用于分散飛灰顆粒的煙氣脫硝裝置及其導(dǎo)流條設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于分散飛灰顆粒的煙氣脫硝裝置及其導(dǎo)流條設(shè)計(jì)方法，通過在π型脫硝裝置上升煙道中設(shè)置導(dǎo)流條分散貼壁飛灰顆粒，所述導(dǎo)流條的縱截面形狀為三角形，在煙道中貼壁安裝，它改變飛灰顆粒的運(yùn)動(dòng)方向，避免飛灰顆粒的局部富集和對(duì)下游催化劑的沖蝕。本發(fā)明能夠在煙氣速度分布以及裝置整體壓損滿足設(shè)計(jì)要求的前提下分散貼壁的飛灰顆粒，從而避免飛灰顆粒在煙道一側(cè)富集，使催化劑免遭局部過度沖蝕，具有延長(zhǎng)SCR脫硝系統(tǒng)催化劑壽命的作用。
【專利說明】用于分散飛灰顆粒的煙氣脫硝裝置及其導(dǎo)流條設(shè)計(jì)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于分散飛灰顆粒的煙氣脫硝裝置及其導(dǎo)流條設(shè)計(jì)方法，屬于火 電環(huán)?！炯夹g(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] SCR (Selective Catalytic Reduction)脫硝以其脫硝效率高、運(yùn)行溫度低、技術(shù) 成熟等優(yōu)點(diǎn)成為目前應(yīng)用最廣泛的煙氣脫銷技術(shù)。該技術(shù)利用氮氧化物（N0X)與氨氣（NH3) 經(jīng)過催化劑時(shí)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)，達(dá)到脫除煙氣中NOx的目的。催化劑的主要成分為 V205/W03/Ti02或V20 5/Mo03/Ti02。一般在設(shè)計(jì)脫硝裝置時(shí)，需要對(duì)其進(jìn)行流場(chǎng)優(yōu)化，通過在 煙道中設(shè)置導(dǎo)流板，使得到達(dá)催化劑平面的煙氣分布較為均勻。這樣做一方面是為了保證 NOx的脫除效率、控制氨逃逸量，另一方面防止局部煙氣速度過大，沖蝕催化劑，破壞催化劑 結(jié)構(gòu)。
[0003] 然而，對(duì)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(shí)，即使 煙氣速度分布均勻度滿足設(shè)計(jì)要求，催化劑結(jié)構(gòu)也會(huì)發(fā)生損傷，并且損傷的位置集中在催 化劑靠近鍋爐側(cè)。原因就在于煙氣中的飛灰顆粒分布不均勻，具體來說，當(dāng)攜帶大量飛灰顆 粒的煙氣經(jīng)過水平煙道進(jìn)入豎直煙道時(shí)，由于自身慣性，會(huì)沖擊到遠(yuǎn)離鍋爐側(cè)的壁面，并在 這一側(cè)聚集，產(chǎn)生壁面高速區(qū)，雖然煙氣分布的不均勻程度可以通過自身擴(kuò)散以及下游的 直彎導(dǎo)流板解決，但是富集在遠(yuǎn)離鍋爐側(cè)的飛灰顆粒由于慣性較大，并不會(huì)隨著流動(dòng)分散 開來，這些飛灰顆粒在流經(jīng)頂部水平煙道時(shí)也沉積于底部，當(dāng)進(jìn)入催化劑時(shí)，就會(huì)在靠近鍋 爐側(cè)產(chǎn)生富集現(xiàn)象，從而對(duì)催化劑造成沖蝕，導(dǎo)致催化劑結(jié)構(gòu)損傷，降低了催化劑的使用壽 命。因此，對(duì)于燃煤灰分較高的機(jī)組，流場(chǎng)優(yōu)化時(shí)不僅要考慮速度分布是否均勻，還要兼顧 分散可能會(huì)富集的飛灰顆粒。
[0004] 經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)文獻(xiàn)檢索后發(fā)現(xiàn)，孫葉柱、王義兵、梁學(xué)東等在《電力建設(shè)》 (2011年第32卷第12期）發(fā)表了 "火電廠SCR煙氣脫硝反應(yīng)器前設(shè)置灰斗及增加煙道截 面的探討"。該文闡述了飛灰顆粒磨損催化劑的原理，分析了飛灰顆粒濃度及煙氣流速對(duì)催 化劑磨損的影響，通過設(shè)置大容積灰斗并增加煙道截面積，避免催化劑磨損。然而該文并未 對(duì)煙道流場(chǎng)進(jìn)行具體分析研究，也未對(duì)相應(yīng)的導(dǎo)流結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
