燃煤超低排放系统协同脱除优化研究
发布时间：2021-12-23 16:20
随着用电需求的逐年增加,燃煤火力发电作为我国生产电能的主要方式,煤炭燃烧排放出二氧化硫、氮氧化物、粉尘等污染物对环境造成了严重破坏。针对污染物问题,燃煤超低排放系统对多种污染物进行脱除处理。但是该系统里诸多设备之间进行单独优化控制,难以实现污染物低成本高效脱除。本文对燃煤超低排放系统整体运行成本进行研究,提出了一种改进协同优化方法,建立了该系统运行成本优化模型,并利用改进协同优化方法进行优化,在符合超低排放标准并有效降低运行成本具有重要意义。本文的主要研究内容如下:（1）针对协同优化算法存在可行域和初始点的问题,从系统级和学科级优化两方面对协同优化算法进行改进。在系统级约束条件中加入松弛因子确保了寻优可行域的存在,且改进的松弛因子提高了寻优能力;在学科级优化的目标函数中加入系统级目标函数,使学科级寻优点在系统级与学科级共同作用下减少初始点的影响,提出了一种改进的协同优化算法。通过数值优化和减速器设计优化案例,将改进的协同优化算法与标准协同优化、松弛协同优化进行仿真对比,验证了改进算法具有更好的寻优能力。（2）根据燃煤超低排放系统各设备的运行成本模型和脱除原理,将可调工况的参数范围和超低...
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
燃煤超低排放系统脱除流程图
杭州电子科技大学硕士学位论文7第2章超低排放系统优化研究相关知识本章将介绍典型的燃煤超低排放系统装置，主要由选择性催化还原脱硝装置（SCR）、干式静电除尘装置（ESP）、石灰石-石膏湿法脱硫装置（WFGD）与湿式静电除尘装置（WESP）四个污染物脱除系统设备组成[53]。其次，介绍几种多学科设计优化的架构，对标准协同优化的基本思想和优化模型进行详细的说明，分析协同优化算法存在的优缺点。2.1燃煤超低排放系统2.1.1选择性催化还原脱硝装置选择性催化还原脱硝装置主要由SCR反应器、SCR催化剂、液氨供应系统等组成。其脱硝技术主要利用3NH与NO反应，在一个限定的温度范围内催化剂将烟气中的NO还原成2N和2HO。选择性催化还原脱硝的关键在于合理选择催化剂、优化设计反应器及烟道系统的流尝合理设计氨烟气混合系统。SCR催化剂通常使用2TiO为载体的25VO或3WO及3MoO等金属氧化物[54]。图2.1选择性催化还原脱硝装置示意图图2.1为典型的选择性催化还原脱硝装置，锅炉燃烧产生含有XNO污染物的烟气从装置上部入口进入。氨泵抽取的液氨经过蒸发器形成氨气，由稀释风机进行稀释再经注入栅格喷入反应塔中。在满足特定的温度范围条件下，氨气经过催化剂层能与污染物中XNO发生选择性还原反应，将烟气中的XNO还原成为氮气从而实现烟气脱硝。其发生的主要化学反应如下所示：
杭州电子科技大学硕士学位论文832224NO+4NH+O4N+6HO（2.1）232222NO+4NH+O3N+6HO（2.2）其发生的副化学反应如下所示：223SO1/2OSO（2.3）3224SOHOHSO（2.4）其发生的副化学反应可知，烟气中的部分2SO、3SO污染物在SCR装置中会被吸收。烟气中包含了大量的粉尘，在进行催化还原反应过程中粉尘容易吸附在催化剂的表面减少了催化作用的接触面积，降低了脱硝的效率。所以在催化剂层安装了吹灰风机对催化剂表面进行定期的吹风清扫，减少粉尘对催化剂的影响，确保SCR装置高效稳定的脱除氮氧化物。2.1.2干式电除尘装置干式电除尘装置主要由灰斗、放电极、集尘极板、气流分布装置、振打清灰装置等组成[55]，其结构如图2.2所示。图2.2干式静电除尘装置示意图干式电除尘装置的工作原理：放电极和集尘极在高压直流电的作用下发生电离使烟气中的粉尘颗粒得到负电荷。带负电荷的粉尘在电场力的作用下往集尘板方向移动，使粉尘沉积于极板从而实现烟气的除尘。气流分布装置的作用是使粉尘颗粒的烟气分布均匀进入除尘电场，有效提高除尘的效率。振打清灰装置的作用是及时清除沉积在电极和极板上的粉尘。当电极和极板上的粉尘过多时，会影响放电效率和气流流速从而影响除尘效率。振打清灰装置的振打频率和强度必须选择适当。当振打的频率越高、强度越大，容易产生粉尘二次飞扬。当振打的频率越低、强度越弱，会出现大块的粉尘撞击灰斗产生二次飞扬。
