一种适用进口NOx分布恶劣变化的SCR烟气脱硝装置的制作方法

一种适用进口nox分布恶劣变化的scr烟气脱硝装置
技术领域
1.本发明涉及scr烟气脱硝的技术领域，具体为一种适用进口nox分布恶劣变化的scr烟气脱硝装置。


背景技术：

2.随着风电、光伏等新能源发电的快速发展，传统的燃煤发电机组从主力电源向负荷调节型电源转变，并协同处置城市污泥等固废。燃煤发电机组在承担更多社会责任的同时，机组负荷和入炉燃料都严重偏离了设计值。机组负荷、磨组合、入炉燃料的变化和燃烧调整均会导致scr进口nox浓度分布发生明显改变，从而使催化剂进口截面的nh3/nox摩尔比分布均匀性变差，脱硝出口氨逃逸上升。
3.为了应对scr进口nox分布均匀性差且分布规律多变的的问题，国内提出了两种技术路线。一种是通过静态混合器提升nox分布均匀性，另一种是通过分区自动喷氨控制系统适应nox分布的变化。
4.采用技术路线1，中国专利文献cn106823796a公开了一种在aig前10～15m的水平烟道内布置1～3排直径为1～1.5m的圆形盘或星形盘静态混合器，对喷氨前烟气进行预混。中国专利文献cn106731827b公开了一种aig上游烟气大范围自混合装置。中国专利文献cn210752111u公开了一种全负荷适应性scr喷氨系统，包括喷氨装置、烟气大范围自混合装置、整流装置。
5.采用技术路线2，中国专利文献cn106000087a公开了一种基于分区混合调节的scr超低排放控制系统，包括scr入口烟道、若干入口烟道隔板、若干出口烟道隔板、scr出口烟道、dcs控制系统、氨气输入管道及scr反应器。各入口烟道隔板位于scr入口烟道的出口内，且各入口烟道隔板将scr入口烟道的出口分为若干入口烟气通道。各出口烟道隔板位于scr出口烟道的入口内，且各出口烟道隔板将scr出口烟道的入口分为若干出口烟气通道。其中，各入口烟气通道内均设有喷氨格栅，氨气输入管道分别与各喷氨格栅的入口相连通，其中各喷氨格栅的入口处均设有调节阀。其中，一个入口烟气通道对应一个出口烟气通道。
6.中国专利文献cn106823796a提出在aig前10～15m的水平烟道内布置1～3排直径为1～1.5m的圆形盘或星形盘静态混合器的方案，对喷氨前烟气进行预混，以改善aig入口的nox浓度和烟气速度的分布均匀性，提高aig的变工况适应性。
7.scr入口烟道通常设计为矩形，宽度通常在9m以上，深度尺寸约为深度的1/4。直径仅为1～1.5m的圆形盘或星形盘静态混合器无法实现整个宽度方向上两侧烟气充分掺混。因此，此技术方案虽然能改善局部烟气中nox的分布均匀性，但无法有效降低宽度方向上nox分布偏差。
8.中国专利文献cn106731827b和cn210752111u采用的三角形烟气大范围自混合装置对矩形烟道内nox浓度偏差的混合效果如图2所示，优于中国专利文献cn106823796a的技术方案。但由于三角形烟气大范围自混合装置的尺寸较大，适用范围受现场安装空间限制较大。
9.中国专利文献cn106000087a提出的基于分区混合调节的scr超低排放控制系统，通过将进出口烟道分成多个通道的方式，缩小了各分区通道的烟道宽度。进而在各通道分别设置静态混合器、喷氨格栅、氨气输送及流量控制系统、出口nox浓度检测器，来实现局部喷氨量与nox分布的匹配。此方案本质上是利用现有双通道scr反应器的成熟技术，进一步增加烟道分区数量，从而提高区域喷氨量的调节灵活性和工况适应性，技术理论上可行，但系统复杂，实施成本高，实际效果严重依赖scr出口截面nox浓度分布的测量准确性和及时性。在机组频繁灵活调峰运行时，实用性较差。


