓度、Fe3＋浓度、烟气中的O2、NO及SO2体积分数的增大而增大,随烟气流量的增加而降低;吸收液pH值对脱硫脱硝率的影响不是很大,因此吸收液的pH值可取在弱酸到弱碱的范围内,降低对设备材质防腐蚀性能的要求.     

SCR脱硝系统静态混合器数值模拟

基于数值模拟方法,研究SCR脱硝系统导流板优化布置后,静态混合器不同半径、不同安装角设计方案对催化剂入口截面处氨气摩尔浓度和速度分布的影响。结果显示,半径1.0 m、安装角30°情况下催化剂入口截面氨气摩尔浓度偏差小于5%、速度偏差小于15%,氨气和烟气混合较均匀,满足SCR脱硝系统设计要求。     

省煤器出口流场优化及灰斗预除尘试验研究

通过搭建等比例缩小20倍的冷态模型结合相似准则,研究低温段省煤器灰斗对飞灰的捕集性能。结果表明:省煤器加装翼型折角导流板和省煤器出口加装平行整流板可增加导入灰斗的飞灰量,且减轻烟气经过灰斗实现90°转向后对水平烟道上壁面的冲击;改良后的模型对原灰颗粒的捕集效率可达19.26%,相比改造前捕集效率提高了10.71%;对后续SCR脱硝催化剂磨损严重的88μm以上的飞灰颗粒捕集效率可达54.09%,相比改造前提高了33.65%,且造成的能量损失较小,有效地缓解了SCR催化剂层的磨损堵塞问题,且分担了除尘器的除尘负荷。     

烟气再循环对受热面磨损影响浅析

采用烟气再循环调温的大型中间再热煤粉锅炉在部分负荷运行时,尽管为了维持额定再热汽温必须投入烟气再循环,并且随着负荷的继续降低要求相应地增大烟气再循环率,但由于烟气中的飞灰浓度不会因采用烟气再循环而增大,烟气流速也不会因有再循环烟气而超过锅炉满负荷运行时的流速,因此锅炉部分负荷运行投入再循环烟气时对流受热面的磨损速度必小于锅炉满负荷运行时的磨损速度。如果锅炉满负荷运行时的磨损速度不至于影响锅炉使用寿命和运行安全的话,那么,煤粉锅炉完全可以采用烟气再循环来调节再热汽温而不必担心其受热面的磨损会加剧的问题。     

中试平台脱硝催化剂的宽温度性能试验研究

在实际燃煤烟气全流程污染物排放控制中试平台上开展了宽温度脱硝催化剂的性能测试,研究了脱硝效率、运行温度和压差等指标,现场取样并计算氨逃逸质量浓度和SO_2/SO_3转化率,研究宽温度脱硝催化剂实际运行情况。分析了脱硝效率、煤质收到基硫质量分数、机组负荷和运行温度对SO_2/SO_3转化率的影响。结果表明:脱硝催化剂运行温度为275℃、脱硝效率为88%时,氨逃逸质量浓度小于2.25 mg/m~3,SO_2/SO_3转化率小于1%;机组负荷和运行温度对SO_2/SO_3转化率的影响较为明显。