一種scr脫硝裝置變徑煙道導(dǎo)流板設(shè)計方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種SCR脫硝裝置變徑煙道導(dǎo)流板設(shè)計方法，該方法通過設(shè)置導(dǎo)流板對流經(jīng)變徑煙道的煙氣進行分割，所述導(dǎo)流板安裝在SCR脫硝裝置的水平變徑煙道內(nèi)部，導(dǎo)流板在變徑煙道中改變飛灰顆粒的運動方向，避免飛灰顆粒發(fā)生局部富集；根據(jù)變徑煙道的長度、入口寬度、出口寬度，進一步確定變徑煙道內(nèi)部導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)參數(shù)和安裝位置；所述導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)參數(shù)包括：導(dǎo)流板數(shù)量n、導(dǎo)流板長度L、導(dǎo)流板間距d及導(dǎo)流板與變徑煙道入口橫截面夾角θ。本發(fā)明能在滿足煙氣速度分布均勻度的同時改善飛灰顆粒分布的均勻度，從而避免飛灰顆粒在催化層局部富集及其對催化劑的沖蝕損傷。
【專利說明】一種SCR脫硝裝置變徑煙道導(dǎo)流板設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種旨在調(diào)理飛灰顆粒分布的SCR脫硝裝置變徑煙道導(dǎo)流板設(shè)計方法，屬于火電環(huán)保【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]煙氣脫硝方法包括選擇性催化還原(SCR-Selective Catalytic Reduction)技術(shù)、選擇性非催化還原(SNCR)技術(shù)、SNCR/SCR聯(lián)合煙氣脫硝技術(shù)、液體吸收法等。在現(xiàn)有的火電煙氣脫硝方法中，SCR脫硝以其脫硝效率高、選擇性好、運行溫度低等優(yōu)點成為應(yīng)用最為廣泛的煙氣凈化技術(shù)。選擇性催化還原法的主要原理是利用氨氣(NH3)和氮氧化物(呢)在V205/W03/Ti02或V205/Mo03/Ti02組成的催化劑的作用下進行的氧化還原反應(yīng)，生成氮氣(N2)和水(H2O),從而脫除煙氣中有害的NOx。SCR脫硝裝置的導(dǎo)流板用于調(diào)節(jié)煙氣速度場和還原劑濃度場，以控制催化劑入口處煙氣速度分布和還原劑(氨氣)濃度分布盡可能均勻，如通常以第一層催化劑入口平面的煙氣速度分布相對標(biāo)準(zhǔn)差來衡量煙氣速度分布的均勻度，并要求該指標(biāo)小于15%。
[0003]然而，對發(fā)生催化劑破損事故的脫硝裝置分析表明，當(dāng)煙氣飛灰含量較高時，即使煙氣速度分布均勻度滿足設(shè)計要求，煙氣中不均勻分布的飛灰顆粒的局部富集也會導(dǎo)致催化劑結(jié)構(gòu)損傷，嚴(yán)重降低了 催化劑的使用壽命。因此，對于高灰分機組，設(shè)計導(dǎo)流板時不僅要考慮速度分布均勻度，還要考慮飛灰顆粒分散控制問題。具體來說，由于飛灰顆粒密度遠高于煙氣，在流動情況下具有比煙氣更大的慣性。當(dāng)飛灰顆粒運動至變徑煙道時通常難以快速改變運動方向，從而在煙氣離開變徑煙道后，飛灰顆粒出現(xiàn)富集現(xiàn)象，后延至催化層時，對局部催化劑高烈度沖蝕的可能性就增大了。通過對變徑煙道導(dǎo)流板進行合理設(shè)計可以消除飛灰顆粒的這一富集現(xiàn)象，達到催化劑延壽的目的。
