基于热损失分析的水冷壁结渣监测和吹灰优化

目前大多数燃煤电厂采用定时定量的吹灰方案,易造成受热面欠吹或过吹。以某650 MW超临界直流锅炉水冷壁作为研究对象,首先基于热损失和GA-BP神经网络建立水冷壁结渣监测模型,再以吹灰净收益最大为优化目标建立水冷壁的吹灰优化模型,考虑到布置在炉膛不同高度的吹灰器对灰渣的去除效果不同,对吹灰增量叠加曲线分段拟合,最后对电厂现有2种吹灰方案进行优化分析。结果表明,启动D~F层吹灰器吹灰策略的吹灰效率更高,但启动A~F层吹灰器吹灰策略经过优化后,吹灰净收益更大,目标锅炉的水冷壁吹灰时间设置为3556 s,2次吹灰的间隔时间设置为10600 s,吹灰器从A层依次启动到F层,每台吹灰器运行时间相同,获得的吹灰净收益最大为6449.41 kW,相较启动D~F层吹灰器吹灰策略优化后的结果,吹灰净收益提高17%。

基于数据驱动660 MW循环流化床锅炉多目标燃烧优化

为降低某电厂循环流化床锅炉污染物排放,同时提高锅炉燃烧运行经济性,本文采用数据驱动技术实现循环流化床锅炉多目标燃烧优化。基于改进粒子群优化长短期记忆神经网络建立循环流化床锅炉NO_(x)/SO_(2)排放数学模型和锅炉排烟温度数学模型,以相对误差为预测性评估指标以确定最佳网络参数;其次,基于改进粒子群优化长短期记忆神经网络(IPSO-LSTM)、长短期记忆神经网络(LSTM)、广义回归神经网络(GRNN)和反向传播神经网络(BPNN)分别构建NO_(x)/SO_(2)排放数学模型和锅炉排烟温度数学模型,通过比较预测性评估指标,证明本文构建预测模型有效性;最后,基于非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)获取不同运行工况下循环流化床锅炉燃烧优化调整方案,以降低NO_(x)/SO_(2)排放浓度,同时维持排烟温度稳定性。结果表明:相比优化前,优化后NO_(x)排放浓度平均降低了10.58%,SO_(2)排放浓度平均降低了25.81%,最大降低了650 mg/m^(3),且排烟温度平均降低0.14%。

渗滤液浸沥下垃圾焚烧炉渣中的重金属行为

遵循以废治废的研究思路,通过开展渗滤液浸沥城市生活垃圾焚烧炉渣的实验,探究了渗滤液在不同浸沥温度(50~90℃)及浸沥时间(5~15min)下对垃圾焚烧炉渣中重金属Zn、Ni、Cu、Pb、Ba和Cr迁移行为的影响,并对浸沥后形成的底渣进行浸出毒性分析,以判断最佳浸沥条件。研究发现,炉渣可捕获渗滤液内的Ni、Zn、Pb、Cr和Ba,而Cu则从炉渣内释放迁移至渗滤液内。伴随浸沥温度的升高,除Pb和Cr以外,底渣内重金属整体呈现先增加后减少的变化规律。随浸沥时间增加,各重金属由于沉淀、吸附、络合或沉淀溶解等因素变化呈现不同变化特点。根据浸沥后形成的底渣内重金属浸出浓度和浸出率分析,所有浸沥工况下形成的底渣毒性均较小,浸沥温度70℃、浸沥时间10min为最佳工况。本文通过重金属浸出毒性分析为实际工业过程中被渗滤液浸沥后炉渣二次利用提供了有价值的参考。

