W火焰锅炉SCR脱硝超低排放技术及应用

截至2021年底,全国已有超过95%的燃煤火电机组实现了氮氧化物超低排放,剩余均为燃用无烟煤的W火焰锅炉,其产生的氮氧化物质量浓度高达750~1200 mg/m^(3),实现超低排放难度大,是我国实现超低排放政策的“最后一公里”。目前,选择性催化还原(SCR)脱硝流场技术主要有“SCR分区混合动态调平技术”“全烟道断面混合流场技术”“常规精准喷氨技术”等。以某设计脱硝效率需高达95%的W火焰锅炉为例,通过计算流体力学(CFD)模拟的方式对比3种技术的性能指标,“SCR分区混合动态调平技术”的各项指标明显优于其他技术。工程改造后,在脱硝系统入口氮氧化物质量浓度为1000 mg/m^(3),出口低于50 mg/m^(3)时,可实时保持氨逃逸量小于3μL/L,远超常规SCR脱硝系统最高设计效率(93%),为W火焰锅炉氮氧化物超低排放提供了新的技术路线。

基于AMESim的柴油机SCR系统NO_(X)转化率仿真与验证

为研究车用柴油机SCR系统催化转化效率的影响因素,利用AMESim软件建立SCR系统仿真模型,结合台架试验,分析了排气温度、NO_(2)/NO_(X)值以及排气流量对系统NO_(X)转化率的影响。将不同温度下SCR系统仿真输出的NO_(X)转化率数据进行了实验验证,结果表明模型预测误差小于5%。仿真结果显示:SCR系统的NO_(X)转化率会随排气温度升高而明显增大,370~450℃为系统性能的最佳温度区间,NO_(X)转化率最大值均在88%以上。NO_(X)转化率随着NO_(2)/NO_(X)值的提高而增加,且当NO_(2)/NO_(X)值为55%~60%时达到峰值。当排气温度处于400~450℃之间时,NO_(X)转化率受排气流量影响较小,转化率稳定在90%左右。确定了SCR系统在发动机不同工况条件下的工作性能,为后续的尿素喷射控制研究提供指导依据。

SCR脱硝系统的RBF条件积分滑模参数优化控制

针对选择性催化还原(SCR)脱硝系统在火电机组深度调峰下因系统特性随着机组负荷改变而难以控制的问题,提出基于径向基函数(RBF)的条件积分滑模优化控制方案,用条件积分滑模减少抖振与调节时间,用RBF实时逼近SCR脱硝系统特性改变下的未知扰动以提高系统鲁棒性。并提出一种纳什均衡量子粒子群寻优(NEQPSO)算法,以获得RBF条件积分滑模控制方案的最优参数,并在20%~100%的机组负荷下进行仿真实验。结果表明:优化后的RBF条件积分滑模控制与传统控制方案相比超调量降低50.26%、调节时间缩短13.55%,在干扰信号下超调量仅有1.50%,其响应速度更快、抗干扰能力更强、鲁棒性更好。

基于深度强化学习的SCR脱硝系统协同控制策略研究

针对选择性催化还原(SCR)脱硝系统大惯性、多扰动等特点,提出了一种基于多维状态信息和分段奖励函数优化的深度确定性策略梯度(DDPG)协同比例积分微分(PID)控制器的控制策略。针对SCR脱硝系统中存在部分可观测马尔可夫决策过程(POMDP),导致DDPG算法策略学习效率较低的问题,首先设计SCR脱硝系统的多维状态信息;其次,设计SCR脱硝系统的分段奖励函数;最后,设计DDPG-PID协同控制策略,以实现SCR脱硝系统的控制。结果表明:所设计的DDPG-PID协同控制策略提高了DDPG算法的策略学习效率,改善了PID的控制效果,同时具有较强的设定值跟踪能力、抗干扰能力和鲁棒性。