[0004]工程實踐中用來控制煙氣速度分布均勻度的導(dǎo)流板通常是半徑為R (R~600mm)弧度為^1/2的弧形結(jié)構(gòu)，并且在弧的兩端沿切線方向接100-300臟的延長直板。對現(xiàn)有的技術(shù)文獻檢索后發(fā)現(xiàn)，毛劍宏、宋浩、吳衛(wèi)紅等在《浙江大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版)》(2011年45卷6期)發(fā)表了“電站鍋爐SCR脫硝系統(tǒng)導(dǎo)流板的設(shè)計與優(yōu)化”。該文對脫硝裝置內(nèi)的導(dǎo)流板設(shè)計方案進行了分析與研究，并對導(dǎo)流板位置、角度進行了優(yōu)化，從而改善了催化劑入口處煙氣速度與氨氣濃度分布均勻度。然而該文并未針對裝置內(nèi)部的飛灰顆粒分布情況進行分析研究，相應(yīng)的導(dǎo)流板設(shè)計也未考慮此因素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種SCR脫硝裝置變徑煙道導(dǎo)流板設(shè)計方法，該方法在脫硝裝置煙氣速度分布均勻度滿足設(shè)計要求的前提下提高催化劑入口處的飛灰顆粒分布均勻度，以使催化劑免遭局部過度沖蝕，提高催化劑使用壽命。
[0006]為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供一種SCR脫硝裝置變徑煙道導(dǎo)流板設(shè)計方法，該方法通過設(shè)置導(dǎo)流板對流經(jīng)變徑煙道的煙氣進行分割，所述導(dǎo)流板安裝在SCR脫硝裝置的水平變徑煙道內(nèi)部，該導(dǎo)流板在變徑煙道中改變飛灰顆粒的運動方向，避免飛灰顆粒發(fā)生局部富集。
[0007]優(yōu)選地，所述導(dǎo)流板的結(jié)構(gòu)參數(shù)，包括:導(dǎo)流板數(shù)量η、導(dǎo)流板長度L、導(dǎo)流板間距d、導(dǎo)流板與變徑煙道入口橫截面夾角Θ，這些參數(shù)根據(jù)變徑煙道的長度、入口寬度、出口寬度通過CFD (計算流體動力學(xué))仿真尋優(yōu)得到。
[0008]優(yōu)選地，所述導(dǎo)流板對變徑煙道進行分割，是指:當(dāng)導(dǎo)流板個數(shù)為η時，將彎道劃分為(η+1)個通道,每個通道入口的寬度為(Ii (i=l, 2，…，n+1),即導(dǎo)流板迎風(fēng)側(cè)端點之間的兩兩間距。 [0009]優(yōu)選地，所述導(dǎo)流板與變徑煙道煙道入口截面夾角Θ是各導(dǎo)流板所在平面與變徑煙道入口橫截面的夾角。
[0010]優(yōu)選地，所述變徑煙道為水平或豎直煙道中起銜接作用的、入口與出口寬度不相等、中心軸線不重合的過渡煙道。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述導(dǎo)流板為直板結(jié)構(gòu)。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0013]本發(fā)明能夠在煙氣速度分布滿足設(shè)計要求的前提下提高催化層入口平面飛灰顆粒分布的均勻度，同時對煙氣速度分布也有改善效果，從而避免飛灰顆粒在催化層局部富集及其對催化劑的沖蝕損傷，具有延長SCR脫硝系統(tǒng)催化劑壽命、提高脫硝效率的作用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0015]圖1為本發(fā)明SCR脫硝裝置結(jié)構(gòu)及變徑煙道示意圖；