声波团聚净化火电300 MW机组湿法脱硫后烟气试验

目前国内火电燃煤机组广泛采用的石灰石-石膏湿法脱硫系统会产生大量颗粒物,传统除尘除雾装置对粒径较小的颗粒物尤其是PM_(10)的脱除效果比较有限。声波团聚对于控制细小颗粒物尤其是PM_(10)的排放具有重要意义,可作为烟尘预处理环节与传统除尘除雾器组合使用。为解决火电机组湿法脱硫后烟气中粉尘特别是PM_(10)的逃逸问题,对烟道进行工程改造试验,配置3200、1600和800 Hz频率的不同组合方案,探究其对PM_(10)数量浓度、粒径分布的影响,选取其中团聚效果最好的声波组合方案,分别测试背景工况、声波单独作用、声波耦合喷雾作用时的除尘效率。结果表明:未开启声波时PM_(10)数量浓度较高,为2.75×10^(4) cm^(-3),峰值粒径在0.05μm左右,声波开启后PM_(10)的数量浓度明显降低,且峰值粒径增大,多种组合方案中3200 Hz×4+1600 Hz×2的声波组合方案PM_(10)的数量浓度最低,为2.26×10^(4) cm^(-3),代表此方案团聚效率最高,为17.82%。除尘效率的测试中,除雾器单独作用时除尘效率较低,仅为34.3%,配合上述声波可将除尘效率提升至52.1%,再辅助喷雾时除尘效率最高,达到60.4%,此时除雾器出口烟尘质量浓度降至5 mg/m^(-3)以下,满足超低排放要求。此外,对于试验中的低质量浓度PM_(10)环境,声波团聚规律依然适用,但颗粒物碰撞概率较低,可采用高低频声波组合的方案弥补。

不同负荷工况下660 MW循环流化床锅炉脱硝特性研究

为揭示不同负荷下循环流化床的运行特性,以某660 MW循环流化床锅炉为研究对象,在满负荷、75%负荷下,具体研究床温波动、风量配比、烟气含氧量和风煤配比对选择性非催化还原(selective non-catalytic reduction,SNCR)技术喷氨量和脱硝效果的影响。结果表明:满负荷运行时,在欠氧区,SNCR投射喷氨量与循环流化床锅炉给煤量保持同向变化趋势,若持续提高喷氨量,会导致氨逃逸较大,降低SNCR脱硝能力;当炉内给煤量保持稳定,在欠氧还原区内,适当提高二次风量(含氧量),会促进挥发分N的还原反应。75%负荷运行时,床温波动范围超过110℃时,为了满足脱硝要求,应适当提高一次风量、降低二次风量和喷氨量;床温波动范围低于50℃时,应适当降低一次风量和喷氨量;床温波动范围在50~100℃时,应适当降低二次风量和喷氨量;欠氧区内,喷氨量随总给煤量增多而增大。研究结果可以指导循环流化床优化运行,减少氮氧化物排放。

声波团聚净化尿素造粒塔尾气实验研究

尿素造粒塔大多采用水洗工艺处理尾气粉尘,存在较为严重的细颗粒粉尘溢出和水汽拖尾问题,因此需深入探究声波团聚技术在造粒塔尾气处理方面的应用。通过实验研究了声波与喷雾对除尘效率的影响,发现声波单独作用时在3500 Hz达到最佳除尘效率,为74.49%,协同喷雾时2600 Hz即可实现相近的除尘效率,为73.83%。进一步探究其中机理,采用以粒径测试为依据的团聚效率作为评价指标,结果显示,2600 Hz声波与喷雾单独作用时团聚效率分别为30.37%和28.82%,协同作用时团聚效率大幅提升至57.95%。该研究可为后续造粒塔工程改造提供理论与数据支持。