高效型SCR尿素计量泵精度标定台方案设计

SCR技术已成为柴油车降低NOX排放的主流技术方法。尿素泵作为SCR系统的核心部件之一,其计量精度直接影响系统运行效率。针对传统的尿素泵标定方法的不足,提出一种基于微小椭圆齿轮流量计的尿素计量泵精度标定台,设计了气助型和非气助型尿素泵标定方案,对于无回流型尿素计量泵,可采用单流量计装在吸液管上直接测量。对于有脉动强且有回流的尿素计量泵,使用“减重”法测量,在吸液管与回液管各安装一个椭圆齿轮流量计,通过差值的办法得到尿素喷射量。经过实践,实时性强,精度高。

Mn/TiO_(2)低温SCR催化剂钾中毒机理研究

Mn/TiO_(2)具有良好的低温NH3选择性催化还原NOx(SCR)的活性。烟气中存在的碱金属会从物理和化学上毒害催化剂导致Mn/TiO_(2)催化剂中毒失活。论文以暴露{101}面TiO_(2)为载体制备Mn/TiO_(2)催化剂,采用浸渍法制备K中毒催化剂,研究了Mn/TiO_(2)低温SCR催化剂钾中毒机理。实验发现,Mn/TiO_(2)催化剂脱硝效率随K中毒浓度增加而减少;新鲜Mn/TiO_(2)催化剂表面NH3-SCR反应由E-R和L-H机理共同控制;K吸附会导致催化剂比表面积降低,催化剂表面Mn4+、化学吸附氧比例降低,表面酸性位点数量减少,导致脱硝活性降低;同时K更易吸附在Mn顶位以及桥接O位附近,导致NO的吸附活化受到严重遏制,同时削弱NH3的吸附,使得L-H机理受到阻断,只能以E-R机理控制为主。

基于初始氨覆盖率寻优的燃煤电站SCR脱硝系统机理建模

随着新能源发电大规模并网,燃煤机组工况快速变化,选择性催化还原(SCR)反应器入口氮氧化物(NO_(x))浓度剧烈波动。传统PID控制已无法满足NO_(x)的超低排放标准,需要建立准确的模型对出口NO_(x)浓度进行预测,以实现快速准确的喷氨量控制。然而,在机理建模的过程中,氨覆盖率这一关键数据因无法测量而缺失,直接影响模型精度。为了解决氨覆盖率缺失的问题,提出了一种名为初始氨覆盖率寻优的方法。采用改进的粒子群优化(IPSO)方法,通过燃煤电厂运行数据对机理模型反应常数和初始氨覆盖率进行校准。结果表明:经过初始氨覆盖率寻优,机理模型预测的出口NO_(x)浓度精度得到了显著提升,典型工况下,测试集平均绝对百分比误差下降了17.1%。

NH_(3)SO_(3)改性稀土尾矿催化剂NH_(3)-SCR脱硝活性及SO_(2)/H_(2)O耐受性能研究

采用球磨、微波焙烧方法制备了不同质量分数NH_(3)SO_(3)改性稀土尾矿NH_(3)-SCR脱硝催化剂。通过BET、SEM-EDS、XRD、NH_(3)-TPD、H_(2)-TPR分析了催化剂脱硝活性及SO_(2)/H_(2)O耐受性能。结果表明:NH_(3)SO_(3)改性使催化剂脱硝活性得到了显著提高,10%NH_(3)SO_(3)改性催化剂在300~350℃脱硝活性可达90%左右。SO_(2)/H_(2)O共同作用可将10%NH_(3)SO_(3)改性催化剂脱硝活性提高至97%,其促进作用保持了良好的稳定性,且具有可逆性。NH_(3)SO_(3)改性稀土尾矿后,催化剂比表面积、酸性位点及强度增加,表面活性物质分散度更高,弱化了尾矿矿物晶型,提高了催化剂吸附能力和氧化还原能力,从而提高催化脱硝活性,同时具备优良的SO_(2)/H_(2)O耐受性。