技术实现要素：

10.针对上述问题，本发明提供了一种适用进口nox分布恶劣变化的scr烟气脱硝装置，其使scr进口烟道的nox分布相对标准偏差cv值降幅达到93％，不同工况下顶层催化剂进口截面的nox分布规律趋于均匀一致，从而大幅降低了机组负荷、磨组合对催化剂入口nh3/no摩尔比分布均匀性的影响。粗颗粒灰预脱除，有效降低了scr进口烟道及催化剂的磨损，保证了脱硝装置运行的可靠性和稳定性。
11.一种适用进口nox分布恶劣变化的scr烟气脱硝装置，其特征在于，其包括：
12.省煤器出口烟道，其底部的一侧开有连通口，其底部设置有省煤器灰斗；
13.粗灰预脱除装置；
14.scr进口水平烟道；
15.扩口烟道，其水平布置；
16.scr上升烟道，其包括垂直段、出口段；
17.scr反应器；
18.scr催化剂层；
19.以及scr出口烟道；
20.所述省煤器出口烟道的底部一侧连通口连通所述scr进口水平烟道的入口，所述scr进口水平烟道的通过扩口烟道连通所述scr上升烟道的入料口，所述scr上升烟道的垂直段自下而上布置、且其上部设置有出口段，所述出口段的出口对接scr反应器的入口布置，所述scr反应器的下方设置有scr催化剂层，所述scr催化剂层的底部设置有scr出口烟道。
21.其进一步特征在于：
22.所述scr上升烟道的垂直段的入口腔体均匀排布有若干上升烟道入口圆弧导流板，所述scr上升烟道的垂直段的出口腔体均匀排布有若干上升烟道出口圆弧导流板，以减少弯道流动造成的烟气和飞灰偏流现象；上升烟道入口圆弧导流板、上升烟道出口圆弧导流板的片数为2～5片；
23.在scr上升烟道的垂直段的下方区域内设置有aig烟气大范围混合器、和喷氨格栅，烟气在烟气大范围混合器的作用下，形成覆盖整个烟道截面的环流和局部涡流，有助于增强aig出口nh3与烟气的均匀掺混，同时减少aig上游截面烟道内宽度方向的流速分布偏差，且由于设置有aig烟气大范围混合器，喷氨格栅的喷嘴数量可大幅减少，单个喷嘴的气流量大幅增加，堵塞风险显著降低；
24.所述aig烟气大范围混合器安装在喷氨格栅的上游或下游；
25.所述省煤器出口烟道的后墙设置一个向内的折角，所述折角的下端所对应的位置处设置有粗灰预脱除装置，所述折角将烟气引导进入所述粗灰预脱除装置的入口，所述粗灰预脱除装置的底部下方设置有省煤器灰斗；
26.所述scr进口水平烟道内设置有前烟气大范围混合器，所述前烟气大范围混合器用于获得横跨整个烟道截面的强环流，实现全截面烟气的充分混合；前烟气大范围混合器布置在扩口烟道前，烟气在强环流的作用下迅速填满整个外扩烟道，从而避免了扩口烟道内低流速区的出现；
27.所述出口段和scr反应器的连接位置处设置有整流格栅。
28.采用上述技术方案后，其采用高效的粗颗粒灰脱除和烟气大范围自混合技术，使scr进口烟道的nox分布相对标准偏差cv值降幅达到93％，不同工况下顶层催化剂进口截面的nox分布规律趋于均匀一致，从而大幅降低了机组负荷、磨组合对催化剂入口nh3/no摩尔比分布均匀性的影响。粗颗粒灰预脱除，有效降低了scr进口烟道及催化剂的磨损，保证了脱硝装置运行的可靠性。
附图说明
29.图1为本发明的主视图结构示意图；
30.图2为本发明的立体图结构示意图；
31.图3为本发明设置了前烟气大范围混合器的下游烟气流线示意图；
32.图4为本发明设置了aig烟气大范围混合器的下游烟气流线示意图；