污泥深度脱水技术研究进展

随着经济的发展和国民生活水平的提高,污水污泥的排放量逐年增加,环境问题愈发严重,污泥的处理处置成为焦点问题,污泥脱水是制约污泥处置处理进一步发展的关键。本文针对目前污泥深度脱水技术开展,首先简述了不同来源污泥的分类及其基本特性,然后重点阐述了不同污泥预处理技术,分析了各污泥深度脱水技术作用机理,并对各自脱水效果及优缺点进行比较分析。结果表明,物理法中水热预处理对污泥的可脱水程度提升最大。较低声强、短时间的超声波处理对污泥脱水性能有着明显的改善。化学法在污泥过滤性能以及脱水速率方面有很大优势,酸碱处理后污泥zeta电位上升,污泥过滤性能及脱水速率得到改善。高级氧化法处理后污泥脱水效果高于酸碱处理,微生物细胞被溶解释放出有机物,可脱水程度改善。生物法处理污泥除改善污泥脱水性能外,还有对环境污染小等特点,但耗时较长。最后对污泥的后续脱水工艺进行综述,介绍了现存的主流脱水工艺,包括机械脱水、热干化技术、水热脱水工艺等;并针对不同的污泥后续利用方法,选取合适的预处理技术,提出相应优化的污泥处理工艺流程。

超超临界锅炉水冷壁管材高温腐蚀特性研究

现场测试了某超超临界锅炉水冷壁近壁区还原性气氛分布特性,在此基础上利用高温管式气氛炉对超超临界机组锅炉水冷壁管材12Cr1MoVG开展高温腐蚀实验,模拟了锅炉水冷壁近壁区的还原性气氛、积灰及温度等条件,得到材料试片的腐蚀增重曲线,并利用扫描电镜及能谱仪分析腐蚀试片的微观形貌和元素成分。研究表明,H2S＋CO＋N2气氛腐蚀性强于H2S＋N2,H2S＋CO＋N2气氛下金属表面发现大量裂纹,腐蚀增重曲线呈现线性规律,H2S＋N2气氛下金属腐蚀增重曲线呈现双对数规律;还原性气氛下,灰颗粒对金属的腐蚀性较弱,腐蚀表现形式为点蚀;经过H2S＋CO＋N2气氛180h腐蚀后,金属表面硫元素含量最高,质量分数约为10%～12%,腐蚀层内次之,约为7%。

流化床制备玉米秸秆生物炭的Pb^(2+)吸附特性及机理

选取玉米秸秆作为原料,在流化床反应器中进行热解以获得不同热解温度以及不同低氧氛围下的生物炭,研究其理化特性及Pb^(2+)吸附性能,并定性及定量分析了吸附过程的吸附机理.实验结果表明:玉米秸秆生物炭对Pb^(2+)的吸附在12 h后达到平衡,吸附过程符合Langmuir模型和准二级动力学模型,说明吸附为发生在生物炭均质表面的单分子层吸附并以化学吸附为主;在较高热解温度下,离子交换和官能团络合的吸附作用贡献降低34.38%,而矿物沉淀作用贡献增加了38.09%;在热解含氧量增加至6%时,离子交换作用的贡献从34.47%增加到56.20%;矿物质吸附贡献包括阳离子交换和沉淀,占81.38%~85.99%,是玉米秸秆生物炭的主要吸附机理,其次是络合反应和π电子配位作用.

调节同层二次风以缓解双切圆锅炉高温腐蚀的数值模拟

针对某双切圆锅炉热角区域高温腐蚀问题,本文提出调节同层二次风流量的方法来改善热角上游的还原性氛围。基于Fluent软件模拟了不同冷角二次风流量工况下的炉内燃烧情况,结果表明:增加冷角二次风量可以基本消除双切圆锅炉水冷壁附近CO体积分数过高(>8%)的区域,大大缓解水冷壁高温腐蚀的问题。5%工况和10%工况下,炉膛近壁面安全区域面积占比分别上升了1.20%和1.35%,出口NO_(x)平均质量浓度分别升高2.99%和8.89%;而15%工况的炉膛防腐效果最佳,近壁面安全区域面积占比上升了3.60%,同时腐蚀严重区域占比下降了4.99%,出口NO_(x)平均质量浓度升高较明显,上升18.91%。在一般电厂实际调整过程中,冷角二次风增量应设置在5%~10%,对于燃用高硫煤且NO_(x)排放较低的电厂,建议将冷角二次风增量设置为15%左右,以最大限度缓解高温腐蚀。