SCR脱硝系统的串级自耦PID控制方法

针对选择性催化还原(SCR)脱硝系统具有多扰动、大惯性和模型不确定性等特性,提出了一种基于自耦比例积分微分(SCPID)控制理论的控制方法。该方法将SCR脱硝系统中的内部扰动、外界扰动与模型不确定性等一切复杂因素定义为总扰动,进而将该系统映射为线性扰动系统,据此构建了一个在总扰动反相激励下的受控误差系统,然后针对SCR脱硝系统的内环和外环系统分别设计了自耦PID控制器,使得控制力的量纲与被控系统相匹配,最后采用3个仿真试验验证所提方法的有效性。结果表明:所提出的SCPID控制方法响应速度快、无超调、抗干扰能力强,同时具有良好的鲁棒性。

废SCR催化剂含钒砷碱浸液选择性分离工艺

碱浸法被广泛应用于从废脱硝催化剂中浸取回收钒、钨等有价资源。由于钒和砷的化学性质相似,在碱浸过程中,砷与钒一同溶解到浸出液,导致后续钒元素回收困难,并且处理过程产生有毒废水,危害环境安全。提出了同步钙沉—酸溶—铁盐除砷—钙盐沉钒工艺,在钙沉过程中,通过加入氢氧化钙将钒和砷转化为钒酸钙和砷酸钙固定下来,实现了钒砷高效沉淀与碱溶液回收。酸溶后,采用硫酸亚铁沉淀法实现了酸液中钒砷的有效分离,砷以砷酸铁的形式固定在沉淀渣中。最佳工艺条件为:H 2O 2预氧化30 min、溶液初始pH=3.0、反应温度30℃、反应时间3 h。砷的沉淀率为97.26%,钒的损失率为1.84%。向获得的含钒滤液中加入氢氧化钙得到钒酸钙。该工艺实现了废SCR脱硝催化剂碱性浸出液中钒、砷的高效分离,同时实现了高碱度溶液的回收。

过渡金属掺杂对MnO_(x)-CeO_(2)低温SCR性能的影响

通过水解驱动氧化还原法合成了掺杂过渡金属的2Mn-Ce-M(M为Fe,Cu,Ni,Cr)催化剂,考察了过渡金属掺杂对低温SCR脱硝性能的影响.其中2Mn-Ce-0.2Cr催化剂比表面积较大,氧化还原能力适中,具有丰富的酸性位点和氧空位、最高的化学吸附氧含量及酸位强度,有利于低温下NH_(3)-SCR反应的顺利进行.2Mn-Ce-0.2Cr催化剂的低温NH_(3)-SCR活性最好,能在100~225℃的宽温度区间内保持80%以上的NO_(x)转化率,在125℃时NO_(x)转化率更是达到99.1%,为中低温催化还原烟气中的NO_(x)提供了新思路.此外,2Mn-Ce-0.2Cr还具有良好的抗硫抗水能力,在150℃下,加入40×10^(-6)的SO_(2)反应5 h,其催化活性稳定在98%;在3%的水蒸气下,其效率保持在95%以上.

V-MoO_(x)对FeTiO_(x)/TiO_(2)催化剂上NH_(3)-SCR反应活性的影响

氮氧化物(NO_(x))是当前重要的大气污染物之一,其主要治理技术有选择性催化还原(SCR)、吸附法等,其中前者应用最为广泛。随着中低温SCR脱硝技术在钢铁、水泥、垃圾焚烧等行业的应用,NO_(x)排放得到有效控制。催化剂是SCR技术的核心,以FeTiO_(x)/TiO_(2)催化材料为主要研究对象,考察该催化剂及负载V_(2)O_(5)和MoO_(3)后的V-Mo/FeTiO_(x)/TiO_(2)催化剂的SCR性能,通过多项表征技术研究催化剂结构与性能的关系,为脱硝催化剂性能优化提供参考。结果表明:V-Mo/FeTiO_(x)/TiO_(2)催化剂因其较好的氧化还原性能、较多的弱酸性位点,在200-400℃范围内具有较高的催化活性;催化剂吸附NH_(3)前后的IR结果表明,负载钒钼后的催化剂L酸位点和B酸位点强度均高于负载前的催化剂,吸附NO_(2)前后的IR结果表明FeTiO_(x)/TiO_(2)催化剂表面的活性位点被大量硝酸盐物种覆盖。