【参考文献】：
期刊论文
[1]F掺杂改性及其制备方法优化对V2O5-WO3/TiO2催化剂低温SCR脱硝性能的影响[J]. 崔晶,黄华存,董文华,安学文. 环境工程学报. 2018(11)
[2]SCR脱硝超低排放工程改造流场优化[J]. 叶兴联,杨丁,郭俊,刘栋栋,苏寅彪,安希忠. 环境工程学报. 2018(06)
[3]一种自适应的协同优化算法及其仿真[J]. 朱枫,郑松,葛文锋,葛铭. 杭州电子科技大学学报(自然科学版). 2017(05)
[4]基于CFD技术的SCR脱硝系统设计研究[J]. 杨秀杰. 有色设备. 2017(03)
[5]一种改进的协同优化算法[J]. 徐傲,郑松,葛铭,王强,王春林. 计算机工程与科学. 2016(11)
[6]燃煤烟气湿法脱硫系统模型及优化运行[J]. 郝润龙,赵毅,郭天祥. 动力工程学报. 2016(10)
[7]百万千瓦燃煤机组烟气超低排放设计及应用[J]. 孟炜,李清毅,胡达清,高翔. 热能动力工程. 2016(01)
[8]基于动态罚函数的PSO-CO算法[J]. 陈超核,姚壮乐. 吉林师范大学学报(自然科学版). 2014(03)
[9]基于渐近松弛的协同优化方法[J]. 方鹏亚,常新龙,胡宽,张有宏. 上海交通大学学报. 2013(12)
[10]舰船总体设计中的多学科优化技术[J]. 周奇,陈立,许辉,黄卫刚. 船舶与海洋工程. 2013(03)
博士论文
[1]多学科设计优化关键技术研究及其在机构学领域中的应用[D]. 张静.西南交通大学 2008
硕士论文
[1]燃煤机组超低排放环保岛协同运行优化研究[D]. 徐哲炜.浙江大学 2018
[2]基于协同优化方法的汽车车身性能多学科优化[D]. 程雨婷.北京理工大学 2016
[3]基于响应面法的车内结构噪声控制研究[D]. 周萍.湖南大学 2011
[4]工业电除尘装置的节能优化与控制器设计[D]. 徐高峰.大连理工大学 2009
本文编号：3548796
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
燃煤超低排放系统脱除流程图
杭州电子科技大学硕士学位论文7第2章超低排放系统优化研究相关知识本章将介绍典型的燃煤超低排放系统装置，主要由选择性催化还原脱硝装置（SCR）、干式静电除尘装置（ESP）、石灰石-石膏湿法脱硫装置（WFGD）与湿式静电除尘装置（WESP）四个污染物脱除系统设备组成[53]。其次，介绍几种多学科设计优化的架构，对标准协同优化的基本思想和优化模型进行详细的说明，分析协同优化算法存在的优缺点。2.1燃煤超低排放系统2.1.1选择性催化还原脱硝装置选择性催化还原脱硝装置主要由SCR反应器、SCR催化剂、液氨供应系统等组成。其脱硝技术主要利用3NH与NO反应，在一个限定的温度范围内催化剂将烟气中的NO还原成2N和2HO。选择性催化还原脱硝的关键在于合理选择催化剂、优化设计反应器及烟道系统的流尝合理设计氨烟气混合系统。SCR催化剂通常使用2TiO为载体的25VO或3WO及3MoO等金属氧化物[54]。图2.1选择性催化还原脱硝装置示意图图2.1为典型的选择性催化还原脱硝装置，锅炉燃烧产生含有XNO污染物的烟气从装置上部入口进入。氨泵抽取的液氨经过蒸发器形成氨气，由稀释风机进行稀释再经注入栅格喷入反应塔中。在满足特定的温度范围条件下，氨气经过催化剂层能与污染物中XNO发生选择性还原反应，将烟气中的XNO还原成为氮气从而实现烟气脱硝。其发生的主要化学反应如下所示：