[0005] 中國(guó)發(fā)明專利CN200810205061，提供了一種SCR脫硝反應(yīng)器入口煙氣均流導(dǎo)流組 件，該組件通過采用不同半徑的圓弧型導(dǎo)流板，能夠解決截面積變化很大的彎道處煙氣均 流導(dǎo)流問題。但是無法解決飛灰顆粒在煙道一側(cè)富集的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種用于分散飛灰顆粒的煙氣脫硝 裝置及其導(dǎo)流條設(shè)計(jì)方法，該方法在脫硝裝置煙氣速度分布均勻度滿足設(shè)計(jì)要求的前提下 分散貼壁的飛灰顆粒，避免飛灰顆粒在煙道一側(cè)富集，從而使催化劑免遭局部過度沖蝕，提 高催化劑使用壽命。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0008] 本發(fā)明提供一種于分散飛灰顆粒的煙氣脫硝裝置，該裝置的上升煙道中設(shè)置用于 分散貼壁飛灰顆粒分布的導(dǎo)流條，所述導(dǎo)流條的縱截面形狀為三角形，在煙道中貼壁安裝。
[0009] 優(yōu)選地，所述上升煙道為連接底部水平煙道和頂部水平煙道的過渡煙道，煙道中 煙氣的流向?yàn)樨Q直向上。
[0010] 優(yōu)選地，所述導(dǎo)流條為通透安裝，即導(dǎo)流條結(jié)構(gòu)貫穿整個(gè)上升煙道。
[0011] 本發(fā)明提供一種用于分散飛灰顆粒的煙氣脫硝裝置導(dǎo)流條的設(shè)計(jì)方法，該方法在 脫硝裝置的上升煙道中設(shè)置導(dǎo)流條對(duì)貼壁的飛灰顆粒進(jìn)行分散，所述導(dǎo)流條的縱截面形狀 為三角形，導(dǎo)流條的迎風(fēng)斜面能將瞬間改變飛灰顆粒的運(yùn)動(dòng)方向，使之遠(yuǎn)離壁面區(qū)，避免貼 壁飛灰顆粒經(jīng)后繼兩個(gè)直彎彎道最內(nèi)側(cè)的導(dǎo)流板的導(dǎo)流后富集在催化劑的特定區(qū)域，從而 緩解飛灰顆粒對(duì)催化劑的沖蝕強(qiáng)度。
[0012] 優(yōu)選地，所述導(dǎo)流條的結(jié)構(gòu)參數(shù)，包括：導(dǎo)流條高度h、導(dǎo)流條底邊長(zhǎng)度s、迎風(fēng)角 9、背風(fēng)角9'、導(dǎo)流條安裝高度H，這些參數(shù)根據(jù)脫硝裝置的整體高度、上升煙道的寬度、 上升煙道中煙氣的流速通過CFD(計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)）仿真尋優(yōu)得到。
[0013] 優(yōu)選地，所述導(dǎo)流條高度h，是指：導(dǎo)流條貼壁安裝后，從縱截面看，與壁面不接觸 的頂點(diǎn)到壁面的垂直距離。
[0014] 優(yōu)選地，所述導(dǎo)流條安裝高度H，是指：導(dǎo)流條貼壁安裝后，安裝位置與上游直彎 出口平面之間的距離。
[0015] 優(yōu)選地，所述導(dǎo)流條底邊長(zhǎng)度s，是指：導(dǎo)流條貼壁安裝后，從縱截面看，緊貼壁面 的邊的長(zhǎng)度。
[0016] 優(yōu)選地，所述迎風(fēng)角e，是指：導(dǎo)流條貼壁安裝后，迎風(fēng)面與安裝壁面的夾角。
[0017] 優(yōu)選地，所述背風(fēng)角0'，是指：導(dǎo)流條貼壁安裝后，背風(fēng)面與安裝壁面的夾角， 根據(jù)導(dǎo)流條高度h、導(dǎo)流條底邊長(zhǎng)度S、迎風(fēng)角0唯一確定： /1, hr 1 B - arcian-；~
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[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：
