一種scr脫硝裝置噴氨嘴的設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種混合距離超短情況下的SCR脫硝裝置噴氨嘴的設(shè)計(jì)方法，屬于火電環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]選擇性催化還原(SCR-Selective Catalytic Reduct1n)技術(shù)是目前燃煤火電站中應(yīng)用最為廣泛的煙氣凈化技術(shù)。其主要原理是利用氨氣(NH3)和氮氧化物(NOx)在V2O5/評(píng)03/1102或V 205/Mo03/Ti02組成的催化劑的作用下進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，生成氮?dú)?N 2)和水(H2O),從而脫除煙氣中有害的N0X。在進(jìn)行脫硝裝置設(shè)計(jì)時(shí)，為了保證SCR系統(tǒng)的NOJ^除效率并控制氨逃逸量，需要采取一定的措施使得氨和煙氣均勻混合。通常的做法是在噴氨格柵下游加裝混合格柵，并為氨和煙氣提供足夠長(zhǎng)的混合煙道，使得到達(dá)催化劑平面的氨濃度分布盡可能的均勻，一般以第一層催化劑入口平面氨濃度分布相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差為標(biāo)準(zhǔn)，要求該指標(biāo)小于5%。
[0003]然而，SCR脫硝技術(shù)的應(yīng)用在我國(guó)起步較晚，大部分燃煤火電站在建設(shè)初期并未考慮煙氣脫硝，其SCR系統(tǒng)的加裝需要基于原有的鍋爐結(jié)構(gòu)，屬于改造設(shè)計(jì)。對(duì)不同的改造項(xiàng)目進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，由于已有鍋爐結(jié)構(gòu)及梁架結(jié)構(gòu)的存在，SCR系統(tǒng)的設(shè)計(jì)受到了較多的約束。常見(jiàn)的如噴氨格柵安裝位置與催化劑入口平面之間的距離比較短，到達(dá)催化劑入口的煙氣和氨并不能充分混合均勻。針對(duì)此類(lèi)情況，有時(shí)可以在整流格柵之后加裝針對(duì)性的導(dǎo)流結(jié)構(gòu)提高煙氣與氨的混合均勻度，但在少部分情況下，這一距離超短，甚至沒(méi)有加裝混合格柵的空間，催化劑平面的氨濃度分布往往達(dá)不到要求，影響SCR系統(tǒng)的脫硝效率。通過(guò)對(duì)噴氨嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行合理優(yōu)化設(shè)計(jì)可以提高煙氣和氨的混合程度，保證裝置的高效運(yùn)行。
[0004]經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)文獻(xiàn)檢索后發(fā)現(xiàn)，李娜、盧作基、秦翠娟在《電力技術(shù)與環(huán)?！?2012年第28卷第2期)發(fā)表了“基于參數(shù)化模型優(yōu)化的噴氨格柵設(shè)計(jì)方法研宄”。分析了噴氨格柵幾何參數(shù)(噴氨管間距、噴氨孔間距)對(duì)噴氨特性的影響，提出了一種設(shè)計(jì)方法，以獲得氨濃度分布相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差最小時(shí)的噴氨格柵結(jié)構(gòu)。然而該文并未對(duì)噴氨嘴進(jìn)行具體分析研宄，也未從噴氨嘴的角度對(duì)噴氨格柵進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]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SCR脫硝裝置噴氨嘴的設(shè)計(jì)方法，該方法在脫硝裝置混合煙道距離超短的情況下對(duì)噴氨嘴結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，提高到達(dá)催化劑入口平面的煙氣與氨的混合均勻度，保證NOJ^除效率，減少氨逃逸量。
[0006]為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供一種SCR脫硝裝置噴氨嘴的設(shè)計(jì)方法，該方法根據(jù)混合距離、噴氨格柵管間距、孔間距對(duì)噴氨嘴結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，并將噴氨嘴設(shè)計(jì)成交錯(cuò)分布，在混合距離超短的情況下，保證到達(dá)催化劑入口平面的煙氣和氨有高的混合均勻度，避免氨由于來(lái)不及擴(kuò)散而造成的局部富集。
[0007]優(yōu)選地，所述噴氨嘴的結(jié)構(gòu)參數(shù)，包括:噴氨嘴的張角Θ、噴氨嘴的交錯(cuò)位移量Δ，這些參數(shù)根據(jù)混合距離H、管間距D1、孔間距D2、噴氨嘴長(zhǎng)度L通過(guò)CFD仿真尋優(yōu)得到。其中，混合距離H是指噴氨格柵安裝位置與催化劑入口平面之間的距離；管間距D1是指噴氨格柵上相鄰噴氨管中心軸之間的距離；孔間距D2是指同一根噴氨管上同一側(cè)相鄰噴氨嘴中心軸之間的距離。
[0008]優(yōu)選地，所述噴氨嘴的張角Θ，是指:同一根噴氨管上呈V型分布的噴氨嘴，以焊接點(diǎn)為頂角，同一焊接點(diǎn)上往兩個(gè)方向安裝的噴嘴之間的夾角。
[0009]優(yōu)選地，所述噴氨嘴交錯(cuò)分布，是指:相鄰噴氨管的噴氨嘴并不對(duì)齊，任意相鄰噴氨管的噴氨嘴之間沿噴氨管方向存在一個(gè)位移量△，位移量△與孔間距02有關(guān)，為孔間距
