一種scr法煙氣脫硝流場冷態測試系統的製作方法

2023-06-15 06:17:16 2

專利名稱：一種scr法煙氣脫硝流場冷態測試系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及SCR法煙氣脫硝工程，特別是一種SCR法煙氣脫硝流場冷態測試系統，流場模型試驗研究作為SCR法煙氣脫硝工程設計的核心部分，直接影響到脫硝工程設計和運行的優劣。
背景技術：
近年來隨著我國經濟的發展，對電的需求大幅度地增加，極大地增加了煤的消耗。大量煤在燃燒過程中釋放出的S02、NOx等汙染物帶來嚴重的酸雨和其他環境汙染問題。與SO2相比，NOx不但對酸雨的行程影響很大，而且還是光化學煙霧行程的催化劑，其對大氣的汙染要遠大於SO2行程的汙染。對於煙氣脫硝技術，目前常用的有SCR法、SNCR法和SCR+SNCR法。SCR法脫硫技術與1972年在日本開始正式研究和開發，並於1978年實現了工業化。1979年工業規模的煙氣脫硫裝置在日本Kudamatsu發電廠率先投入運行，1983年在日本竹原電廠3號機組700麗全負荷應用成功，勵^兌除率達到80%。繼日本之後，德國於1980年代中期引進了 SCR法脫硝技術。在1990年空氣淨化修正案的推動下，美國聯邦政府、學術界和工業界也針對SCR法技術的研究、開發和推廣增加資金投入和研究力度，1993年美國第一套燃煤系統SCR法脫硝裝置在新澤西州的285MW熱電廠建成投產，裝置運轉穩定。我國SCR法煙氣脫硝工程是從2005年正式開始啟動建設，已取得長足的發展。在脫硝裝置進行裝備之前，需要進行必要的冷態物理模型試驗，該實驗的目的是通過在冷態一定比例的物理模型中對脫硝裝置煙道系統內流體的流場進行模擬和模化試驗，對系統內包括流體調節裝置及導流板、氨噴射系統、飛灰整流器等部件進行優化設計，以保證取得均勻的煙氣流動分布，良好的混合併維持脫硝系統低的壓降。`發明內容本實用新型的目的在於提供一種SCR法煙氣脫硝流場冷態測試系統，對SCR法煙氣脫硝方法進行冷態數值模擬，在設計新反應器或新反應器投入運行時，可通過模化試驗或冷態試驗來了解，掌握其流動規律，驗證和修改設計及運行方案；對已有運行不正常的設備，可通過模化或冷態試驗找出其改正的措施。因此該實用新型是省時省力、效率高、靈活性強的一種試驗方法。為實現上述目的，本實用新型採取的技術方案為:一種SCR法煙氣脫硝流場冷態測試系統，包括與省煤器出口相連的轉向室，轉向室與彎管狀的入口段I連接，入口段I通過豎直管狀的氨噴射段與入口段II相連，入口段II連接SCR反應器的上端，SCR反應器的下端依次連接出口段I和出口段II，出口段II與空氣預熱器相連，SCR反應器由上而下包括導流段、整流層、催化劑反應室，導流段設導流板，整流層設整流板，整流層的整流板形成的整理格柵下遊布置飄帶，PDA系統對速度和濃度的測點均設在導流板和整流板之間，在導流板與出口段間設有壓力測試點測量系統導流板到出口之間的壓力損失，系統出口處有在線煙氣分析儀連接點，示蹤顆粒/氣體在省煤器出口及氨噴射段設有其加入口，觀察積灰並通過出口煙氣分析儀分析出口氣體分布。所述的整流層設靜態混合器，催化劑反應室包括一層預留催化劑層、二層初始催化劑層。所述的氨噴射段內設有噴氨格柵。