33.图5为第一种模拟工况的进口no浓度分布图；
34.图6为第一种工况下采用本发明的具体实施例后scr进口烟道浓度分布图；
35.图7为第二种模拟工况的进口no浓度分布图；
36.图8为第二种工况下采用本发明的具体实施例后scr进口烟道浓度分布图；
37.图9为采用本发明后的scr进口烟道速度分布示意图；
38.图中所对应的序号的名称如下：
39.1、省煤器出口烟道；2、粗灰预脱除装置；3、省煤器灰斗；4、前烟气大范围混合器；5、scr进口水平烟道；6、扩口烟道；7、脱硝灰斗；8、上升烟道入口圆弧导流板；9、aig烟气大范围混合器；10、喷氨格栅；11、scr上升烟道；12、上升烟道出口圆弧导流板；13、整流格栅；14、scr反应器；15、scr催化剂层；16、scr出口烟道。
具体实施方式
40.一种适用进口nox分布恶劣变化的scr烟气脱硝装置，见图1-图4，其包括省煤器出口烟道1、粗灰预脱除装置3、scr进口水平烟道5、扩口烟道6、scr上升烟道11、scr反应器14、scr催化剂层15、以及scr出口烟道16；
41.省煤器出口烟道1的底部的一侧开有连通口，其底部设置有省煤器灰斗3；
42.scr上升烟道11包括垂直段、出口段；
43.省煤器出口烟道1的底部一侧连通口连通scr进口水平烟道5的入口，scr进口水平烟道5通过扩口烟道6连通scr上升烟道11的入料口，scr上升烟道11的垂直段自下而上布置、且其上部设置出口段，出口段对接scr反应器14的入口截面布置，scr反应器14的下方设
置有scr催化剂层15，scr催化剂层15的底部设置有scr出口烟道16。
44.具体实施时，scr上升烟道11的垂直段的入口腔体均匀排布有若干上升烟道入口圆弧导流板8，scr上升烟道11的垂直段的出口腔体均匀排布有若干上升烟道出口圆弧导流板12，以减少弯道流动造成的烟气和飞灰偏流现象；上升烟道入口圆弧导流板8、上升烟道出口圆弧导流板12的片数为2～5片；
45.在scr上升烟道11的垂直段的下方区域内设置有aig烟气大范围混合器9、和喷氨格栅10，aig烟气大范围混合器9可以安装在喷氨格栅10的上游或下游；
46.省煤器出口烟道1的后墙设置一个向内的折角，折角的下端所对应的位置处设置有粗灰预脱除装置2，折角将烟气引导进入粗灰预脱除装置2的入口，粗灰预脱除装置2的底部下方设置有省煤器灰斗3；
47.scr进口水平烟道5内设置有前烟气大范围混合器4，前烟气大范围混合器4用于获得横跨整个烟道截面的强环流，实现全截面烟气的充分混合；前烟气大范围混合器布4置在扩口烟道6前，烟气在强环流的作用下迅速填满整个外扩烟道，从而避免了扩口烟道6内低流速区的出现；
48.出口段和scr反应器14的连接位置处设置有整流格栅13。
49.具体实施时，scr上升烟道11与scr进口水平烟道5相连，在连接转弯处设置有一组上升烟道入口圆弧导流板8，以减少弯道流动造成的烟气和飞灰偏流现象；在scr上升烟道11的前端，布置有aig烟气大范围混合器9和喷氨格栅10；烟气在烟气大范围混合器9的作用下，形成覆盖整个烟道截面的环流和局部涡流图5，有助于增强aig出口nh3与烟气的均匀掺混，同时减少aig上游截面烟道内宽度方向的流速分布偏差。由于设置有aig烟气大范围混合器9，喷氨格栅10的喷嘴数量可大幅减少，单个喷嘴的气流量大幅增加，堵塞风险显著降低。需要指出的是，aig烟气大范围混合器9可安装再喷氨格栅10的上游，也可安装再喷氨格栅10的下游。
