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我国煤炭资源丰富，是世界上最大的煤炭生产国和消费国。煤电是我国煤炭的主要利用方向，煤电生产过程中排放的大量污染物，如烟尘、SO2、NOx、CO、CO2、Hg等，对人类健康和生态环境造成极大危害。循环流化床锅炉燃烧技术是燃用劣质煤炭的高效清洁煤燃烧技术，具有煤种适应性广，负荷调节能力强，污染物超低排放等优点，在我国发展迅猛。
由于煤种的多变性，循环流化床的大型化发展需要大力开展试验和数值模拟方法研究，提供基础性理论和试验数据的支撑。利用Aspen Plus模拟煤燃烧是可行可靠的方法，一般采用软件自带模型，对化学反应动力学和流体动力学方面考虑较少，鲜有对锅炉煤燃烧和烟气污染物控制的全流程模拟报道。
东南大学段钰锋教授团队以东南大学0.3 MWthCFB燃煤中试装置为研究对象，利用Aspen Plus软件对锅炉煤燃烧和燃煤烟气污染物控制单元进行全流程建模，涉及的污染物控制装置包括SCR脱硝，布袋除尘（FF）和石灰石-石膏法湿法脱硫（WFGD）子系统。建模过程中考虑SCR对SO2的氧化作用以及后续WFGD中SO3的脱除，同时关注从煤燃烧到污染物控制装置的整个流程中各单元物质流之间的质量平衡关系，并与中试装置实测数据进行对比，验证模型的有效性。探究CFB锅炉系统运行参数对NOx、SOx脱除效率的影响，并分析SO3形成的影响因素，为循环流化床锅炉污染物排放和控制提供参考。
图1 0.3MWth循环流化床煤燃烧中试装置系统
图2 0.3MWth循环流化床中试装置煤燃烧系统模拟流程
图3 反应温度对NOx和SOx的影响
图4 过量空气系数对NOx和SOx的影响
图5 反应温度对脱硝率和SO3生成的影响
图6 氨氮摩尔比对脱硝率和SO3生成的影响
图7 钙硫比对脱硫率和SO3生成的影响
图8 入口烟气温度对脱硫率和SO3生成的影响
结果表明：
1）在循环流化床煤燃烧条件下，温度升高会促进NH3、HCN等前驱物的转化，促进燃料氮生成NOx。高温条件下，硫酸盐分解生成SO2反应的化学平衡向正方向移动，但反应速率会随温度和浓度的升高而降低，SO3则与之相反。
2）SCR脱硝过程中，脱硝效率随着温度升高而增加，最佳反应活性温度在360 ℃左右；SO3浓度在SCR反应温度380 ℃时出现一极大值点。氨氮比小于1时，脱硝效率随氨氮比增加而增加，而后趋于平稳，最佳氨氮比在1.05左右。
3）WFGD脱硫过程中，在钙硫比小于1时，随着钙硫比的增加，脱硫效率上升显著，最佳钙硫比在1.05左右；当钙硫比大于1时，脱硫效率值趋于平稳；脱硫系统入口烟气温度升高不利于脱硫效率的提高。
该研究成果得到了国家重点研发计划（2016YFB0600203）资助，将于2020年第3期“超超临界循环流化床锅炉发电技术”专刊发表，现以《基于Aspen Plus的0.3 MWth CFB燃煤中试装置全流程模拟》为题在《洁净煤技术》进行了网络首发。
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