專利名稱：一種scr法煙氣脫硝流場冷態(tài)測試系統(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法煙氣脫硝流場冷態(tài)測試系統(tǒng)及方法，流場模型試驗研究作為SCR法煙氣脫硝工程設(shè)計的核心部分，直接影響到脫硝工程設(shè)計和運行的優(yōu)劣。
背景技術(shù)：
近年來隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)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等污染物帶來嚴(yán)重的酸雨和其他環(huán)境污染問題。與SO2相比，NOx不但對酸雨的行程影響很大，而且還是光化學(xué)煙霧行程的催化劑，其對大氣的污染要遠(yuǎn)大于SO2行程的污染。對于煙氣脫硝技術(shù)，目前常用的有SCR法、SNCR法和SCR+SNCR法。SCR法脫硫技術(shù)與1972年在日本開始正式研究和開發(fā)，并于1978年實現(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)電廠率先投入運行，1983年在日本竹原電廠3號機組700麗全負(fù)荷應(yīng)用成功，勵^兌除率達(dá)到80%。繼日本之后，德國于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下，美國聯(lián)邦政府、學(xué)術(shù)界和工業(yè)界也針對SCR法技術(shù)的研究、開發(fā)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(tǒng)SCR法脫硝裝置在新澤西州的285MW熱電廠建成投產(chǎn)，裝置運轉(zhuǎn)穩(wěn)定。我國SCR法煙氣脫硝工程是從2005年正式開始啟動建設(shè)，已取得長足的發(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，該實驗的目的是通過在冷態(tài)一定比例的物理模型中對脫硝裝置煙道系統(tǒng)內(nèi)流體的流場進(jìn)行模擬和?；囼?，對系統(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，以保證取得均勻的煙氣流動分布，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法煙氣脫硝流場冷態(tài)測試系統(tǒng)及方法，對SCR法煙氣脫硝方法進(jìn)行冷態(tài)數(shù)值模擬，在設(shè)計新反應(yīng)器或新反應(yīng)器投入運行時，可通過模化試驗或冷態(tài)試驗來了解，掌握其流動規(guī)律，驗證和修改設(shè)計及運行方案；對已有運行不正常的設(shè)備，可通過?；蚶鋺B(tài)試驗找出其改正的措施。因此該發(fā)明是省時省力、效率高、靈活性強的一種試驗方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:一種SCR法煙氣脫硝流場冷態(tài)測試系統(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)對速度和濃度的測點均設(shè)在導(dǎo)流板和整流板之間，在導(dǎo)流板與出口段間設(shè)有壓力測試點測量系統(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，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)氧樹脂粘結(jié)；煙道風(fēng)機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)對流場氣體速度進(jìn)行測量，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)。所述的壓差測量系統(tǒng)壓力降在導(dǎo)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(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，從而獲得脫硝過程中氨氣的分布規(guī)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(shè)計要求。一種SCR法煙氣脫硝流場冷態(tài)測試方法，包括步驟如下(I)通過CFD即計算流體動力學(xué)，數(shù)值模擬計算工況評估脫硝裝置在鍋爐實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)荷下的運行狀況，分別注入根據(jù)各工況計算的當(dāng)量示蹤顆粒/氣體；(2)通過PDA系統(tǒng)對速度分布進(jìn)行測量，得速度分布變化系數(shù)，以RMS均方根誤差來定義，速度分布變化系數(shù)的RMS不超過15% ；(3)在系統(tǒng)入口借助標(biāo)準(zhǔn)DIN/IS0孔或文丘里管測量流量，除低負(fù)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)，其余試驗中的模型內(nèi)流速均要求雷諾數(shù)達(dá)到IO5數(shù)量級；(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SOOpa ；(5)對系統(tǒng)出口處的氨氮濃度分布采用在線煙氣分析儀進(jìn)行測量，得氨/氮摩爾比分布變化系數(shù)，以RMS均方根誤差來定義，氨/氮摩爾比分布變化系數(shù)RMS不超過5%，(6)熱電偶測量催化劑反應(yīng)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范圍內(nèi)；(7)通過積灰試驗，驗證省煤器出口部分的煙道和導(dǎo)流板設(shè)計，模型煙道內(nèi)不出現(xiàn)肉眼可視的積灰現(xiàn)象；(8)驗證煙氣均流裝置的設(shè)計，速度分布變化系數(shù)，以RMS均方根誤差來定義，不超過15%，煙氣入射催化劑角度(與垂直方向的夾角)< 10°，保證各個工況下反應(yīng)器入口煙氣氣流流動方向偏差；
