專利名稱：一種scr法煙氣脫硝流場(chǎng)冷態(tài)測(cè)試系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及SCR法煙氣脫硝工程，特別是一種SCR法煙氣脫硝流場(chǎng)冷態(tài)測(cè)試系統(tǒng)及方法，流場(chǎng)模型試驗(yàn)研究作為SCR法煙氣脫硝工程設(shè)計(jì)的核心部分，直接影響到脫硝工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行的優(yōu)劣。
背景技術(shù)：
近年來(lái)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)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(guò)程中釋放出的S02、NOx等污染物帶來(lái)嚴(yán)重的酸雨和其他環(huán)境污染問(wèn)題。與SO2相比，NOx不但對(duì)酸雨的行程影響很大，而且還是光化學(xué)煙霧行程的催化劑，其對(duì)大氣的污染要遠(yuǎn)大于SO2行程的污染。對(duì)于煙氣脫硝技術(shù)，目前常用的有SCR法、SNCR法和SCR+SNCR法。SCR法脫硫技術(shù)與1972年在日本開(kāi)始正式研究和開(kāi)發(fā)，并于1978年實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。1979年工業(yè)規(guī)模的煙氣脫硫裝置在日本Kudamatsu發(fā)電廠率先投入運(yùn)行，1983年在日本竹原電廠3號(hào)機(jī)組700麗全負(fù)荷應(yīng)用成功，勵(lì)^兌除率達(dá)到80%。繼日本之后，德國(guó)于1980年代中期引進(jìn)了 SCR法脫硝技術(shù)。在1990年空氣凈化修正案的推動(dòng)下，美國(guó)聯(lián)邦政府、學(xué)術(shù)界和工業(yè)界也針對(duì)SCR法技術(shù)的研究、開(kāi)發(fā)和推廣增加資金投入和研究力度，1993年美國(guó)第一套燃煤系統(tǒng)SCR法脫硝裝置在新澤西州的285MW熱電廠建成投產(chǎn)，裝置運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定。我國(guó)SCR法煙氣脫硝工程是從2005年正式開(kāi)始啟動(dòng)建設(shè)，已取得長(zhǎng)足的發(fā)展。在脫硝裝置進(jìn)行裝備之前，需要進(jìn)行必要的冷態(tài)物理模型試驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)的目的是通過(guò)在冷態(tài)一定比例的物理模型中對(duì)脫硝裝置煙道系統(tǒng)內(nèi)流體的流場(chǎng)進(jìn)行模擬和?；囼?yàn)，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)包括流體調(diào)節(jié)裝置及導(dǎo)流板、氨噴射系統(tǒng)、飛灰整流器等部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以保證取得均勻的煙氣流動(dòng)分布，良好的混合并維持脫硝系統(tǒng)低的壓降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種SCR法煙氣脫硝流場(chǎng)冷態(tài)測(cè)試系統(tǒng)及方法，對(duì)SCR法煙氣脫硝方法進(jìn)行冷態(tài)數(shù)值模擬，在設(shè)計(jì)新反應(yīng)器或新反應(yīng)器投入運(yùn)行時(shí)，可通過(guò)?；囼?yàn)或冷態(tài)試驗(yàn)來(lái)了解，掌握其流動(dòng)規(guī)律，驗(yàn)證和修改設(shè)計(jì)及運(yùn)行方案；對(duì)已有運(yùn)行不正常的設(shè)備，可通過(guò)?；蚶鋺B(tài)試驗(yàn)找出其改正的措施。