所述的轉向室、入口段1、氨噴射段、入口段I1、導流段、整流層、催化劑反應室、出口端I和出口段II均採用不鏽鋼結合有機玻璃製作，它們之間採用法蘭連接，法蘭之間將加裝密封墊圈，法蘭和煙道之間採用環氧樹脂粘結；煙道風機和煙道部分之間加裝緩衝段；支架將採用碳鋼。所述的PDA系統對流場氣體速度進行測量，該系統採用的雷射光源為氬離子雷射器，最大輸出功率為5W，輸出功率持續可調。所述的壓差測量系統壓力降在導流板與出口間之間測量。壓力測量在模型試驗最大流量條件下進行。所述的在線煙氣分析儀器，快速獲得裝置內氣體成分的分布情況，從而獲得脫硝過程中氨氣的分布規律。所述的飄帶試驗，是確定在第一層催化劑前的煙氣流動方向滿足催化劑入口速度分布的設計要求。系統採用不鏽鋼結合有機玻璃製作，在測量區域將採用有機玻璃以增加測量窗口的透明度，提高PDA等相關測量的準確度。測試環節主要使用示蹤顆粒/氣體注入裝置、飄帶、煙花的手段藉助Testo520差壓儀、畢託管以及雷射相位都卜勒測速(PDA)、在線氣體分析儀器等測量設備完成。在省煤器出口，AIG上遊，每個彎頭和內部導流設備，反應器入口，第一層催化劑入口(靜壓)，最後一層催化劑出口，空氣預熱器入口等位置進行壓力和壓差測量；在模型的入口處測量流量；在AIG上遊截面，催化劑層入口上方的0.5m處(實際尺寸)，空氣預熱器入口等截面上進行流速分布的測量。主要試驗內容:評估脫硝裝置在鍋爐實際煤種BMCR、THA、75%THA、35%BMCR和校核煤種1THA、50%THA負荷下的運行狀況；驗證省煤器出口部分的煙道和導流板設計；通過積灰試驗避免煙道局部出現積灰現象；驗證煙氣均流裝置的設計，保證各個工況下反應器入口煙氣氣流流動方向偏差；驗證空氣預熱器入口部分煙道和導流板的設計，保證進入空氣預熱器的氣流均勻。SCR脫硝裝置採用高塵布置方式，布置在省煤器出口與空氣預熱器入口之間，反應器為垂直方向流動反應器。每臺鍋爐布置兩個反應器，每個反應器包括三層催化劑(初裝兩層、預留一層)，來自製氨系統的氨氣，經氨空混合器後為SCR系統提供穩定的氨氣源。氨氣以5%體積濃度經過流量控制閥後進入閥門站組(MVS)，經氨噴射格柵(AIG)噴射到煙道內。省煤器出口的煙氣通過SCR進口煙道，與氨噴射格柵(AIG)注入的氨氣充分混合後進入反應器。在催化劑的作用下，氨氣與煙氣中的氮氧化物進行還原反應，最後煙氣通過SCR反應器出口煙道到達空氣預熱器。SCR煙道、反應器、AIG的具體尺寸等詳細布置根據具體情況進行相應的設計。流場模型試驗作為SCR法煙氣脫硝工程設計的核心部分，直接影響到脫硝工程設計和運行的優劣。本研究結合數值模擬和冷態系統模型，可使我們對於流場中煙氣分布和積灰等情況有更清楚的了解，對SCR法脫硝工程煙氣系統和氣體的注入裝置的優化設計起到有效的指導作用，從而有效保證脫硝項目設計的各項性能指標，節約建設成本。

圖1煙氣脫硝流場冷態測試系統工藝流程圖；圖2煙氣脫硝流場冷態測試系統設備結構圖；其中，I加灰裝置，2示蹤顆粒/氣體，3空壓機(吹灰)，4轉向室，5噴氨系統，6導流板，7飄帶，8整流板，9催化劑層，10流量調節裝置，11引風機，12 PDA系統，13計算機，14省煤器出口，15入口段I，16入口段II，17氨噴射段，18導流段，19整流層，20催化劑反應室，21出口段I，22出口段II，23空氣預熱器。