杭州电子科技大学硕士学位论文832224NO+4NH+O4N+6HO（2.1）232222NO+4NH+O3N+6HO（2.2）其发生的副化学反应如下所示：223SO1/2OSO（2.3）3224SOHOHSO（2.4）其发生的副化学反应可知，烟气中的部分2SO、3SO污染物在SCR装置中会被吸收。烟气中包含了大量的粉尘，在进行催化还原反应过程中粉尘容易吸附在催化剂的表面减少了催化作用的接触面积，降低了脱硝的效率。所以在催化剂层安装了吹灰风机对催化剂表面进行定期的吹风清扫，减少粉尘对催化剂的影响，确保SCR装置高效稳定的脱除氮氧化物。2.1.2干式电除尘装置干式电除尘装置主要由灰斗、放电极、集尘极板、气流分布装置、振打清灰装置等组成[55]，其结构如图2.2所示。图2.2干式静电除尘装置示意图干式电除尘装置的工作原理：放电极和集尘极在高压直流电的作用下发生电离使烟气中的粉尘颗粒得到负电荷。带负电荷的粉尘在电场力的作用下往集尘板方向移动，使粉尘沉积于极板从而实现烟气的除尘。气流分布装置的作用是使粉尘颗粒的烟气分布均匀进入除尘电场，有效提高除尘的效率。振打清灰装置的作用是及时清除沉积在电极和极板上的粉尘。当电极和极板上的粉尘过多时，会影响放电效率和气流流速从而影响除尘效率。振打清灰装置的振打频率和强度必须选择适当。当振打的频率越高、强度越大，容易产生粉尘二次飞扬。当振打的频率越低、强度越弱，会出现大块的粉尘撞击灰斗产生二次飞扬。
【参考文献】：
期刊论文
[1]F掺杂改性及其制备方法优化对V2O5-WO3/TiO2催化剂低温SCR脱硝性能的影响[J]. 崔晶,黄华存,董文华,安学文. 环境工程学报. 2018(11)
[2]SCR脱硝超低排放工程改造流场优化[J]. 叶兴联,杨丁,郭俊,刘栋栋,苏寅彪,安希忠. 环境工程学报. 2018(06)
[3]一种自适应的协同优化算法及其仿真[J]. 朱枫,郑松,葛文锋,葛铭. 杭州电子科技大学学报(自然科学版). 2017(05)
[4]基于CFD技术的SCR脱硝系统设计研究[J]. 杨秀杰. 有色设备. 2017(03)
[5]一种改进的协同优化算法[J]. 徐傲,郑松,葛铭,王强,王春林. 计算机工程与科学. 2016(11)
[6]燃煤烟气湿法脱硫系统模型及优化运行[J]. 郝润龙,赵毅,郭天祥. 动力工程学报. 2016(10)
[7]百万千瓦燃煤机组烟气超低排放设计及应用[J]. 孟炜,李清毅,胡达清,高翔. 热能动力工程. 2016(01)
[8]基于动态罚函数的PSO-CO算法[J]. 陈超核,姚壮乐. 吉林师范大学学报(自然科学版). 2014(03)
[9]基于渐近松弛的协同优化方法[J]. 方鹏亚,常新龙,胡宽,张有宏. 上海交通大学学报. 2013(12)
[10]舰船总体设计中的多学科优化技术[J]. 周奇,陈立,许辉,黄卫刚. 船舶与海洋工程. 2013(03)
博士论文
[1]多学科设计优化关键技术研究及其在机构学领域中的应用[D]. 张静.西南交通大学 2008
硕士论文
[1]燃煤机组超低排放环保岛协同运行优化研究[D]. 徐哲炜.浙江大学 2018
[2]基于协同优化方法的汽车车身性能多学科优化[D]. 程雨婷.北京理工大学 2016
[3]基于响应面法的车内结构噪声控制研究[D]. 周萍.湖南大学 2011
[4]工业电除尘装置的节能优化与控制器设计[D]. 徐高峰.大连理工大学 2009
本文编号：3548796
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3548796.html