[0020] 本發(fā)明能夠在煙氣速度分布以及裝置整體壓損滿足設(shè)計(jì)要求的前提下分散貼壁 的飛灰顆粒，改變飛灰顆粒的運(yùn)動(dòng)方向，同時(shí)在一定程度上降低催化層近鍋爐區(qū)域的煙氣 速度，從而避免飛灰顆粒在煙道一側(cè)富集，使催化劑免遭局部過度沖蝕，具有延長(zhǎng)SCR脫硝 系統(tǒng)催化劑壽命的作用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、 目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：
[0022] 圖1為本發(fā)明SCR脫硝裝置正視圖及導(dǎo)流條示意圖；
[0023] 圖中：1為省煤器，2為變徑煙道，3為第一直彎導(dǎo)流板，4為噴氨格柵、混合格柵，5 為導(dǎo)流條安裝區(qū)域，6為第二直彎導(dǎo)流板，7為第三直彎導(dǎo)流板，8為SCR反應(yīng)器，9為頂部水 平通道，10為底部水平通道；
[0024] 圖2為本發(fā)明導(dǎo)流條尺寸示意圖；
[0025] 圖3為上升煙道未加裝導(dǎo)流條時(shí)，第三直彎入口平面煙氣速度分布圖；
[0026] 圖4為上升煙道加裝導(dǎo)流條后，第三直彎入口平面煙氣速度分布圖；
[0027] 圖5為上升煙道加裝導(dǎo)流條后，導(dǎo)流條安裝區(qū)域的速度矢量圖。

【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù) 人員進(jìn)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(duì)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(jìn)。這些都屬于本發(fā)明 的保護(hù)范圍。
[0029] 本實(shí)施例提供一種用于分散飛灰顆粒的煙氣脫硝裝置，在煙氣脫硝裝置的上升煙 道中設(shè)置導(dǎo)流條對(duì)貼壁的飛灰顆粒進(jìn)行分散，改變飛灰顆粒的運(yùn)動(dòng)方向，避免飛灰顆粒發(fā) 生局部富集；所述導(dǎo)流條的縱截面形狀為三角形，導(dǎo)流條的迎風(fēng)斜面能將瞬間改變飛灰顆 粒的運(yùn)動(dòng)方向，使之遠(yuǎn)離壁面區(qū)，緩解飛灰顆粒對(duì)下游催化劑的沖蝕強(qiáng)度。根據(jù)脫硝裝置的 整體高度、上升煙道的寬度、上升煙道中煙氣的流速，進(jìn)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。所述煙氣脫硝裝置可以為n型脫硝裝置等。
[0030] 如圖1所示，為某燃煤機(jī)組SCR脫硝裝置結(jié)構(gòu)及安裝導(dǎo)流條示意圖，1為省煤器，2 為底部水平變徑煙道，3為第一直彎導(dǎo)流板，4為噴氨格柵、混合格柵，5為導(dǎo)流條安裝區(qū)域， 6為第二直彎導(dǎo)流板，7為第三直彎導(dǎo)流板，8為SCR反應(yīng)器；9為頂部水平煙道。其中第一 直彎3和第二直彎6之間的煙道即為上升煙道，該煙道采用本發(fā)明所設(shè)計(jì)的導(dǎo)流條，而其余 各直彎煙道處均采用工程常用的弧度為90度的弧形導(dǎo)流板；其中：
[0031] 上升煙道寬度為D，導(dǎo)流條高度為h、底邊長(zhǎng)度為s，導(dǎo)流條的迎風(fēng)角為0、背風(fēng)角 為0'，導(dǎo)流條安裝位置距底部水平煙道下沿距離為H，尺寸標(biāo)注如圖2所示。
[0032] 上述參數(shù)h、s、0、0 '、H通過CFD (計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)）仿真尋優(yōu)得到，其中：
[0033] D = 2900mm ；
[0034] h = 300mm, s = 1163mm ；
[0035] 9 = 31°，9 ' = 24。；
[0036] H = 8936mm。