载体酸洗对SCR脱硝催化剂性能影响研究

为实现废SCR催化剂中高含量TiO_(2)载体的绿色再利用,对碱浸渣体进行酸洗脱钠回收TiO_(2),后采用等体积共浸渍法制备V_(2)O_(5)-WO_(3)/TiO_(2)催化剂。考察了H_(2)SO_(4)洗涤浓度、焙烧温度对再合成SCR催化剂脱硝活性和物化性质的影响。研究表明:H_(2)SO_(4)能够有效脱除浸出渣中残留的碱金属和碱土金属,同时含有的SO_(4)^(2-)离子可发挥改性作用,增加催化剂的Bronsted酸性位点量,提高氧化还原性。与废催化剂相比,优化工艺下制备的SCR催化剂比表面积、氧化还原性及表面酸性位点量得到提升,脱硝活性明显恢复且低温脱硝段接近于商业催化剂水平。

重型柴油机匹配双喷SCR系统实现超低排放的研究

以一款满足国六b排放标准的重型柴油机为研究对象,探索匹配双喷铜基SCR系统实现超低排放的潜力。研究表明:匹配双喷SCR系统的柴油机通过排气热管理优化、氨存储和当量喷射策略的协同优化,具有满足欧七排放草案限值的能力。同时发现,尿素喷射会大幅度增加PN排放,对PN_(10)的影响远大于对PN_(23)的影响,其中ufSCR的尿素喷射对PN_(10)排放影响较大,可通过优化SCR混合器降低PN_(10)排放。发动机本体的N_(2)O排放较低,N_(2)O主要在催化器产生,特别是SCR和ASC单元;在不同温度区间NO_(2)的生成机理和速率有较大区别,与尿素喷射量有较大关联性。

SCR系统压力旋流式喷嘴结构对近场喷雾特性的影响

选择性催化还原(SCR)系统是柴油机脱除尾气NO_(x)的核心,喷嘴的雾化性能直接影响NO_(x)转化率及尿素结晶,压力旋流式喷嘴比直流式喷嘴更有性能优势.以新设计的一款压力旋流式喷嘴为对象,结合试验数据,基于流体体积函数(VOF)法,耦合喷嘴内旋流与喷嘴外近场喷雾开展三维数值模拟,精准获取旋流液膜厚度、液膜锥角.基于喷孔内部流场与索特平均直径(SMD)的关系模型,实现喷嘴结构对喷雾雾化性能的直接耦合研究,进而获得了旋流室长度、旋流室直径、出口段长度和出口段孔径等压力旋流式喷嘴关键结构参数对喷雾性能的影响特性,结果表明:喷嘴几何参数调整需由气核生长情况判断;当气/液两相分界面呈多级阶梯型时,减小旋流室长径比、出口段长径比均可有效降低喷雾粒径,增强雾化效果.该新设计的压力旋流式喷嘴具备SMD小于30μm的潜力.

催化剂结构对SCR脱硝性能影响分析

为评估新能源大规模并网下,煤电机组频繁调峰引起选择性催化还原(selective catalytic reaction,SCR)脱硝装置氨逃逸率的变化问题,通过MATLAB编程方法构建SCR脱硝三维数值模型,就催化剂结构参数对脱硝性能的影响进行了研究。结果表明:催化剂孔节距对脱硝效率及氨逃逸率影响显著,反应温度为629.15K时,催化剂孔节距从6 mm增加到12 mm,SCR脱硝效率由72.63%降到51.04%,氨逃逸率由9.76%上升到25.1%;SCR脱硝性能随催化剂长度增加而增强,反应温度为639.15 K时,催化剂长度从300 mm增加到1000 mm,脱硝效率由36.23%上升至69.05%;氨逃逸率由51.15%降低至8.90%。电厂负荷下降有利氨逃逸率降低,负荷从550 MW降低至330 MW脱硝效率由67.71%上升至73.28%,氨逃逸率由1.1%降低至0.14%。煤质劣化使氨逃逸率上升,煤质热值由16747.2 J下降至15491.16 J脱硝效率由71.14%上升至71.73%,氨逃逸率由1.47%上升至1.72%。