02的一半。
[0010]優(yōu)選地，所述超短混合距離，是指:噴氨格柵安裝位置至催化劑入口平面的距離不足以安裝混合格柵或者其他提高煙氣與氨混合均勻度的裝置。
[0011]優(yōu)選地，所述噴氨嘴的噴氨速度與主流平均速度接近，若噴氨格柵上游煙氣速度均勻分布，采用均勻噴氨，若非均勻分布，則采用非均勻噴氨。
[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)明能夠在混合距離超短的情況下，提高煙氣與氨的混合均勻度，改善催化劑入口平面氨的分布，從而避免局部區(qū)域氨過(guò)多、過(guò)少造成的氨逃逸、顯^兌除不完全，具有提高SCR脫硝系統(tǒng)脫硝效率的作用，同時(shí)，在相同水平下，可以一定程度上減少催化劑的用量，節(jié)約成本。
【附圖說(shuō)明】
[0014]通過(guò)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:
[0015]圖1為本發(fā)明SCR脫硝裝置結(jié)構(gòu)及噴氨格柵示意圖；
[0016]圖中為噴氨格柵，2為SCR反應(yīng)器；
[0017]圖2為本發(fā)明噴氨格柵尺寸示意圖；
[0018]圖3為本發(fā)明噴氨嘴尺寸示意圖
[0019]圖4為優(yōu)化結(jié)果圖；
[0020]圖5為常規(guī)噴氨嘴設(shè)計(jì)時(shí)，催化層入口平面中心區(qū)域氨濃度分布云圖；
[0021]圖6為噴氨嘴優(yōu)化設(shè)計(jì)后，催化層入口平面中心區(qū)域氨濃度分布云圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)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(lái)說(shuō)，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。
[0023]本實(shí)施例提供一種超短距離情況下的SCR脫硝裝置噴氨嘴的設(shè)計(jì)方法，通過(guò)對(duì)噴氨嘴的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，改變氨的出射角，繼而改變到達(dá)催化劑的氨的分布，提高煙氣與氨的混合均勻度；根據(jù)噴氨格柵至催化劑的距離、管間距、孔間距，進(jìn)一步確定噴氨嘴的結(jié)構(gòu)參數(shù)，結(jié)構(gòu)參數(shù)是指噴氨嘴的張角Θ、噴氨嘴的交錯(cuò)位移量△，這些參數(shù)根據(jù)混合距離H、管間距D1、孔間距D2、噴氨嘴長(zhǎng)度L通過(guò)CFD仿真尋優(yōu)得到。
[0024]如圖1所示，為某塔式燃?xì)鈾C(jī)組SCR脫硝裝置結(jié)構(gòu)及噴氨格柵示意圖，I為噴氨格柵，2為SCR反應(yīng)器；其中噴氨格柵上游為多層換熱器結(jié)構(gòu)，噴氨格柵至催化劑的距離超短，無(wú)法安裝混合格柵，故采用本發(fā)明所設(shè)計(jì)的噴氨嘴結(jié)構(gòu)；其中:
[0025]噴氨格柵至催化劑的距離為H。
[0026]噴氨格柵管間距、孔間距分別為Dp D2,噴氨嘴長(zhǎng)度為L(zhǎng)，噴氨嘴的張角為Θ，噴氨嘴交錯(cuò)分布位移為△，尺寸標(biāo)注如圖2、圖3所示。
[0027]上述參數(shù)θ、Δ通過(guò)CFD(計(jì)算流體動(dòng)力學(xué))仿真尋優(yōu)得到，優(yōu)化結(jié)果圖如圖4所示，其中:
[0028]H = 3500mm ；
[0029]D1= 500mm, D 2= 300mm ;
[0030]L = 200mm ；
[0031]Δ = 150mm ;
[0032]θ = 80。。
[0033]本實(shí)施例中，由于該入口位于多層換熱器下游，故入口煙氣視為均勻分布，煙道入口煙氣速度5.7m/s，噴氨速度6m/s，煙氣出口靜壓力_1000Pa，溫度設(shè)定為620K。CFD仿真使用Fluent 6.3.26軟件，仿真時(shí)對(duì)催化劑入口平面尺寸取整，為7000mmX 5000mm。
[0034]圖1中SCR反應(yīng)器含一層，采用蜂窩狀催化劑，煙氣進(jìn)入SCR反應(yīng)器的入口平面為矩形。
[0035]在分析時(shí)，取催化劑入口平面中心區(qū)域作為對(duì)象，避免空間結(jié)構(gòu)約束對(duì)仿真結(jié)果的影響。
[0036]圖5為未進(jìn)行噴氨嘴設(shè)計(jì)時(shí)，脫硝裝置催化層入口平面中心區(qū)域氨濃度分布圖，俯視，左側(cè)為近鍋爐側(cè)，煙氣流動(dòng)方向由讀者指向紙面。
[0037]在未進(jìn)行噴氨嘴設(shè)計(jì)時(shí)，催化劑入口平面氨濃度分布相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差為11.51%。從云圖上可以看出，氨的分布呈條狀，高濃度與低濃度區(qū)域間隔分布，不均勻程度較高。此時(shí)，在高濃度區(qū)域，氨不能被催化反應(yīng)完全消耗，造成氨逃逸，離開(kāi)反應(yīng)器之后，會(huì)對(duì)下游設(shè)備造成腐蝕；在低濃度區(qū)域，脫硝反應(yīng)不能完全進(jìn)行，出反應(yīng)器的氣體中仍包含大量NOx，脫硝效率得不到保證。在對(duì)噴氨嘴進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)后，相應(yīng)的氨濃度分布相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差大幅下降，減小為2.18%，相應(yīng)的氨濃度分布云圖如圖6所示，可以看出，之前明顯的條狀分布已經(jīng)消失，除少數(shù)區(qū)域濃度較高之外，大部分區(qū)域的氨濃度分布都趨于均勻。同時(shí)，優(yōu)化設(shè)計(jì)之后，催化劑入口平面氨的最高濃度較之前有所下降。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，未進(jìn)行噴氨嘴設(shè)計(jì)情況下，到達(dá)催化劑入口平面的氨的最高濃度超過(guò)平均濃度約15%，而優(yōu)化設(shè)計(jì)之后，相應(yīng)的的氨的最高濃度超過(guò)平均濃度不到5%。