具體實施方式
下面結合具體實施方式
和實施例進一步說明。一種SCR法煙氣脫硝流場冷態測試系統，包括與省煤器出口 14相連的轉向室4，轉向室4與彎管狀的入口段I 15連接，入口段I 15通過豎直管狀的氨噴射段17與入口段II 16相連，入口段II 16連接SCR反應器的上端，SCR反應器的下端依次連接出口段I 21和出口段II 22，出口段II 22與空氣預熱器23相連，SCR反應器由上而下包括導流段18、整流層19、催化劑反應室20，導流段18設導流板6，整流層19設整流板8，整流層19的整流板8形成的整理格柵下遊布置飄帶7，PDA系統12對速度和濃度的測點均設在導流板6和整流板8之間，在導流板6與出口段間設有壓力測試點測量系統導流板到出口之間的壓力損失，系統出口處有在線煙氣分析儀連接點，示蹤顆粒/氣體2在省煤器出口 14及氨噴射段17加入系統，觀察積灰並通過出口煙氣分析儀分析出口氣體分布。整流層19設靜態混合器，催化劑反應室20包括一層預留催化劑層、二層初始催化劑層。氨噴射段17內設有噴氨格柵。轉向室4、入口段I 15、氨噴射段17、入口段II 16、導流段18、整流層19、催化劑反應室20、出口端I 21和出口段II 22均採用不鏽鋼結合有機玻璃製作，它們之間採用法蘭連接，法蘭之間將加裝密封墊圈，法蘭和煙道之間採用環氧樹脂粘結；煙道風機和煙道部分之間加裝緩衝段；支架將採用碳鋼。實施例1一種SCR法煙氣脫硝流場模型試驗研究的方法的實例。承擔2x325MW機組脫硝工程，前期進行流場冷態測試，用於試驗的物理模型的比例為1:10，採用有機玻璃或碳鋼結合有機玻璃製作。合理設置觀察孔，觀察孔與模型裝置的密封採用樹脂玻璃或相當的材料。物理模型試驗的邊界條件和目標應與CFD模擬相同。考慮由於SCR系統屬於高灰布置，在物理模型試驗中必須包括飛灰測試，以確定系統中飛灰沉積區域，並對系統進行優化設計，消除飛灰沉積，並確定由於二次飛灰攜帶造成的灰負荷的增加量。煙道內模擬部件至少包括:導流板、噴射格柵、整流器、至少2層催化劑床層。模型試驗的模擬工況:設計負荷35% 100%BMCR工況，模型試驗至少應該做BMCR、BRL、75% THA,50% THA,35% BMCR五種工況。進行如下實驗:飛灰測試試驗，以確定系統中飛灰沉積區域，對系統進行優化設計，調整導流板角度，已達到無肉眼可視飛灰沉積；飄帶試驗，以確定在第一層催化劑前和氨噴射格柵前的煙氣流動方向滿足設計要求，即流動與垂直方向之間的夾角應小於等於10° ;氣體示蹤實驗，以模擬實際煙氣流動狀態，對系統出口處的氨氮濃度分布採用在線煙氣分析儀進行測量，得氨/氮摩爾比分布變化係數，以RMS均方根誤差來定義，氨/氮摩爾比分布變化係數RMS不超過5% ;通過PDA系統對速度分布進行測量，得速度分布變化係數，以RMS均方根誤差來定義，驗證空氣預熱器入口部分煙道和導流板的設計，使空氣預熱器入口煙氣速度分布在平均流速的±15%以內；在各彎頭、內部的導流段，整流段入口，第一層催化劑層入口(靜壓)，最後一層催化劑層出口，空氣預熱器入口的位置藉助TestO520差壓儀、畢託管進行壓力和壓差測量，在BMCR (鍋爐最大連續蒸發量)工況、安裝有催化劑層的條件下，測量省煤器出口與空氣預熱器之間的煙氣總壓降，脫硝總壓降不超過800pa。