CN101766950B - Scr脱硝反应器入口烟气均流导流组件 - Google Patents

Abstract

一种火力发电站烟气脱硝技术领域的SCR脱硝反应器入口烟气均流导流组件，由弯道、两根作为弯道内外管壁连接弧的直管烟道和弯道内侧和外侧管道圆弧连接的导流板构成，若干层导流板以相互平行的方式依次由内而外设置于烟气脱硝管道内部的弯道处。本发明通过采用不同半径的圆弧型导流板，能够解决截面积变化很大的弯道处烟气均流导流问题，优化了选择性催化还原脱硝反应器入口速度分布，提高催化剂利用率和脱硝效率。

Description

SCR脱硝反应器入口烟气均流导流组件

技术领域

本发明涉及的是一种火力发电烟气脱硝技术领域的改进技术，具体是一种SCR(Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原法)脱硝反应器入口烟气均流导流组件。

背景技术

现有的火力电站烟气脱硝技术有选择性催化还原法、选择性非催化还原法、电子线照射法等，其中选择性催化还原法的脱硝效率高、操作稳定、应用广泛。选择性催化还原脱硝工艺控制需要解决两个关键问题，一是烟气和还原剂(通常采用氨气)的高速均匀混合问题，二是含有还原剂的烟气进入SCR脱硝反应器入口时的速度分布均匀控制问题(即负荷均匀控制问题)。本项专利申请技术是针对后者提出的解决方案，它尤其是适用于π型脱硝流程的负荷均匀控制。现有技术中脱硝装置包括喷氨格栅、3组导流板、SCR脱硝反应器和连接烟道，其中连接烟道截面为矩形、且沿烟气流动方向管道内侧宽度恒定。锅炉烟气在第1组导流板的导流下上行至喷氨格栅，在此还原剂氨与烟气混合，经过第2和第3组导流板的导流，混合烟气通过SCR脱硝反应器。本质上，脱硝反应器就是固定床催化反应器，在催化剂表面，烟气中的氮氧化物(NOx，俗称硝)在催化剂的作用下和氨发生还原发应生成水和氮气。其中催化层的截面积达数十到数百平方米，含有还原剂的烟气能否均匀地进入脱硝反应器入口直接影响烟气脱硝效率和催化剂使用寿命：局部速度过高将导致反应时间缩短、脱硝效率下降、催化剂结构损伤加大、氨逃逸率增大；局部速度过低则导致催化层有效利用率降低、易于积灰、降低总体脱硝率。对负荷均匀控制而言，导流板起着决定性作用。对此均匀性的评价指标是烟气进入第一层催化剂时的速度分布方差。目前，π型脱硝工艺普遍采用的负荷均匀控制方法是采用导流板将弯道处沿烟气流动方向划分成若干个区域，烟气流经弯道处时，从不同的区域分别通过。导流板通常采用半径相同的圆弧形薄板。然而，导流板所处变径弯道连接了两根管道截面积相差很大的直管，计算流体力学仿真结果表明，采用形状相同的、半径相同、弧长相同的圆弧形导流板，对变径程度很大的SCR脱硝反应器不能达到很好的负荷均匀控制效果。

对现有的技术文献检索后发现，沈丹等在《电力环境保护》(2007年第23卷第1期，第42-45页)发表文章“600MW电厂SCR烟气脱硝反应器内不同导流板的流场数值模拟”，该文研究了不同形状导流板形状(平直、弧形)和导流板在弯道中的分布(均匀分布、非均匀分布)对SCR脱硝反应器入口气体速度分布的影响，得出了同半径弧形带平直拖尾导流板有利于改善速度分布的结论。对此，该论文没有给出定量分析结果。此外，论文没有涉及变半径导流板、变弧长的设计。