(9)驗證空氣預(yù)熱器入口部分煙道和導(dǎo)流板的設(shè)計，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PDA所得的所有速度測點數(shù)值在所有測點平均值的±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，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)計范圍內(nèi)時，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，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法煙氣脫硝流場冷態(tài)測試系統(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)對速度和濃度的測點均設(shè)在導(dǎo)流板和整流板之間，在導(dǎo)流板與出口段間設(shè)有壓力測試點測量系統(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，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法煙氣脫硝流場冷態(tài)測試系統(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法煙氣脫硝流場冷態(tài)測試系統(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法煙氣脫硝流場冷態(tài)測試系統(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法煙氣脫硝流場冷態(tài)測試的方法，其特征是，包括步驟如下:(1)通過CFD即計算流體動力學(xué)，數(shù)值模擬計算工況評估脫硝裝置在鍋爐實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)荷下的運行狀況，分別注入根據(jù)各工況計算的當(dāng)量示蹤顆粒/氣體；(2)通過PDA系統(tǒng)對速度分布 進(jìn)行測量，得速度分布變化系數(shù)，以RMS均方根誤差來定義，速度分布變化系數(shù)的RMS不超過15% ；(3)在系統(tǒng)入口借助標(biāo)準(zhǔn)DIN/ISO孔或文丘里管測量流量，除低負(fù)荷下的灰沉降試驗要求流速較低外，其余試驗中的模型內(nèi)流速均要求雷諾數(shù)達(dá)到IO5數(shù)量級；(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SOOpa ；(5)對系統(tǒng)出口處的氨氮濃度分布采用在線煙氣分析儀進(jìn)行測量，得氨/氮摩爾比分布變化系數(shù)，以RMS均方根誤差來定義，氨/氮摩爾比分布變化系數(shù)RMS不超過5% ；(6)熱電偶測量催化劑反應(yīng)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范圍內(nèi)；(7)通過積灰試驗，驗證省煤器出口部分的煙道和導(dǎo)流板設(shè)計，模型煙道內(nèi)不出現(xiàn)肉眼可視的積灰現(xiàn)象；(8)驗證煙氣均流裝置的設(shè)計，速度分布變化系數(shù)，以RMS均方根誤差來定義，不超過15%，煙氣入射催化劑角度與垂直方向的夾角< 10°，保證各個工況下反應(yīng)器入口煙氣氣流流動方向偏差；(9)驗證空氣預(yù)熱器入口部分煙道和導(dǎo)流板的設(shè)計，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PDA所得的所有速度測點數(shù)值在所有測點平均值的±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，整體調(diào)整系統(tǒng)的導(dǎo)流整流系統(tǒng)；氨氮比不在設(shè)計范圍內(nèi)時，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，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法煙氣脫硝流場冷態(tài)測試的方法，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法煙氣脫硝流場冷態(tài)測試系統(tǒng)及方法，PDA系統(tǒng)對速度和濃度的測點均設(shè)在導(dǎo)流板和整流板之間，在導(dǎo)流板與出口段間設(shè)有壓力測試點測量系統(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，示蹤顆粒/氣體在省煤器出口及氨噴射段設(shè)有其加入口，觀察積灰并通過出口煙氣分析儀分析出口氣體分布，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(fù)荷下的運行狀況。對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)計起到有效的指導(dǎo)作用，從而有效保證脫硝項目設(shè)計的各項性能指標(biāo)，節(jié)約建設(shè)成本。
文檔編號G01M9/08GK103076151SQ201310019599
公開日2013年5月1日 申請日期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, 于洲, 馬春元 申請人:山東大學(xué)