[0038]可見(jiàn)，在噴氨距離超短的情況下使用本發(fā)明技術(shù)可以使催化層入口處的氨濃度分布均勻度得到提升，消除氨在催化層入口處的不均勻現(xiàn)象，從而避免氨濃度分布不均導(dǎo)致的局部區(qū)域氨過(guò)多、過(guò)少造成的氨逃逸、NOJ^*不完全，起到提高SCR脫硝系統(tǒng)脫硝效率的作用。
[0039]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。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種SCR脫硝裝置噴氨嘴的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，該方法根據(jù)混合距離、噴氨格柵管間距、孔間距對(duì)噴氨嘴結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，并將噴氨嘴設(shè)計(jì)成交錯(cuò)分布，避免由于混合距離超短、氨來(lái)不及擴(kuò)散而造成的局部富集。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種SCR脫硝裝置噴氨嘴的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述噴氨嘴的結(jié)構(gòu)參數(shù)是指噴氨嘴的張角Θ、噴氨嘴的交錯(cuò)位移量△，這些參數(shù)根據(jù)混合距離H、管間距D1、孔間距D2、噴氨嘴長(zhǎng)度L通過(guò)CFD仿真尋優(yōu)得到。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種SCR脫硝裝置噴氨嘴的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述噴氨嘴的張角Θ，是指:同一根噴氨管上呈V型分布的噴氨嘴，以焊接點(diǎn)為頂角，同一焊接點(diǎn)上往兩個(gè)方向安裝的噴嘴之間的夾角。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種SCR脫硝裝置噴氨嘴的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述噴氨嘴交錯(cuò)分布，是指:相鄰噴氨管的噴氨嘴并不對(duì)齊，任意相鄰噴氨管的噴氨嘴之間沿噴氨管方向存在一個(gè)位移量Δ，位移量Δ與孔間距D2有關(guān)，位移量Δ為孔間距的一半。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的一種SCR脫硝裝置變徑煙道導(dǎo)流板設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述超短混合距離是指噴氨格柵安裝位置至催化劑入口平面的距離不足以安裝提高煙氣與氨混合均勻度的裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的一種SCR脫硝裝置變徑煙道導(dǎo)流板設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述噴氨嘴的噴氨速度與主流平均速度接近，若噴氨格柵上游煙氣速度均勻分布，采用均勻噴氨，若非均勻分布，則采用非均勻噴氨。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種SCR脫硝裝置噴氨嘴的設(shè)計(jì)方法，該方法針對(duì)脫硝裝置煙氣與氨的混合距離超短的情況，通過(guò)對(duì)噴氨嘴的張角θ進(jìn)行優(yōu)化，并將噴氨嘴設(shè)置成交錯(cuò)分布，避免氨濃度局部過(guò)高或者過(guò)低；根據(jù)混合距離、噴氨格柵管間距、孔間距、噴氨嘴長(zhǎng)度確定噴氨嘴的結(jié)構(gòu)參數(shù)；噴氨嘴的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括：噴氨嘴的張角θ、噴氨嘴的交錯(cuò)位移量Δ。本發(fā)明能在混合距離超短的情況下提高到達(dá)催化劑入口平面的煙氣和氨的混合均勻度，保證NOx脫除效率，減少氨逃逸量。
【IPC分類(lèi)】B01D53-56, B01D53-90
【公開(kāi)號(hào)】CN104524972
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410822742
【發(fā)明人】馮金煌, 曾豪駿, 袁景淇, 丁承剛, 郭士義, 朱彬, 成寶琨, 傅繼星, 王曉初, 田震
【申請(qǐng)人】上海電氣電站環(huán)保工程有限公司, 上海交通大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月22日