发明内容

本发明针对现有技术中火电厂烟气选择性催化还原法脱硝装置中SCR脱硝反应器入口前端弯道(即图1中第3组导流板所处弯道)截面积变化大的问题，提供一种SCR脱硝反应器入口烟气均流导流组件，使得本发明能够较好的解决截面积变化很大弯道处烟气均流导流问题，优化了SCR脱硝反应器入口速度分布，具有提高催化剂利用率和脱硝效率的潜力。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明由弯道、两根作为弯道内外管壁连接弧的直管烟道和弯道内侧和外侧管道圆弧连接的导流板构成，导流板将弯道通道进行等分分割。

所述的弯道内外管壁连接弧，是指：所需连接的水平管烟道与竖直管烟道两根直管烟道的内切圆圆弧，弧度为π/2。

所述的导流板，其纵截面半径、弧度与导流板的总数构成相互关系：当弯道中加入n片导流板，即将弯道划分为(n+1)个通道，那么第i片导流板的半径r_i为：

r_i＝r₀+h×i/(n+1)，

其中：r₀是弯道内侧管壁内切圆的半径；h为水平直管流通面的上下高度；n为导流板片数，(n+1)为弯道通道个数。

所有导流板的弧度均为π/2；导流板纵截面圆弧对应的圆心均位于竖直烟道上沿，圆心位置需要确保导流板的下沿将竖直烟道左右均匀等分。

本发明所述的导流板与弯道所连接的直烟道中气体流动方向相切，减少了气体流动的动能损失；导流板采用半径不同、弧度为π/2圆弧型板，可以减小导流板背风侧形成涡的区域，使组件后端尽可能形成均匀的速度分布，以便提高催化剂利用率和提高脱硝效率。

附图说明

图1本发明剖面示意图。

图2本实施例弯道内外管壁连接弧和变半径、变弧长圆弧导流板的确定方法示意图。

图3本实施例实施示意图。

图4具体实施例效果对比-速度分布散点图；

其中：图(a)改进前，图(b)改进后。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

图1所示的、第3组导流板所处弯道的正视图见图2。本实施例采用变半径导流板、变弧长的导流板将此弯道通道进行等分分割。弯道内外管壁连接弧就是所需连接的两根直管烟道(水平管烟道与竖直管烟道两根直管烟道)的内切圆圆弧，弧度为π/2。如图2中的a、b所示。弯道中第3组导流板(如图2中c所示)的半径、弧长与导流板的总数有关。具体地，假如要在弯道中加入n片导流板，即将弯道划分为(n+1)个通道，那么第i片导流板(图2中最左端的导流板i＝1)的半径r_i将由下式计算：r_i＝r₀+h×i/(n+1)，其中：r₀是弯道内侧管壁内切圆(如图2中a所示)的半径；h为水平直管流通面的上下高度；n为第3组导流板的片数，(n+1)为弯道内的通道个数。

各片导流板在圆弧半径确定后需进一步确定圆心位置：各片导流板的圆心均位于图2中水平线段d上，d线等同于弯道下沿与竖直烟道上沿之间的焊缝。线段d被n均分后形成n个平分点(如图2中的e所示)。以这些平分点为起点，向左移r_i的长度，就获得了第i片导流板的弧线圆心。以此为圆心、r_i为半径，逆时针作弧度为π/2的圆弧，就得到第i片导流板纵截面弧。

实施结果：

如图3所示，本实施例SCR脱硝反应器上方弯道连接了流通截面为9000mm×2400mm的水平烟道和流通截面为9000mm×7680mm的竖直烟道，弯道进出口截面积相差很大。在此弯道中均匀分布若干变半径、变弧长圆弧导流板，导流板的边缘分别与气体流入、流出方向相切。前文中描述了该弯道内外管壁连接弧半径和变半径、变弧长圆弧导流板半径的具体确定方法。根据实际工况，弯道前端水平直管流通面的上下高度h为2400mm；水平与竖直烟道确定的弯道内壁圆弧(图2中的a)半径为700mm，即r₀为700mm；安装7片导流板，则n为7。根据公式r_i＝r₀+h×i/(n+1)得到变半径、变弧长圆弧导流板的半径大小依次为：1000mm、1300mm、1600mm、1900mm、2200mm、2500mm和2800mm。鉴于n＝7，故对图2中水平线d作7个平分点(图2中的e)，以这些平分点为起点，分别向左移1000mm、1300mm、1600mm、1900mm、2200mm、2500mm和2800mm，得到7片导流板圆弧的圆心，以此为圆心和相应的半径，逆时针作弧度为π/2的圆弧，得到对应的第i片导流板的纵截面弧。