Ti-Al复合载体载锰催化剂同时脱硝脱汞实验

采用溶胶-凝胶法制备了一系列TiO2、TiO2-Al2O3(TiAl)、MnO2/TiO2(MnTi)和MnO2/TiO2-Al2O3(MnTiAl)样品,在固定床实验装置上研究了MnTi和MnTiAl催化剂的脱硝、脱汞性能,并对相应的样品进行了BET、XRD、H2-TPR、XPS表征分析。表征结果表明,Al2O3掺入TiO2后能极大提高载体的比表面积,提升催化剂氧化还原性能,且有利于高价态锰离子(Mn^3+和Mn^4+)和化学吸附氧(O^*)在催化剂表面富集。固定床实验结果表明,在反应温度范围内,MnTiAl催化剂脱硝、脱汞性能均优于MnTi催化剂,MnTiAl催化剂在200℃时脱硝、脱汞效率分别高达88.5%和96.1%。MnTiAl脱除烟气Hg0过程中,将Hg0氧化为Hg^2+的同时,催化剂表面Mn^3+、Mn^4+和O^*浓度均被消耗,同时烟气中的O2能将催化剂表面较低价态的锰离子(Mn^2+和Mn^3+)重新氧化为高价态锰离子(Mn^3+和Mn^4+),并且能补充催化剂表面的化学吸附氧(O^*),进而实现催化剂催化氧化Hg0过程。

可燃生活垃圾气化Ca-Fe复合金属氧化物的原位固硫性能

气化技术可有效缓解因可燃生活垃圾产量不断增加而衍生的环境问题,但仍需要对气化产生的HS和SO进行脱除以降低硫污染物排放风险。可燃生活垃圾组成的复杂性决定了需要开发适宜的双效固硫剂以对HS和SO一步脱除。原位固硫指将气化原料与固硫剂预先混合,气化与硫脱除同时进行且硫污染物被固定于灰渣中。本文使用聚苯乙烯颗粒、木屑等典型组分配制可燃生活垃圾作为气化原料,以CO为气化剂,采用球磨法制备了一系列Ca-Fe复合金属氧化物作为固硫剂并对其原位固硫性能进行了研究。结果表明,在600℃气化温度下,Ca-Fe复合金属氧化物中的CaO/FeO比例对固硫率产生影响,且两者质量比为1∶1时固硫性能最佳,固硫率可达82.65%。作为对比,CaO和FeO单一组分固硫率仅分别为65.57%和74.12%。BET、SEM等分析表明CaO、FeO球磨形成复合金属氧化物时产生相互作用并影响粒径分布、孔径、比表面积等物化性质,且能够改善固硫剂的烧结现象,质量比为1∶1时综合作用效果最优。

非碳基吸附剂高温捕集氯化铅蒸气

垃圾焚烧技术的局限在于其产生的二次污染会给人类、环境带来危害,焚烧烟气中的铅是污染的源头之一,非碳基吸附剂捕集技术是这一领域的研究热点。本文结合我国垃圾成分中水含量大的特点,利用双温区水平管式炉系统考察4种非碳基吸附剂(高岭土、沸石、氧化钙、二氧化硅)在有水蒸气和无水蒸气条件下对氯化铅蒸气的吸附性能,重点探究了高岭土对氯化铅蒸气的吸附规律及机理。结果表明:在氧气无水蒸气氛围下,4种吸附剂的铅吸附能力依次为高岭土>氧化钙>沸石>二氧化硅,吸附剂的化学组成和结构共同决定其吸附性能;在氧气有水蒸气氛围下,高岭土的吸附能力显著提高,而水对其他3种吸附剂的吸附能力影响不大;对于高岭土而言,利用X射线衍射(XRD)表征发现,两种氛围下的吸附产物均为PbAl_2Si_2O_8;通过对比高岭土吸附前后的扫描电子显微镜及X射线能谱仪(SEM-EDS)图谱,发现有水氛围下样品的整个表面都呈熔融状,与原始高岭土、无水氛围下高岭土的表面形成强烈对比,是水分的影响在其微观形貌上的体现;水分对高岭土铅吸附能力的促进作用可能在于:(1)水能参与吸附反应,(2)水的存在促进了高岭土表面共晶融化,使得吸附增强。700~900℃时,在两种氛围中温度升高均有利于吸附,氧气无水氛围中的高岭土吸附效率在20%~40%,氧气有水氛围中的高岭土吸附效率在75%~85%。