50.在scr上升烟道11顶部转弯处，设置有一组上升烟道出口圆弧导流板12，以减少弯道流动造成的烟气和飞灰偏流现象。圆弧导流板8和12，通常一组设置2～5片。
51.从上升烟道11出来的烟气经过整流格栅13后，竖直向下进入scr反应器14。scr反应器14内布置有3～4层催化剂15。在催化剂作用下，还原剂nh3气与烟气中的nox反应，生成无污染的n2和h2o。未反应的nox和nh3气随烟气进入scr出口烟道16。
52.省煤器出口烟道1的后墙设置一个向内的折角，折角的末端在省煤器灰斗3的正上方。
53.粗灰预脱除装置2布置在省煤器出口烟道1靠炉后的区域，并与折角后墙贴合，避免烟气短路。
54.省煤器灰斗3采用深灰斗，侧壁与水平方向的夹角大于50度。
55.扩口烟道前烟气大范围混合器4采用2lxv型烟气大范围混合器，以获得如图6、图8所示的横跨整个烟道截面的强环流。
56.优选地，aig烟气大范围混合器9采用4lxv型烟气大范围混合器，以获得如图6、图8所示的覆盖整个烟道截面的环流和局部涡流。
57.aig烟气大范围混合器9与喷氨格栅10的间距为1～3米。
58.scr进口烟道内，除上升烟道进出口的圆弧导流板8和12外，不设置其它导流板。
59.具体实施时，采用适用进口nox分布恶劣变化的scr烟气脱硝装置，对某600mw燃煤发电机组的scr脱硝装置进行了流场优化设计；其沿着烟气流程，依次在scr进口水平烟道的扩口前段布置了2lxv型烟气大范围混合器，上升烟道入口转向区布置了2片圆弧导流板，喷氨格栅下游布置了4lxv型烟气大范围混合器aig烟气大范围混合器，上升烟道出口转向区布置了2片圆弧导流板；
60.在省煤器出口烟道截面的no浓度一侧高一侧低、中间高两侧低，分布相当标准偏差cv值分均高达20.5％的两种恶劣条件下，采用数值模拟方法计算分析本发明提出的scr烟气脱硝装置应对进口nox分布均匀性差且分布规律多变的恶劣工况的适应能力。
61.第一种工况，详见图5；第二种工况，详见图7；
62.模拟结果显示，本发明提出的scr脱硝装置设计方案的恶劣工况适应能力优秀；对于no浓度一侧高一侧低、中间高两侧低的两种分布，顶层催化剂上游500mm截面的no浓度分布cv均降低到了1.5％以下，图6和图8所示的scr进口截面no浓度分布直观显示了沿程no分布的变化。
63.模拟工况下，scr进口截面速度分布如图9所示，喷氨格栅上游速度分布cv为19.8％，顶层催化剂上游500mm截面的速度分布cv为13.5％。
64.顶层催化剂上游500mm截面的流场统计指标如表1所示，均匀喷氨时case1的nh3/no分布cv达到了4.8％。喷氨格栅支管流量根据上游的速度分布调整后，两种进口no分布下的nh3/no分布cv达到了1.1％、1.2％。
[0065][0066]
表1顶层催化剂上游500mm截面的流场统计指标
[0067]
此案例说明，本发明提出的适用进口nox分布恶劣变化的火电厂scr烟气脱硝装置在极端恶劣工况下，可使顶层催化剂上游截面的no分布相对标准偏差cv值降幅达到93％，nh3/no摩尔比分布cv＝1.1～1.2％接近完全均匀，scr脱硝装置流场各项性能指标均大幅优于常规设计要求。
[0068]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0069]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包
含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