在上述实施例子烟道中，采用等半径、等弧长圆弧导流板，脱硝反应器入口截面混合气速度分布相对标准差约为23％，相应的速度分布散点图见图4(a)；采用本发明变半径、变弧长圆弧导流板，脱硝反应器入口截面混合气速度分布相对标准差约为9％，相应的速度分布散点图见图4(b)。图4中横坐标为SCR脱硝反应器入口平面、距离烟道左壁的距离，纵坐标为烟气速度。显然，改进设计下烟气在催化剂中的分布更为均匀。这也意味着，多孔催化剂与混合气的接触时间更加均匀了，从而避免了不均匀速度分布导致的总体脱硝效率下降：图4(a)催化剂层左侧区域速度较高、右侧区域烟气速度较低，因此，右侧区域烟气在催化剂中的停留时间(即反应时间)较左侧区域为长、脱硝更充分，但它是以左侧区域欠脱硝为代价的，导致总体脱硝效率下降。这也是SCR脱硝反应器设计规范要求进入催化层的烟气速度分布方差必须低于15％的原因。本实施例的效果明显，方差从23％(不合格)降到了9％(合格)。

Claims (5)

1.一种SCR脱硝反应器入口烟气均流导流组件，其特征在于，由弯道、两根作为弯道内外管壁连接弧的直管烟道和弯道内侧和外侧管道圆弧连接的导流板构成，导流板将弯道通道进行等分分割；

所述的导流板的半径与导流板的总数满足以下关系：当弯道中加入n片导流板，即将弯道划分为(n+1)个通道，那么第i片导流板的半径r_i为：

r_i＝r₀+h×i/(n+1)，

其中：r₀是弯道内侧管壁内切圆的半径；h为水平直管流通面的上下高度；n为导流板片数，(n+1)为弯道通道个数。

2.根据权利要求1所述的SCR脱硝反应器入口烟气均流导流组件，其特征是，所述的弯道内外管壁连接弧，是指：所需连接的水平管烟道与竖直管烟道两根直管烟道的内切圆圆弧，弧度为π/2。

3.根据权利要求1所述的SCR脱硝反应器入口烟气均流导流组件，其特征是，所有导流板的圆心均位于竖直烟道上沿。

4.根据权利要求3所述的SCR脱硝反应器入口烟气均流导流组件，其特征是，所述的导流板的圆心均位于竖直烟道上沿的水平线段上，将水平线段n均分后形成n个平分点并以这些平分点为起点，向左移r_i的长度，就获得了第i片导流板的弧线圆心。

5.根据权利要求1或4所述的SCR脱硝反应器入口烟气均流导流组件，其特征是，当弯道前端水平直管流通面的上下高度h为2400mm；水平与竖直烟道确定的弯道内壁圆弧半径为700mm，即r₀为700mm；安装7片导流板，则n为7，得到变半径、变弧长圆弧导流板半径大小依次为：1000mm、1300mm、1600mm、1900mm、2200mm、2500mm和2800mm，对应水平线d上的7个平分点，以这些平分点为起点，分别向左移1000mm、1300mm、1600mm、1900mm、2200mm、2500mm和2800mm，得到7片导流板圆弧的圆心，以此为圆心和相应的半径，逆时针作弧度为π/2的圆弧，得到对应的第i片导流板纵截面弧。

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