[0016]圖中:1為第一直彎，2為第二直彎導(dǎo)流板，3為第三直彎導(dǎo)流板，4為省煤器，5為SCR反應(yīng)器，6為噴氨格柵、混合格柵，7為變徑煙道導(dǎo)流板；
[0017]圖2為本發(fā)明變徑煙道導(dǎo)流板尺寸示意圖；
[0018]圖3為未加裝變徑煙道導(dǎo)流板時，催化層入口平面示蹤飛灰顆粒分布圖；
[0019]圖4為加裝變徑煙道導(dǎo)流板后，催化層入口平面示蹤飛灰顆粒分布圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0021]本實施例提供一種用于飛灰顆粒均勻度調(diào)理的SCR脫硝裝置變徑煙道導(dǎo)流板設(shè)計方法，通過設(shè)置導(dǎo)流板對流經(jīng)變徑煙道的煙氣進行分割，導(dǎo)流板在變徑煙道中改變飛灰顆粒的運動方向，避免飛灰顆粒發(fā)生局部富集；根據(jù)變徑煙道的長度、入口寬度、出口寬度，進一步確定變徑煙道內(nèi)部導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)參數(shù)和安裝位置。
[0022]如圖1所示，為某燃煤機組SCR脫硝裝置結(jié)構(gòu)及變徑煙道示意圖，I為第一直彎，2為第二直彎導(dǎo)流板，3為第三直彎導(dǎo)流板，4為省煤器，5為SCR反應(yīng)器，6為噴氨格柵、混合格柵，7為變徑煙道導(dǎo)流板；其中省煤器4和第一直彎I之間的水平煙道上有一段變徑煙道，該變徑煙道采用本發(fā)明所設(shè)計的導(dǎo)流板即變徑煙道導(dǎo)流板7，而其余各直彎煙道處均采用工程常用的弧度為η /2的弧形導(dǎo)流板；其中:
[0023]變徑煙道導(dǎo)流板長度SLi (i=l，2)。
[0024]變徑煙道入口和出口寬度分別為D2，長度為S，導(dǎo)流板片數(shù)為η (η≥1)，導(dǎo)流板所分割出的煙道各部分寬度為Cli (i=l,2,3,…)，各導(dǎo)流板與變徑煙道入口橫截面夾角為Qi (i=l, 2,…)尺寸標(biāo)注如圖2所示。
[0025]上述參數(shù)η、L1、φ、Qi通過CFD (計算流體動力學(xué))仿真尋優(yōu)得到，其中:
[0026]n=2 ；
[0027]D1=IC^OOmm, D2=I 1880mm, S=2600mm ；
[0028]L1=1870臟，L2=1870mm ；
[0029]d1=3675111111, d2=3900mm, d3=2625mm ；
[0030]θ 1=43°，Θ 2=40°。
[0031]本實施例中，省煤器入口煙氣速度16m/s，噴氨速度77m/s，煙氣出口靜壓力_1500Pa，溫度設(shè)定為650K，催化層入口平面尺寸為10.70m χ12.20m，計130.54m2。CFD仿真使用Fluente.3.26軟件，裝置各彎道位置使用工程常用的導(dǎo)流板設(shè)計方案。
[0032]圖1中SCR反應(yīng)器含兩層，采用蜂窩狀催化劑，煙氣進入SCR反應(yīng)器的入口平面為矩形。
[0033]圖3為未加裝變徑煙道導(dǎo)流板時，催化層入口平面示蹤飛灰顆粒分布圖俯視，左側(cè)為近鍋爐側(cè)，煙氣流動方向由讀者指向紙面，SCR反應(yīng)器入口煙道尺寸為:左右向
10.70m，前后向 12.20m.