650MW燃煤电站锅炉对流受热面吹灰优化

吹灰器定时、定量吹灰仍是当前多数火电机组锅炉的吹灰策略,忽略了受热面的实际积灰污染情况,影响锅炉运行的安全性与经济性。吹灰策略优化是解决这一问题的关键,从机组运行的经济性角度出发,分析了受热面的积灰变化预测模型,考虑吹灰操作带来的换热量收益与吹灰蒸汽消耗,建立了一种单位时间内吹灰净收益最大的吹灰优化模型。结果表明,75%额定负荷运行工况下,此优化吹灰模型可在降低吹灰频率的同时节省0.136 kg/min标煤热量。

一体式变压器室内热环境影响因素的研究

室内热环境对主变压器的散热性能有重要影响。基于实地测试数据,建立了计算流体动力学数值模拟模型,改变通风方式、机械送风速度和负载率对一体式电力变压器室的室内热环境进行了研究。通过分析温度场、速度场、温度梯度和换气效率来评价4种通风方式的通风和散热效果。创建了位于散热器内部的两条直线,研究了机械送风速度和负载率的变化对散热器散热性能的影响。

基于机器学习的燃煤锅炉燃烧效率在线计算

经济发展方向与政策导向促使火电厂燃煤锅炉朝着智能化方向升级,燃煤锅炉的燃烧效率是衡量锅炉运行状况的重要指标。为了满足实时计算锅炉热效率的要求,借助于电厂的日常测量数据计算锅炉效率,计算方法为:①分析锅炉的燃烧运行特征;②根据提取的特征采用剔除异常数据、稳态判别、相似性处理的预处理方法,生成更好的训练样本;③采用遗传算法改进的神经网络算法建立锅炉排烟温度、飞灰含碳量和煤质灰分之间的计算模型;利用燃煤热值与理论空气量的比例关系计算入炉煤热值,计算值用于锅炉热效率的反平衡计算模型。计算结果表明,神经网络模型的预测值能满足工程计算的要求;计算所得的排烟温度、飞灰含碳量与煤质灰分用于锅炉效率的计算过程,可实现实时动态的锅炉效率计算;计算所得锅炉效率的变化与实际蒸发量变化基本一致。锅炉实际蒸发量下降时,锅炉效率降低;锅炉实际蒸发量保持60%以上额定蒸发量时,锅炉效率易保持在较高水平。

0.3MW(th)CFB锅炉烟道喷射生物质活性炭脱汞试验研究

活性炭喷射(activated carbon injection,ACI)是燃煤电厂烟气高效脱汞技术。采用1%NH_4Br溶液对稻壳活性炭浸渍改性,制备NH_4Br改性稻壳活性炭(Br-RHC)脱汞吸附剂。利用比表面积分析仪(Brunauer-Emmet-Teller,BET)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)和X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)等表征手段对吸附剂的理化性质进行了表征。在0.3MW(th)燃煤循环流化床锅炉中试装置上,进行了改性稻壳活性炭吸附剂烟气喷射脱汞试验研究。结果表明:吸附剂改性后的比表面积、微孔容积与总孔容积均有一定程度的增加;改性后吸附剂孔隙结构发达,石墨化程度较高,NH_4Br以非晶体形态担载在吸附剂表面。喷射脱汞效率随着喷射量的增大先增加后稳定,在碳汞比为16000时脱汞效率为79.44%。喷射脱汞效率随着喷射温度的升高而升高,由142℃的57.74%升高为200oC的79.48%。烟气中SO_2对喷射脱汞效率有抑制作用,NO对喷射脱汞效率有促进作用。汞排放浓度为0.35mg/m^3,污染物控制装置(air pollution control devices,APCDs)对烟气中Hg^0、Hg^(2+)与Hg^p的协同脱除率分别为98.83%、88.00%与100%。