因此該發(fā)明是省時(shí)省力、效率高、靈活性強(qiáng)的一種試驗(yàn)方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:一種SCR法煙氣脫硝流場(chǎng)冷態(tài)測(cè)試系統(tǒng)，包括與省煤器出口相連的轉(zhuǎn)向室，轉(zhuǎn)向室與彎管狀的入口段I連接，入口段I通過(guò)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(yīng)器的上端，SCR反應(yīng)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(yù)熱器相連，SCR反應(yīng)器由上而下包括導(dǎo)流段、整流層、催化劑反應(yīng)室，導(dǎo)流段設(shè)導(dǎo)流板，整流層設(shè)整流板，整流層的整流板形成的整理格柵下游布置飄帶，PDA系統(tǒng)對(duì)速度和濃度的測(cè)點(diǎn)均設(shè)在導(dǎo)流板和整流板之間，在導(dǎo)流板與出口段間設(shè)有壓力測(cè)試點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)導(dǎo)流板到出口之間的壓力損失，系統(tǒng)出口處有在線煙氣分析儀連接點(diǎn)，示蹤顆粒/氣體在省煤器出口及氨噴射段設(shè)有其加入口，觀察積灰并通過(guò)出口煙氣分析儀分析出口氣體分布。所述的整流層設(shè)靜態(tài)混合器，催化劑反應(yīng)室包括一層預(yù)留催化劑層、二層初始催化劑層。所述的氨噴射段內(nèi)設(shè)有噴氨格柵。所述的轉(zhuǎn)向室、入口段1、氨噴射段、入口段I1、導(dǎo)流段、整流層、催化劑反應(yīng)室、出口端I和出口段II均采用不銹鋼結(jié)合有機(jī)玻璃制作，它們之間采用法蘭連接，法蘭之間將加裝密封墊圈，法蘭和煙道之間采用環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)；煙道風(fēng)機(jī)和煙道部分之間加裝緩沖段；支架將采用碳鋼。所述的PDA系統(tǒng)對(duì)流場(chǎng)氣體速度進(jìn)行測(cè)量，該系統(tǒng)采用的激光光源為氬離子激光器，最大輸出功率為5W，輸出功率持續(xù)可調(diào)。所述的壓差測(cè)量系統(tǒng)壓力降在導(dǎo)流板與出口間之間測(cè)量。壓力測(cè)量在模型試驗(yàn)最大流量條件下進(jìn)行。所述的在線煙氣分析儀器，快速獲得裝置內(nèi)氣體成分的分布情況，從而獲得脫硝過(guò)程中氨氣的分布規(guī)律。所述的飄帶試驗(yàn)，是確定在第一層催化劑前的煙氣流動(dòng)方向滿足催化劑入口速度分布的設(shè)計(jì)要求。一種SCR法煙氣脫硝流場(chǎng)冷態(tài)測(cè)試方法，包括步驟如下(I)通過(guò)CFD即計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)，數(shù)值模擬計(jì)算工況評(píng)估脫硝裝置在鍋爐實(shí)際煤種鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量BMCR、額定出力工況THA、75%THA、35%BMCR和校核煤種100%THA、50%THA負(fù)荷下的運(yùn)行狀況，分別注入根據(jù)各工況計(jì)算的當(dāng)量示蹤顆粒/氣體；(2)通過(guò)PDA系統(tǒng)對(duì)速度分布進(jìn)行測(cè)量，得速度分布變化系數(shù)，以RMS均方根誤差來(lái)定義，速度分布變化系數(shù)的RMS不超過(guò)15% ；(3)在系統(tǒng)入口借助標(biāo)準(zhǔn)DIN/IS0孔或文丘里管測(cè)量流量，除低負(fù)荷下的灰沉降試驗(yàn)要求流速較低外(灰分輸運(yùn)的相似性要求灰分沉降試驗(yàn)的流速較低)，其余試驗(yàn)中的模型內(nèi)流速均要求雷諾數(shù)達(dá)到IO5數(shù)量級(jí)；(4)在各彎頭、內(nèi)部的導(dǎo)流段，整流段入口，第一層催化劑層入口(靜壓)，最后一層催化劑層出口，空氣預(yù)熱器入口的位置借助Testo520差壓儀、畢托管進(jìn)行壓力和壓差測(cè)量，在BMCR (鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量)工況、安裝有催化劑層的條件下，測(cè)量省煤器出口與空氣預(yù)熱器之間的煙氣總壓降，脫硝總壓降不超過(guò)SOOpa ；(5)對(duì)系統(tǒng)出口處的氨氮濃度分布采用在線煙氣分析儀進(jìn)行測(cè)量，得氨/氮摩爾比分布變化系數(shù)，以RMS均方根誤差來(lái)定義，氨/氮摩爾比分布變化系數(shù)RMS不超過(guò)5%，(6)熱電偶測(cè)量催化劑反應(yīng)室入口溫度T，入口測(cè)點(diǎn)溫度全部在入口所有測(cè)點(diǎn)平均溫度的±10°c范圍內(nèi)；(7)通過(guò)積灰試驗(yàn)，驗(yàn)證省煤器出口部分的煙道和導(dǎo)流板設(shè)計(jì)，模型煙道內(nèi)不出現(xiàn)肉眼可視的積灰現(xiàn)象；(8)驗(yàn)證煙氣均流裝置的設(shè)計(jì)，速度分布變化系數(shù)，以RMS均方根誤差來(lái)定義，不超過(guò)15%，煙氣入射催化劑角度(與垂直方向的夾角)< 10°，保證各個(gè)工況下反應(yīng)器入口煙氣氣流流動(dòng)方向偏差；