SCR催化器失效故障诊断和容错控制方法研究

针对SCR催化器由于老化、硫中毒等因素出现的失效故障,基于转化效率对其进行故障评估,并引入了一种失效因子,用来表征SCR催化器的失效程度。在此基础上,对不同工况下的尿素喷射量进行修正,以保证尾气排放符合OBD限值要求。最后,以某型号6缸高压共轨柴油机为对象,加装已经部分老化失效的后处理系统进行台架验证。试验结果表明:通过失效因子修正后,稳态循环工况下,发动机尾气排放为1.4 g/(kW·h),瞬态循环工况下,排放为1.77 g/(kW·h),与催化器失效前的值基本相当,均低于非道路国四阶段法规要求,有效地降低了催化器失效对SCR系统造成的负面影响。

基于氨存储模型的SCR系统尿素喷射控制策略研究

以某型号6缸高压共轨柴油机为研究对象,开发了一种基于氨存储模型的SCR系统尿素喷射控制策略。通过氨存储量对目标转化效率和尿素喷射量的修正,实现了尿素喷射量的精准控制。试验结果表明:台架试验稳态循环NO_(x)排放1.132 g/(kW·h),瞬态循环NO_(x)排放1.639 g/(kW·h),均低于非道路国四阶段法规要求;同时,该控制策略的尿燃比达到了5.56%,相比于开环控制,提高了经济性,有效地降低了尿素结晶的风险。

废SCR脱硝催化剂碱性浸出液制备白钨精矿工艺研究

目前,通常采用氢氧化钠碱浸法从废SCR脱硝催化剂中提取钨,得到含钨碱性浸出液。该浸出液中除钨之外还含有钒、硅、硫等杂质元素,并且由于溶液碱浓度较高,传统的萃取和吸附方法难以实施,传统盐酸中和-氯化钙沉淀法则会引入Cl-导致设备腐蚀。本文提出了一种新的硫酸镁脱硅-氧化钙沉淀工艺,进行除硅沉钨,制备白钨精矿。在硫酸镁脱硅过程中,通过使用硫酸来调节体系pH值为11,在镁硅摩尔比为0.9的条件下,可达到97.6%的硅脱除率。利用氧化钙将脱硅液沉淀生产白钨精矿,在钙钨摩尔比为1.1、温度108℃沸腾的最佳工艺条件下,得到的白钨精矿产品中WO3含量达到74.69%,硫含量为0.90%,硅含量为1.00%,满足YS/T 231—2015白钨精矿一级品标准。该工艺实现了废SCR脱硝催化剂碱性浸出液中钨的高效回收,同时避免了传统盐酸中和-氯化钙沉淀制备白钨精矿过程中引入Cl-可能导致设备腐蚀的问题。

SCR系统尿素喷嘴雾化特性与结晶风险研究

为研究发动机SCR系统尿素喷嘴雾化特性和结晶风险,探究了不同喷嘴雾化性能以及不同雾化性能对尿素结晶影响,结果表明SCR系统尿素喷嘴主要通过改变雾化方式和提高喷射压力来提高喷雾的雾化效果,即通过降低喷雾液滴的索特平均直径(SMD)来提高喷雾的雾化效果,达到降低尿素结晶的目的。在同等喷射压力下,气助式尿素喷嘴产生的喷雾的SMD比非气助式喷嘴产生的喷雾的SMD更小,雾化效果更好,相同工况下结晶量更少;而同样类型的喷嘴,其喷雾SMD随着喷射压力的提高逐渐减小,喷雾SMD越小,雾化效果越好,相同工况下结晶量越少。