高岭土高温吸附重金属和碱金属的研究进展

高岭土在高温下对碱金属和重金属具有吸附能力,可以解决煤、生物质和垃圾等在燃烧、气化等过程中产生的结渣、积灰、腐蚀以及重金属和超细颗粒物排放等问题。国内外学者已对此进行了长期研究,但仍存在相关的难度和问题,因此本文从高岭土高温结构特征、研究方法、高温吸附机理、高温吸附技术应用效果以及高岭土改性等5个方面介绍了相关重要成果,并结合前人研究成果和作者自身的研究经验,提出了本领域研究的展望。指出缺乏简便而准确的金属蒸气定量发生装置和在线检测装置严重阻碍了高岭土高温吸附的试验研究,亟待开发出对应的新方法或新设备;高岭土高温吸附的同时其结构因为高温也在发生畸变,掌握其中的关联是理解高温吸附行为的关键之一;烟气组分对吸附的影响研究仍不充分,因此目前无法形成复杂烟气组分下的高岭土高温吸附行为规律和数学描述;技术应用过程中,高岭土添加量较大(通常大于3%),可能对燃烧或气化工艺产生不良影响,抑制了其工业应用;高岭土改性是提升吸附效率、降低高岭土用量的有效方法,改性工艺仍有待深入研究,但因为吸附后高岭土难以分离回收和循环再生,改性成本必须低。

鼓泡流化床稻草与污泥共气化试验

对工农业废弃物进行再利用对于保护环境和节约资源具有重要意义。本文在鼓泡流化床上进行了稻草与污泥共气化试验,分别分析了气化当量比、原料含水率和污泥掺混比对气化特性和焦油产量的影响。结果表明:当量比从0.2增加至0.4的过程中,产气中的可燃组分浓度、产气热值和气化效率均呈现先略有增大后逐渐减小的趋势,气化效率在当量比为0.25左右最大达到53.8%;在整个过程中,气化焦油产量随着当量比的增大而逐渐减小。原料含水率的增大对于气化具有削弱作用,随着含水率从5%增大到20%,产气中的可燃组分浓度均逐渐减小,产气热值、气体产率和气化效率在含水率为20%时均达到最低;焦油产量先增大后有所减小。在污泥掺混比从0增至30%过程中,H2的浓度基本不变,CH4和CO的浓度先增加后减小,产气热值和气化效率在掺混比为20%时均达到最好;焦油产量随污泥掺混比增加先逐渐减小后略微增大。

燃气锅炉污泥气化气体燃烧过程数值模拟

采用Ansys Fluent软件模拟了1个基础工况与8个对比工况下污泥气化气体在某燃气锅炉炉内的流动及燃烧过程。结果表明:炉内气流旋转上升的同时剧烈燃烧;基础工况下底部喷口截面最高平均温度可达1 200 K;改变空气和燃气入口速度对炉内燃烧温度以及氧气、二氧化碳体积分数有较大影响;增大燃气入口速度后,底部喷口截面平均温度达到1 300 K,该区域平均氧气体积分数明显减小;污泥气化气体中可燃组分增大会使炉内燃烧反应加剧,燃气中一氧化碳体积分数增大到18%时,底部喷口截面平均温度达到1 400 K,但对大部分炉膛高度下的平均氧气体积分数和平均二氧化碳体积分数的影响较小。