(9)驗(yàn)證空氣預(yù)熱器入口部分煙道和導(dǎo)流板的設(shè)計(jì)，使空氣預(yù)熱器入口煙氣速度分布在平均流速的± 15%以內(nèi)，即入口通過(guò)PDA所得的所有速度測(cè)點(diǎn)數(shù)值在所有測(cè)點(diǎn)平均值的±15%以內(nèi)，保證進(jìn)入空氣預(yù)熱器的氣流均勻；壓降高于設(shè)置要求時(shí)，整體調(diào)整系統(tǒng)的導(dǎo)流、整流段(如尺寸、比例)；氨氮比不在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)時(shí)，調(diào)整入口處的導(dǎo)流板(如尺寸、弧度)使得混合更均勻；系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)積灰時(shí)，可在前置灰斗與水平煙道相接處布置擋灰板，在上升煙道與水平煙道處設(shè)置鎖氣給粉器或吹灰管。改進(jìn)后重復(fù)上述步驟直到符合條件。所述的均方根誤差亦稱標(biāo)準(zhǔn)誤差，其定義為:i=l，2，3，…n，在有限測(cè)量次數(shù)中，
均方根誤差常用下式表示
權(quán)利要求
1.一種SCR法煙氣脫硝流場(chǎng)冷態(tài)測(cè)試系統(tǒng)，其特征是，包括與省煤器出口相連的轉(zhuǎn)向室，轉(zhuǎn)向室與彎管狀的入口段I連接，入口段I通過(guò)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(yīng)器的上端，SCR反應(yīng)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(yù)熱器相連，SCR反應(yīng)器由上而下包括導(dǎo)流段、整流層、催化劑反應(yīng)室，導(dǎo)流段設(shè)導(dǎo)流板，整流層設(shè)整流板，整流層的整流板形成的整理格柵下游布置飄帶，PDA系統(tǒng)對(duì)速度和濃度的測(cè)點(diǎn)均設(shè)在導(dǎo)流板和整流板之間，在導(dǎo)流板與出口段間設(shè)有壓力測(cè)試點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)導(dǎo)流板到出口之間的壓力損失，系統(tǒng)出口處有在線煙氣分析儀連接點(diǎn)，示蹤顆粒/氣體在省煤器出口及氨噴射段設(shè)有其加入口，觀察積灰并通過(guò)出口煙氣分析儀分析出口氣體分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SCR法煙氣脫硝流場(chǎng)冷態(tài)測(cè)試系統(tǒng)，其特征是，所述的整流層設(shè)靜態(tài)混合器，催化劑反應(yīng)室包括一層預(yù)留催化劑層、二層初始催化劑層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SCR法煙氣脫硝流場(chǎng)冷態(tài)測(cè)試系統(tǒng)，其特征是，所述的氨噴射段內(nèi)設(shè)有噴氨格柵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SCR法煙氣脫硝流場(chǎng)冷態(tài)測(cè)試系統(tǒng)，其特征是，所述的轉(zhuǎn)向室、入口段1、氨噴射段、入口段I1、導(dǎo)流段、整流層、催化劑反應(yīng)室、出口端I和出口段II均采用不銹鋼結(jié)合有機(jī)玻璃制作，它們之間采用法蘭連接，法蘭之間將加裝密封墊圈。
5.一種利用權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)進(jìn)行SCR法煙氣脫硝流場(chǎng)冷態(tài)測(cè)試的方法，其特征是，包括步驟如下:(1)通過(guò)CFD即計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)，數(shù)值模擬計(jì)算工況評(píng)估脫硝裝置在鍋爐實(shí)際煤種鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量BMCR、額定出力工況THA、75%THA、35%BMCR和校核煤種100%THA、50%THA負(fù)荷下的運(yùn)行狀況，分別注入根據(jù)各工況計(jì)算的當(dāng)量示蹤顆粒/氣體；(2)通過(guò)PDA系統(tǒng)對(duì)速度分布 