技术特征：
1.一种适用进口nox分布恶劣变化的scr烟气脱硝装置，其特征在于，其包括：省煤器出口烟道，其底部的一侧开有连通口，其底部设置有省煤器灰斗；粗灰预脱除装置；scr进口水平烟道；扩口烟道，其水平布置；scr上升烟道，其包括垂直段、出口段；scr反应器；scr催化剂层；以及scr出口烟道；所述省煤器出口烟道的底部一侧连通口连通所述scr进口水平烟道的入口，所述scr进口水平烟道的通过扩口烟道连通所述scr上升烟道的入料口，所述scr上升烟道的垂直段自下而上布置、且其上部设置有出口段，所述出口段的出口对接scr反应器的入口布置，所述scr反应器的下方设置有scr催化剂层，所述scr催化剂层的底部设置有scr出口烟道。2.如权利要求1所述的一种适用进口nox分布恶劣变化的scr烟气脱硝装置，其特征在于：所述scr上升烟道的垂直段的入口腔体均匀排布有若干上升烟道入口圆弧导流板，所述scr上升烟道的垂直段的出口腔体均匀排布有若干上升烟道出口圆弧导流板，以减少弯道流动造成的烟气和飞灰偏流现象；上升烟道入口圆弧导流板、上升烟道出口圆弧导流板的片数为2～5片。3.如权利要求2所述的一种适用进口nox分布恶劣变化的scr烟气脱硝装置，其特征在于：在scr上升烟道的垂直段的下方区域内设置有aig烟气大范围混合器、和喷氨格栅，烟气在烟气大范围混合器的作用下，形成覆盖整个烟道截面的环流和局部涡流。4.如权利要求3所述的一种适用进口nox分布恶劣变化的scr烟气脱硝装置，其特征在于：所述aig烟气大范围混合器安装在喷氨格栅的上游或下游。5.如权利要求1所述的一种适用进口nox分布恶劣变化的scr烟气脱硝装置，其特征在于：所述省煤器出口烟道的后墙设置一个向内的折角，所述折角的下端所对应的位置处设置有粗灰预脱除装置，所述折角将烟气引导进入所述粗灰预脱除装置的入口，所述粗灰预脱除装置的底部下方设置有省煤器灰斗。6.如权利要求1所述的一种适用进口nox分布恶劣变化的scr烟气脱硝装置，其特征在于：所述scr进口水平烟道内设置有前烟气大范围混合器，所述前烟气大范围混合器用于获得横跨整个烟道截面的强环流，实现全截面烟气的充分混合。7.如权利要求1所述的一种适用进口nox分布恶劣变化的scr烟气脱硝装置，其特征在于：所述出口段和scr反应器的连接位置处设置有整流格栅。

技术总结
本发明提供了一种适用进口NOx分布恶劣变化的SCR烟气脱硝装置，有效降低了SCR进口烟道及催化剂的磨损，保证了脱硝装置运行的可靠性和稳定性。其包括：省煤器出口烟道，其底部的一侧开有连通口，其底部设置有省煤器灰斗；粗灰预脱除装置；SCR进口水平烟道；扩口烟道，其水平布置；SCR上升烟道，其包括垂直段、出口段；SCR反应器；SCR催化剂层；以及SCR出口烟道；省煤器出口烟道的底部一侧连通口连通SCR进口水平烟道的入口，SCR进口水平烟道的通过扩口烟道连通SCR上升烟道的入料口，SCR上升烟道的垂直段自下而上布置、且其上部设置有出口段，出口段的出口对接SCR反应器的入口布置，SCR反应器的下方设置有SCR催化剂层，SCR催化剂层的底部设置有SCR出口烟道。部设置有SCR出口烟道。部设置有SCR出口烟道。


技术研发人员：谢新华 宋玉宝 陈宝康 周健 何金亮 孔凡海 韦振祖 李明磊 杨恂
受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司
技术研发日：2023.07.17
技术公布日：2023/9/14