SCR脱硝超低排放NOx均匀性优化及安全策略分析

为使超低排放改造后NO_x排放浓度及氨逃逸量始终可控平稳,以某600 MW燃煤机组超低排放改造后SCR脱硝系统为研究对象,针对SCR反应器出口与总排放口在线监测（CEMS）数据不一致的问题,进行分析与研究。通过对反应器出入口流场、NO_x、NH₃浓度场的测试,结合系统结构特征,分析问题出现的原因,制定优化调整方案并验证其有效性。研究结果表明,反应器入口氨氮摩尔比的不均匀性是导致反应器出口NO_x浓度分布不均匀的主要原因。通过优化调整,有效改善了反应器出口NO_x浓度分布的均匀性,降低了氨逃逸量,SCR反应器出口与烟囱总排放口NO_x浓度CEMS监测数值基本一致。同时,根据试验得到的反应器出口NH₃与NO_x关系曲线,提出了NO_x的最低安全控制浓度及最佳控制浓度,以便运行控制。     

固定式燃气轮机大气污染物排放标准限值的选择

随着环保要求的严格与固定式燃气轮机装机容量的提高,其NO_x排放的影响日益受到关注。此外,目前国标《火电厂大气污染物排放标准》中关于颗粒物、SO₂的排放限制设定依据不准确,缺少指导意义。首先对NO_x、SO₂、颗粒物等常规大气污染物的来源、标准现状、排放现状、监测方法等方面进行对比分析。根据江苏省固定式燃气轮机改造的技术可行性、标准先进性与可实施性以及经济环境效益,建议将NO_x的排放限值定为15 mg/m³,并取消SO₂、颗粒物的排放限值。     

燃气电厂NOx控制策略研究及大气环境效益分析

基于中国燃气电厂发展现状、地域分布及其NO_x排放现状和未来气电环保政策趋势,首先阐述了燃气电厂NO_x进一步减排的必要性,其次分析了燃气电厂NO_x燃气轮机本体控制、余热锅炉SCR控制和外部因素控制三种技术的优劣及其减排潜力,并选用气象模型MM5和空气质量模型CALPUFF、以江苏省2020年气电发展规模情景为例进行了大气环境效益模拟。研究表明,燃气发电NO_x排放可以也必须达到更严格地排放标准。实现更严格的排放标准后,将有利于改善区域环境空气质量,有利于更好发挥燃气发电的环保优势。     

SCR脱硝系统性能及空气预热器阻力上升分析

NO_x排放浓度、氨逃逸浓度难以控制及空气预热器阻力上升,是SCR脱硝系统超低排放改造中遇到的主要问题。以某SCR脱硝系统超低排放改造后的300 MW 机组为研究对象,通过测试得知：（1）SCR反应器出口NO_x分布不均,氨逃逸浓度超标严重,氨逃逸监测表计示值不具代表性,造成NO_x排放浓度控制困难和空气预热器阻力上升;（2）过度追求NO_x超低排放浓度,造成催化剂活性、主要化学成分明显衰减,硫酸氢铵在其表面沉积严重。对此提出的改进措施为：进行NO_x浓度烟气在线监测系统（CEMS）多点取样改造,定期进行喷氨优化和催化剂性能检测,以改善SCR系统运行效果和提高运行的经济性。     

SCR超低排放综合诊断及闭环优化

针对燃煤电厂烟气脱硝系统存在的流场不均、氨逃逸导致空气预热器堵塞以及NO_x排放不能在全负荷段稳定达标等典型问题,提出了SCR超低排放综合诊断及闭环优化策略。结合某630 MW机组实施超低排放改造具体案例,以在线大数据和性能检测为基础,数值模拟和系统诊断为手段,通过模拟评估及试验分析进行预判,提出改进方案并予以优化、修正和实施,最后结合性能试验对超低排放改造实施效果进行验证。研究结果表明,采用多元手段进行SCR系统综合诊断和闭环优化,NO_x浓度场标准偏差从18.6%下降至4.89%,脱硝效率从86.7%提高至89%以上,NO_x排放质量浓度稳定低于50 mg/m³,SCR系统出口氨逃逸质量浓度从16 mg/m³下降至0.75 mg/m³,超低排放改造效果显著。     

基于多变量广义预测控制算法的脱硝优化研究及应用

大型火力发电机组脱硝系统被控对象具有大迟延、大惯性、受干扰因素多以及不同负荷下的被控对象模型变化大等特性，传统的PID控制不能满足控制要求。为解决这一问题，利用递推最小二乘法（recursive least square，RLS）建立了脱硝系统多变量模型，并基于多变量广义预测控制构建了脱硝系统优化控制策略，同时将该策略应用于某电厂330 MW亚临界机组。实践结果表明：无论是稳态工况还是复杂的变负荷工况，脱硝优化控制策略都能够很好地控制脱硝系统出口NO_x浓度，大大降低了NO_x浓度的波动，减少了尿素使用量，实现了脱硝系统稳定经济运行。     