進(jìn)行測(cè)量，得速度分布變化系數(shù)，以RMS均方根誤差來(lái)定義，速度分布變化系數(shù)的RMS不超過(guò)15% ；(3)在系統(tǒng)入口借助標(biāo)準(zhǔn)DIN/ISO孔或文丘里管測(cè)量流量，除低負(fù)荷下的灰沉降試驗(yàn)要求流速較低外，其余試驗(yàn)中的模型內(nèi)流速均要求雷諾數(shù)達(dá)到IO5數(shù)量級(jí)；(4)在各彎頭、內(nèi)部的導(dǎo)流段，整流段入口，第一層催化劑層入口，最后一層催化劑層出口，空氣預(yù)熱器入口的位置借助TestO520差壓儀、畢托管進(jìn)行壓力和壓差測(cè)量，在鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量工況、安裝有催化劑層的條件下，測(cè)量省煤器出口與空氣預(yù)熱器之間的煙氣總壓降，脫硝總壓降不超過(guò)SOOpa ；(5)對(duì)系統(tǒng)出口處的氨氮濃度分布采用在線煙氣分析儀進(jìn)行測(cè)量，得氨/氮摩爾比分布變化系數(shù)，以RMS均方根誤差來(lái)定義，氨/氮摩爾比分布變化系數(shù)RMS不超過(guò)5% ；(6)熱電偶測(cè)量催化劑反應(yīng)室入口溫度T，入口測(cè)點(diǎn)溫度全部在入口所有測(cè)點(diǎn)平均溫度的±10°C范圍內(nèi)；(7)通過(guò)積灰試驗(yàn)，驗(yàn)證省煤器出口部分的煙道和導(dǎo)流板設(shè)計(jì)，模型煙道內(nèi)不出現(xiàn)肉眼可視的積灰現(xiàn)象；(8)驗(yàn)證煙氣均流裝置的設(shè)計(jì)，速度分布變化系數(shù)，以RMS均方根誤差來(lái)定義，不超過(guò)15%，煙氣入射催化劑角度與垂直方向的夾角< 10°，保證各個(gè)工況下反應(yīng)器入口煙氣氣流流動(dòng)方向偏差；(9)驗(yàn)證空氣預(yù)熱器入口部分煙道和導(dǎo)流板的設(shè)計(jì)，使空氣預(yù)熱器入口煙氣速度分布在平均流速的土 15%以內(nèi)，即入口通過(guò)PDA所得的所有速度測(cè)點(diǎn)數(shù)值在所有測(cè)點(diǎn)平均值的±15%以內(nèi)，保證進(jìn)入空氣預(yù)熱器的氣流均勻；壓降高于設(shè)置要求時(shí)，整體調(diào)整系統(tǒng)的導(dǎo)流整流系統(tǒng)；氨氮比不在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)時(shí)，調(diào)整入口處的導(dǎo)流板使得混合更均勻；系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)積灰時(shí)，可在前置灰斗與水平煙道相接處布置擋灰板，在上升煙道與水平煙道處設(shè)置鎖氣給粉器或吹灰管。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的SCR法煙氣脫硝流場(chǎng)冷態(tài)測(cè)試的方法，其特征是，所述的均方根誤差亦稱標(biāo)準(zhǔn)誤差，其定義為:i=l，2，3，…n，在有限測(cè)量次數(shù)中，均方根誤差常用下式表示
全文摘要
本發(fā)明涉及一種SCR法煙氣脫硝流場(chǎng)冷態(tài)測(cè)試系統(tǒng)及方法，PDA系統(tǒng)對(duì)速度和濃度的測(cè)點(diǎn)均設(shè)在導(dǎo)流板和整流板之間，在導(dǎo)流板與出口段間設(shè)有壓力測(cè)試點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)導(dǎo)流板到出口之間的壓力損失，系統(tǒng)出口處有在線煙氣分析儀連接點(diǎn)，示蹤顆粒/氣體在省煤器出口及氨噴射段設(shè)有其加入口，觀察積灰并通過(guò)出口煙氣分析儀分析出口氣體分布，評(píng)估脫硝裝置在鍋爐實(shí)際煤種BMCR、THA、75%THA、35%BMCR和校核煤種1THA、50%THA負(fù)荷下的運(yùn)行狀況。對(duì)SCR法脫硝工程煙氣系統(tǒng)和氣體的注入裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)起到有效的指導(dǎo)作用，從而有效保證脫硝項(xiàng)目設(shè)計(jì)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，節(jié)約建設(shè)成本。
文檔編號(hào)G01M9/08GK103076151SQ201310019599
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月21日
發(fā)明者王志強(qiáng), 于洲, 馬春元 申請(qǐng)人:山東大學(xué)