[0037] 本實(shí)施例中，省煤器入口煙氣速度5. 32m/s,煙氣出口靜壓力_1500Pa，溫度設(shè)定 為650K，上升煙道長(zhǎng)度為6970mm，上升煙道中煙氣最高速度約為23m/s。CFD仿真使用 Fluent 6. 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(jì)方案。
[0038] 圖3為未加裝導(dǎo)流條時(shí)，第三直彎入口平面煙氣速度分布圖（側(cè)視），煙氣流動(dòng)方 向由讀者指向紙面。
[0039] 在上升煙道未加裝導(dǎo)流條時(shí)，第三直彎入口平面底部煙氣最高速度為21. Om/s。而 在上升煙道加裝導(dǎo)流板后，相應(yīng)位置的煙氣最高速度降為16. 3m/s，如圖4所示。以上兩種 情況下煙氣速度分布相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差均優(yōu)于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（〈15% )，滿足速度分布均勻度的要求。 從飛灰顆粒對(duì)下游催化劑的沖蝕看，二者是明顯不同的。在上升煙道未加裝導(dǎo)流條時(shí)，貼壁 上升的飛灰顆粒經(jīng)第二直彎最內(nèi)側(cè)導(dǎo)流板的導(dǎo)流后，飛灰顆粒被輸送到頂部水平煙道底部 區(qū)域，而頂部水平煙道底部區(qū)域的最高速煙氣（21. Om/s)則增大了這些顆粒的動(dòng)能，飛灰 灰顆粒進(jìn)入第三直彎時(shí)，被第三直彎最內(nèi)側(cè)導(dǎo)流板強(qiáng)制導(dǎo)流向下輸送，這部分高濃度、高能 量飛灰顆粒沖蝕靠近鍋爐側(cè)的催化劑局部區(qū)域，極易引起催化劑破損，縮短其壽命。而在上 升煙道處安裝用于分散顆粒分布的導(dǎo)流條后，一方面，貼壁上升的飛灰顆粒被打散了運(yùn)動(dòng) 方向，降低了流經(jīng)第二直彎最內(nèi)側(cè)導(dǎo)流板的顆粒密度；另一方面，頂部水平煙道底部區(qū)域的 最高煙氣速度由21.0m/s降低為16. 3m/s。這樣，被第三直彎最內(nèi)側(cè)導(dǎo)流板向下導(dǎo)流的飛 灰顆粒富集度下降了、顆粒攜帶的能量也降低了，其效果是緩解了高密度飛灰顆粒對(duì)催化 劑的局部沖蝕。進(jìn)一步分析導(dǎo)流條安裝區(qū)域的速度矢量圖（如圖5所示）發(fā)現(xiàn)，由于導(dǎo)流 條的存在，煙氣的速度矢量方向發(fā)生改變，飛灰顆粒被分散進(jìn)入第二直彎，頂部煙道底部區(qū) 域的飛灰顆粒沉積情況得到緩解，的確起到了避免飛灰顆粒在催化劑平面靠近鍋爐側(cè)富集 的作用。需要指出的是，加裝導(dǎo)流條之后，脫硝裝置整體壓損僅上升約1. 5Pa，相對(duì)于800Pa 的總體壓損，該影響可以忽略不計(jì)。
[0040] 可見，在上升煙道使用本發(fā)明技術(shù)可以在煙氣速度分布以及裝置整體壓損滿足設(shè) 計(jì)要求的前提下分散貼壁的飛灰顆粒，改變飛灰顆粒的運(yùn)動(dòng)方向，同時(shí)在一定程度上降低 催化層近鍋爐區(qū)域的煙氣速度，從而使催化劑免遭局部過度沖蝕，具有延長(zhǎng)SCR脫硝系統(tǒng) 催化劑壽命的作用。
[0041] 以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述 特定實(shí)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(shí)質(zhì)內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1. 一種包含用于分散飛灰顆粒導(dǎo)流條的煙氣脫硝裝置，其特征在于，所述裝置的上升 煙道中設(shè)置用于分散貼壁飛灰顆粒分布的導(dǎo)流條，所述導(dǎo)流條的縱截面形狀為三角形，在 煙道中貼壁安裝。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種包含用于分散飛灰顆粒導(dǎo)流條的煙氣脫硝裝置，其特征 在于，所述上升煙道為連接底部水平煙道和頂部水平煙道的過渡煙道，煙道中煙氣的流向 為堅(jiān)直向上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種包含用于分散飛灰顆粒導(dǎo)流條的煙氣脫硝裝置，其特 征在于，所述導(dǎo)流條為通透安裝，即在正視圖表示的上升煙道中，導(dǎo)流條結(jié)構(gòu)貼壁并前后貫 穿。