SCR烟气脱硝系统氨逃逸浓度在线预测方法研究

燃煤机组烟气排放连续监测系统（CEMS）对SCR氨逃逸浓度的测量结果不十分可靠,易造成运行中无序过量喷氨和加剧空气预热器硫酸氢铵粘结堵塞。在实验室和现场检测基础上,结合SCR反应器潜能及其劣化趋势分析,提出了氨逃逸浓度在线预测方法和计算式。以某350 MW机组为例,介绍氨逃逸浓度预测步骤和分析结果。初步应用结果表明,根据机组实时运行负荷、NO_x浓度及脱硝效率等DCS参数,可在线预测氨逃逸浓度,用以指导喷氨量调节;同时,氨逃逸浓度预测值可用于SCR催化剂层的寿命管理预警与决策。     

基于HJ 75—2017标准与核算指南的燃气机组碳排放监测方法仿真对比分析

准确掌握燃气机组碳排放情况是保证碳交易的保障之一。不少燃气机组开始加装在线气相色谱装置,使燃料端实时监测也成为了一种可能,同时对于未加装CO₂监测系统或存在设备空间已满的机组,则通过O₂体积分数折算进行实时监测是可行路径之一。但不论采用直测还是折算监测方法,在前后端连续监测数据的偏差问题分析上,目前仍然缺乏足够的研究。因此,针对短期内不具备CO₂直测能力的机组,以某F级燃气-蒸汽联合循环发电机组历史数据为仿真对象,基于烟气O₂体积分数数据换算和燃料在线气相色谱数据进行连续仿真监测分析。结果发现：不同监测方法的月度数据之间没有一致性的大小排序关系,相对偏差有正也有负,年度数据相互偏差均小于5%;δ RD,R,fluegas-flue-h与烟囱出口烟气排放连续监测系统(continuous emission monitoring system,CEMS)O₂体积分数相关性最高;该机组的碳排放偏差主要集中在负荷率55%以上的稳燃段;烟囱出口CEMS O₂体积分数...     

SCR系统结构模型与数值模型的适用性分析

针对火电厂SCR系统数值计算中结构模型与数值模型准确性与适应性等问题,建立完整与不完整的SCR系统结构模型,运用标准κ-ε模型与Realizable κ-ε模型对其进行数值计算。通过与实测速度值对比,分析湍流模型与省煤器出口、灰斗、喷氨格栅、均流格栅结构对流场计算准确性的影响;通过与实测压降、出口NO_x浓度分布、出口NH₃逃逸分布的对比,分析与论证多孔介质模型、多组分反应模型中参数设定的理论性与准确性。结果表明：标准κ-ε模型与Realizable κ-ε模型都能准确计算SCR系统内烟气流场与压降特性;省煤器出口与喷氨格栅结构对进口烟道内流场的准确计算影响显著;单层催化剂压降模拟值与实验值之间的相对误差为-1.9%;NO_x脱除效率模拟值79.35%与实测值80.56%间的相对误差为-1.5%,且两者NH₃逃逸分布趋势一致。     

中国煤电生命周期二氧化碳和大气污染物排放相互影响建模分析

煤电在中国电力供应结构中占据主导地位,其环境影响是研究热点之一。建立中国煤电生命周期二氧化碳和大气污染物排放分析模型,基于文献调研构建参数数据库,测算中国煤电的单位发电量排放。结果表明,近年来中国煤电生命周期单位发电量的CO₂、SO₂、NO_x和PM_2.5排放分别为838.6 g/（kW·h）、0.34 g/（kW·h）、0.32 g/（kW·h）和0.08 g/（kW·h）。其中煤电单位发电量大气污染物排放,比实施超低排放改造前,下降幅度超过90%。研究发现,增大单机机组规模和进行超低排放改造能够有效降低煤电发电过程的大气污染物排放,采用煤电燃烧后碳捕集和存储(carbon capture and storage, CCS)处理技术能够使煤电CO₂排放下降到144 g/（kW·h）,助力碳中和目标实现。如果不采用更加严格的大气污染物排放标准和处理方式,CCS技术可能会使煤电大气污染物排放强度上升30%~40%,这与碳捕集过程使用的技术有关。     

基于CEMS数据的超低排放燃煤机组大气污染物排放特性分析

以54台超低排放燃煤机组为研究对象,对比分析了主要大气污染物(颗粒物、SO₂、NOx)的年排放达标率、年排放浓度、排放性能等排放特征。在对环保设施投运和故障进行调查的基础上,分析了排放超标和故障的原因。结果显示：参与调查的燃煤机组中颗粒物、SO₂、NOx排放年度达标率分别为99.981%、99.962%、99.893%,表明能够稳定实现超低排放;颗粒物、SO₂、NOx排放绩效均值分别为11.11、68.16、140.26 mg/(kW·h),满足且优于国家标准要求;启停时段颗粒物、SO₂、NOx排放超标时长占比分别为54%、64%、57%,说明机组启停过程中颗粒物、SO₂、NOx排放浓度难以控制,消除启停机期间制约环保设施正常投运的影响因素是后续主要研究方向。     