此外在系統入口藉助標準DIN/IS0孔或文丘裡管測量流量，除低負荷下的灰沉降試驗要求流速較低外(灰分輸運的相似性要求灰分沉降試驗的流速較低)，其餘試驗中的模型內流速均要求雷諾數達到IO5數量級；熱電偶測量催化劑反應室入口溫度T，入口測點溫度全部在入口所有測點平均溫度的±10°c範圍內；通過CFD (Computational FluidDynamics),即計算流體動力學，數值模擬計算工況評估脫硝裝置在鍋爐實際煤種BMCR (鍋爐最大連續蒸發量)、THA (額定出力工況)、75%THA、35%BMCR和校核煤種100%THA、50%THA負荷下的運行狀況。如不能滿足相應測量參數，則需適當的調整相應的系統模型尺寸，如整流板及催化劑層等；各部件之間的比例，如轉向室、入口段、氨噴射段、導流段、整流層、催化劑反應室、出口段等；系統各個轉角弧度，如導流板的弧度；反覆校對，使之達到所需的技術參數，以保證按照該理想模型設計的實際工程系統，能夠達到最好的脫硝效果。
權利要求1.一種SCR法煙氣脫硝流場冷態測試系統，其特徵是，包括與省煤器出口相連的轉向室，轉向室與彎管狀的入口段I連接，入口段I通過豎直管狀的氨噴射段與入口段II相連，入口段II連接SCR反應器的上端，SCR反應器的下端依次連接出口段I和出口段II，出口段II與空氣預熱器相連，SCR反應器由上而下包括導流段、整流層、催化劑反應室，導流段設導流板，整流層設整流板，整流層的整流板形成的整理格柵下遊布置飄帶，PDA系統對速度和濃度的測點均設在導流板和整流板之間，在導流板與出口段間設有壓力測試點測量系統導流板到出口之間的壓力損失，系統出口處有在線煙氣分析儀連接點，示蹤顆粒/氣體在省煤器出口及氨噴射段設有其加入口，觀察積灰並通過出口煙氣分析儀分析出口氣體分布。
2.根據權利要求1所述的一種SCR法煙氣脫硝流場冷態測試系統，其特徵是，所述的整流層設靜態混合器，催化劑反應室包括一層預留催化劑層、二層初始催化劑層。
3.根據權利要求1所述的一種SCR法煙氣脫硝流場冷態測試系統，其特徵是，所述的氨噴射段內設有噴氨格柵。
4.根據權利要求1所述的一種SCR法煙氣脫硝流場冷態測試系統，其特徵是，所述的轉向室、入口段1、氨噴射段、入口段I1、導流段、整流層、催化劑反應室、出口端I和出口段II均採用不鏽鋼結合有機玻璃製作，它們之間採用法蘭連接，法蘭之間將加裝密封墊圈。
專利摘要本實用新型涉及一種SCR法煙氣脫硝流場冷態測試系統，在整流層的整流板形成的整理格柵下遊布置飄帶，PDA系統對速度和濃度的測點均設在導流板和整流板之間，在導流板與出口段間設有壓力測試點測量系統導流板到出口之間的壓力損失，系統出口處有在線煙氣分析儀連接點，示蹤顆粒/氣體在省煤器出口及氨噴射段設有其加入口，觀察積灰並通過出口煙氣分析儀分析出口氣體分布。對SCR法脫硝工程煙氣系統和氣體的注入裝置的優化設計起到有效的指導作用，從而有效保證脫硝項目設計的各項性能指標，節約建設成本。
文檔編號G01M9/08GK203037440SQ20132002848
公開日2013年7月3日 申請日期2013年1月21日 優先權日2013年1月21日
發明者王志強, 於洲, 馬春元 申請人:山東大學