[0034]在水平煙道梯形變徑處未加裝導(dǎo)流板時，催化劑入口平面煙氣速度分布相對標(biāo)準(zhǔn)差為12.4%。而該位置加裝導(dǎo)流板后，相應(yīng)的煙氣速度分布相對標(biāo)準(zhǔn)差降為10.4%，以上兩種情況下煙氣速度分布相對標(biāo)準(zhǔn)差均優(yōu)于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)(〈15%)，滿足速度分布均勻度的要求。但從顆粒分布的角度來看，在梯形變徑處未加裝導(dǎo)流板時，催化劑上表面的示蹤飛灰顆粒在催化劑層左側(cè)存在明顯的富集現(xiàn)象(如圖3所示);而在催化層中央?yún)^(qū)域，顆粒分布則十分稀疏。進一步的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，在催化劑入口平面左側(cè)2m的矩形條帶內(nèi)(矩形條帶為圖3左邊界到虛線間的區(qū)域，面積為2m xl2.2m=24.40m2,占入口平面總面積的18.69%)，示蹤顆粒密度為14.3個/m2，遠高于入口平面示蹤顆粒平均密度(6.4個/m2)。這樣，該矩形條帶區(qū)域的催化劑將受到更為強烈的飛灰沖蝕，很可能縮短催化劑的使用壽命。在變徑煙道處安裝針對顆粒分布的導(dǎo)流板后，相應(yīng)截面的示蹤顆粒分布情況如圖4所示，左側(cè)矩形條帶的示蹤顆粒密度降低為6.9個/m2，接近平均密度，示蹤顆粒富集現(xiàn)象消失，而示蹤顆粒在SCR反應(yīng)器入口平面的總體分布明顯趨于均勻，尤其是圖3中央?yún)^(qū)域的顆粒稀疏現(xiàn)象消失。
[0035]可見，在變徑煙道使用本發(fā)明技術(shù)可以使催化層入口處的飛灰顆粒分布均勻度得到提升，消除顆粒在催化層入口處的局部富集現(xiàn)象，從而避免飛灰顆粒分布不均導(dǎo)致的局部催化層過度磨損沖蝕，起到催化劑延壽的作用。同時，本發(fā)明技術(shù)還在一定程度上提高了煙氣通過催化層的速度分布均勻度，有利于提高脫硝效率。
[0036]以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種SCR脫硝裝置變徑煙道導(dǎo)流板設(shè)計方法，其特征在于，該方法通過設(shè)置導(dǎo)流板對流經(jīng)變徑煙道的煙氣進行分割，所述導(dǎo)流板安裝在SCR脫硝裝置的水平變徑煙道內(nèi)部，該導(dǎo)流板在變徑煙道中改變飛灰顆粒的運動方向，避免飛灰顆粒發(fā)生局部富集。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SCR脫硝裝置變徑煙道導(dǎo)流板設(shè)計方法，其特征在于，所述導(dǎo)流板，其結(jié)構(gòu)參數(shù)包括:導(dǎo)流板數(shù)量η、導(dǎo)流板長度L、導(dǎo)流板間距d、導(dǎo)流板與變徑煙道入口橫截面夾角Θ，這些參數(shù)根據(jù)變徑煙道的長度、入口寬度、出口寬度通過CFD仿真尋優(yōu)得到。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種SCR脫硝裝置變徑煙道導(dǎo)流板設(shè)計方法，其特征在于，所述導(dǎo)流板對變徑煙道進行分割，具體是指:當(dāng)導(dǎo)流板個數(shù)為η時，將彎道劃分為(η+1)個通道，每個通道入口的寬度為φ，i=l,2,…，n+1，，即導(dǎo)流板迎風(fēng)側(cè)端點之間的兩兩間距。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種SCR脫硝裝置變徑煙道導(dǎo)流板設(shè)計方法，其特征在于，所述導(dǎo)流板與變徑煙道煙道入口截面夾角Θ是各導(dǎo)流板所在平面與變徑煙道入口橫截面的夾角。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的一種SCR脫硝裝置變徑煙道導(dǎo)流板設(shè)計方法，其特征在于，所述導(dǎo)流板為直板結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的一種SCR脫硝裝置變徑煙道導(dǎo)流板設(shè)計方法，其特征在于，所述變徑煙道為水平或豎直煙道中起銜接作用的、入口與出口寬度不相等、中心軸線不重合的過渡煙道。
【文檔編號】B01D53/56GK103736394SQ201410002603
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月2日
【發(fā)明者】郭士義, 曾豪駿, 朱彬, 潘玉霖, 李林濤, 袁景淇, 王雙驥, 王景成 申請人:上海交通大學(xué), 上海電氣電站環(huán)保工程有限公司