超低排放形势下SCR脱硝工程改造现状的调查

为达到“煤电节能减排升级与改造行动计划（2014—2020年）”要求,超低排放改造工作在燃煤电厂全面展开。对49个电厂已完成烟气超低排放改造的132台机组安装的SCR脱硝催化剂现状进行了调查,对脱硝机组的类型、烟气温度、入口粉尘浓度、入口NO_x浓度和超低排放要求下脱硝催化剂的改造方案进行了统计和分析,并对超低排放改造前后SCR脱硝催化剂不同催化剂层间体积的变化进行了比较,同时结合部分改造案例分析了超低排放改造设计过程中值得注意和改进的事项,以进一步保障脱硝系统的达标排放和安全经济运行,给后续开展烟气脱硝超低排放改造机组的设计和建设提供借鉴。     

SCR脱硝不均匀反应宏观模型研究

基于催化剂性能表征,对催化剂单体潜能、叠加潜能以及串联潜能之间的内在规律进行研究,提出了SCR脱硝不均匀反应宏观模型,并利用实测数据进行了模型验证。研究结果显示：（1）NH₃/NO摩尔比分布和催化剂局部劣化对脱硝性能的影响显著,超低排放设计对应的烟气参数分布偏差会降低催化剂性能8%~10%;（2）喷氨格栅上游的烟气速度、NO_x浓度以及氨气流量分配决定了催化剂入口的NH₃/NO摩尔比分布,增设大尺度静态混合器和定期调整喷氨分配,能够从设计和运行角度提高脱硝反应均匀性。     

W火焰锅炉SNCR脱硝及其对SCR入口流场的影响

由于W火焰锅炉NO_x排放浓度高,一些电厂采用低氮燃烧+SNCR脱硝+SCR脱硝的耦合脱硝方式,但运行中出现了氨逃逸浓度严重超标的问题。以某600 MW超临界W火焰锅炉为对象,采用CFD数值模拟辅以实测验证方法研究了锅炉负荷、尿素喷射层流场、氨氮摩尔比等因素对SNCR脱硝及SCR入口流场分布的影响。研究发现：SOFA风沿前后墙非等间距布置是造成尿素喷射层速度场及温度场不均的主要原因;随锅炉负荷降低,喷枪层截面平均温度趋向于SNCR最佳脱硝温度,脱硝效率逐渐增加;SCR入口截面温度、流速及NO_x浓度分布皆不均匀,随SNCR脱硝效率提高,SCR入口截面NO_x浓度分布偏差增大,不同负荷时SCR入口截面NO_x相对偏差达35%～53%。SNCR脱硝严重影响SCR脱硝反应器入口NO_x浓度均匀性,最终导致SCR氨逃逸浓度严重超标,建议通过优化SOFA风布置及在SCR入口段加装烟气混合器加以解决。     

固体吸附剂在烟气污染物一体化脱除中的研究评述及展望

一体化技术是燃煤电厂烟气多污染物协同脱除的未来发展趋势。由于工艺简单，固体吸附剂在一体化技术中被广泛研究。综述了近年来备受关注且具有一定应用前景的碳基吸附剂、钙基吸附剂、CuO/γ-Al₂O₃在硫、硝、汞一体化脱除技术中的应用。针对每种吸附技术的脱除原理、研究现状、应用前景和存在的问题进行了分析和总结。指出一体化技术的难点在于协同脱除，以及多种污染物间的相互作用机理的不明确。降低吸附剂成本，提高副产物的利用价值，提高脱硝效率，加强协同脱汞的研究，是未来研究需要关注的重点。最后，对固体吸附剂一体化技术进行了展望，指出该技术对推动中国燃煤电厂多种污染物协同脱除的重要意义。     

燃煤电厂超低排放颗粒物在线监测烟气除湿技术

燃煤电厂超低排放颗粒物浓度在线监测常采用光散射法,但该法受排放烟气的相对湿度、水滴和汽雾等影响。为提高测试结果的准确性,以HJ836—2017《固定污染源废气、低浓度颗粒物的测定 重量法》为参照标准,通过实验找出了光散射法测量误差与相对湿度的关系;为降低待测烟气相对温度及水滴和汽雾,对旋流加热器和直管加热器进行了研究。实验结果表明：相对湿度＜55%时,颗粒物浓度的测量误差可忽略不计;在相同功耗条件下,旋流加热器的加热效率比直管加热器的加热效率高30%;为满足燃煤电厂超低排放要求,提高颗粒物在线监测的可靠性,烟气预处理采用旋流加热时的温度不应低于120 ℃。