4. 一種用于分散飛灰顆粒的煙氣脫硝裝置導(dǎo)流條設(shè)計(jì)方法，其特征在于，該方法在脫 硝裝置上升煙道中設(shè)置導(dǎo)流條分散貼壁飛灰顆粒，所述導(dǎo)流條的縱截面形狀為三角形，導(dǎo) 流條的迎風(fēng)斜面能瞬間改變貼壁上升的飛灰顆粒的運(yùn)動(dòng)方向，使之遠(yuǎn)離壁面區(qū)，避免貼壁 飛灰顆粒經(jīng)后繼兩個(gè)直彎彎道最內(nèi)側(cè)的導(dǎo)流板的導(dǎo)流后富集在催化劑的特定區(qū)域，從而緩 解飛灰顆粒對(duì)催化劑的沖蝕強(qiáng)度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于分散飛灰顆粒的煙氣脫硝裝置導(dǎo)流條設(shè)計(jì)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)流條高度K導(dǎo)流條底邊長(zhǎng)度s、迎風(fēng)角Θ、背風(fēng) 角θ'、導(dǎo)流條安裝高度H，這些參數(shù)根據(jù)脫硝裝置的整體高度、上升煙道的寬度、上升煙 道中煙氣的流速通過CFD仿真尋優(yōu)得到。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于分散飛灰顆粒的煙氣脫硝裝置導(dǎo)流條設(shè)計(jì)方法，其 特征在于，所述導(dǎo)流條高度h，具體是指：導(dǎo)流條貼壁安裝后，從縱截面看，與壁面不接觸的 頂點(diǎn)到壁面的垂直距離。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于分散飛灰顆粒的煙氣脫硝裝置導(dǎo)流條設(shè)計(jì)方法，其 特征在于，所述導(dǎo)流條底邊長(zhǎng)度s是指導(dǎo)流條貼壁安裝后，從縱截面看，緊貼壁面的邊的長(zhǎng) 度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于分散飛灰顆粒的煙氣脫硝裝置導(dǎo)流條設(shè)計(jì)方法，其 特征在于，所述迎風(fēng)角Θ是指導(dǎo)流條貼壁安裝后，迎風(fēng)面與安裝壁面的夾角。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于分散飛灰顆粒的煙氣脫硝裝置導(dǎo)流條設(shè)計(jì)方法，其 特征在于，所述背風(fēng)角θ'是指導(dǎo)流條貼壁安裝后，背風(fēng)面與安裝壁面的夾角，根據(jù)導(dǎo)流條 h LJ-.C\Y\_ 高度h、導(dǎo)流條底邊長(zhǎng)度s、迎風(fēng)角Θ唯一確定，_s__h_a tanθ
10. 根據(jù)權(quán)利要求4-9任一項(xiàng)所述的一種用于分散飛灰顆粒的煙氣脫硝裝置導(dǎo)流條設(shè) 計(jì)方法，其特征在于，所述導(dǎo)流條為通透安裝，即導(dǎo)流條結(jié)構(gòu)貫穿整個(gè)上升煙道；所述上升 煙道為連接底部水平煙道和頂部水平煙道的過渡煙道，煙道中煙氣的流向?yàn)閳?jiān)直向上。
【文檔編號(hào)】B01D53/86GK104307359SQ201410579471
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】曾豪駿, 袁景淇, 朱彬, 馮金煌, 成寶琨, 王真, 傅繼星, 王曉初, 王景成 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)