CN104307359A - 用于分散飞灰颗粒的烟气脱硝装置及其导流条设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于分散飞灰颗粒的烟气脱硝装置及其导流条设计方法，通过在π型脱硝装置上升烟道中设置导流条分散贴壁飞灰颗粒，所述导流条的纵截面形状为三角形，在烟道中贴壁安装，它改变飞灰颗粒的运动方向，避免飞灰颗粒的局部富集和对下游催化剂的冲蚀。本发明能够在烟气速度分布以及装置整体压损满足设计要求的前提下分散贴壁的飞灰颗粒，从而避免飞灰颗粒在烟道一侧富集，使催化剂免遭局部过度冲蚀，具有延长SCR脱硝系统催化剂寿命的作用。

Description

用于分散飞灰颗粒的烟气脱硝装置及其导流条设计方法

技术领域

本发明涉及一种用于分散飞灰颗粒的烟气脱硝装置及其导流条设计方法，属于火电环保技术领域。

背景技术

SCR(Selective Catalytic Reduction)脱硝以其脱硝效率高、运行温度低、技术成熟等优点成为目前应用最广泛的烟气脱销技术。该技术利用氮氧化物(NO_x)与氨气(NH₃)经过催化剂时发生的氧化还原反应，达到脱除烟气中NOx的目的。催化剂的主要成分为V₂O₅/WO₃/TiO₂或V₂O₅/MoO₃/TiO₂。一般在设计脱硝装置时，需要对其进行流场优化，通过在烟道中设置导流板，使得到达催化剂平面的烟气分布较为均匀。这样做一方面是为了保证NOx的脱除效率、控制氨逃逸量，另一方面防止局部烟气速度过大，冲蚀催化剂，破坏催化剂结构。

然而，对发生催化剂破损事故的脱硝装置分析表明，当烟气飞灰含量较高时，即使烟气速度分布均匀度满足设计要求，催化剂结构也会发生损伤，并且损伤的位置集中在催化剂靠近锅炉侧。原因就在于烟气中的飞灰颗粒分布不均匀，具体来说，当携带大量飞灰颗粒的烟气经过水平烟道进入竖直烟道时，由于自身惯性，会冲击到远离锅炉侧的壁面，并在这一侧聚集，产生壁面高速区，虽然烟气分布的不均匀程度可以通过自身扩散以及下游的直弯导流板解决，但是富集在远离锅炉侧的飞灰颗粒由于惯性较大，并不会随着流动分散开来，这些飞灰颗粒在流经顶部水平烟道时也沉积于底部，当进入催化剂时，就会在靠近锅炉侧产生富集现象，从而对催化剂造成冲蚀，导致催化剂结构损伤，降低了催化剂的使用寿命。因此，对于燃煤灰分较高的机组，流场优化时不仅要考虑速度分布是否均匀，还要兼顾分散可能会富集的飞灰颗粒。

经过对现有的技术文献检索后发现，孙叶柱、王义兵、梁学东等在《电力建设》(2011年第32卷第12期)发表了“火电厂SCR烟气脱硝反应器前设置灰斗及增加烟道截面的探讨”。该文阐述了飞灰颗粒磨损催化剂的原理，分析了飞灰颗粒浓度及烟气流速对催化剂磨损的影响，通过设置大容积灰斗并增加烟道截面积，避免催化剂磨损。然而该文并未对烟道流场进行具体分析研究，也未对相应的导流结构进行优化设计。

中国发明专利CN200810205061，提供了一种SCR脱硝反应器入口烟气均流导流组件，该组件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。但是无法解决飞灰颗粒在烟道一侧富集的问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于分散飞灰颗粒的烟气脱硝装置及其导流条设计方法，该方法在脱硝装置烟气速度分布均匀度满足设计要求的前提下分散贴壁的飞灰颗粒，避免飞灰颗粒在烟道一侧富集，从而使催化剂免遭局部过度冲蚀，提高催化剂使用寿命。

为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种于分散飞灰颗粒的烟气脱硝装置，该装置的上升烟道中设置用于分散贴壁飞灰颗粒分布的导流条，所述导流条的纵截面形状为三角形，在烟道中贴壁安装。

优选地，所述上升烟道为连接底部水平烟道和顶部水平烟道的过渡烟道，烟道中烟气的流向为竖直向上。

优选地，所述导流条为通透安装，即导流条结构贯穿整个上升烟道。

本发明提供一种用于分散飞灰颗粒的烟气脱硝装置导流条的设计方法，该方法在脱硝装置的上升烟道中设置导流条对贴壁的飞灰颗粒进行分散，所述导流条的纵截面形状为三角形，导流条的迎风斜面能将瞬间改变飞灰颗粒的运动方向，使之远离壁面区，避免贴壁飞灰颗粒经后继两个直弯弯道最内侧的导流板的导流后富集在催化剂的特定区域，从而缓解飞灰颗粒对催化剂的冲蚀强度。

优选地，所述导流条的结构参数，包括：导流条高度h、导流条底边长度s、迎风角θ、背风角θ′、导流条安装高度H，这些参数根据脱硝装置的整体高度、上升烟道的宽度、上升烟道中烟气的流速通过CFD(计算流体动力学)仿真寻优得到。

优选地，所述导流条高度h，是指：导流条贴壁安装后，从纵截面看，与壁面不接触的顶点到壁面的垂直距离。

优选地，所述导流条安装高度H，是指：导流条贴壁安装后，安装位置与上游直弯出口平面之间的距离。

优选地，所述导流条底边长度s，是指：导流条贴壁安装后，从纵截面看，紧贴壁面的边的长度。

优选地，所述迎风角θ，是指：导流条贴壁安装后，迎风面与安装壁面的夹角。

优选地，所述背风角θ′，是指：导流条贴壁安装后，背风面与安装壁面的夹角，根据导流条高度h、导流条底边长度s、迎风角θ唯一确定：

${\mathrm{\θ}}^{\′}=\arctan \frac{h}{s-\frac{h}{\tan \mathrm{\θ}}}$

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明能够在烟气速度分布以及装置整体压损满足设计要求的前提下分散贴壁的飞灰颗粒，改变飞灰颗粒的运动方向，同时在一定程度上降低催化层近锅炉区域的烟气速度，从而避免飞灰颗粒在烟道一侧富集，使催化剂免遭局部过度冲蚀，具有延长SCR脱硝系统催化剂寿命的作用。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明SCR脱硝装置正视图及导流条示意图；

图中：1为省煤器，2为变径烟道，3为第一直弯导流板，4为喷氨格栅、混合格栅，5为导流条安装区域，6为第二直弯导流板，7为第三直弯导流板，8为SCR反应器，9为顶部水平通道，10为底部水平通道；

图2为本发明导流条尺寸示意图；

图3为上升烟道未加装导流条时，第三直弯入口平面烟气速度分布图；

图4为上升烟道加装导流条后，第三直弯入口平面烟气速度分布图；

图5为上升烟道加装导流条后，导流条安装区域的速度矢量图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本实施例提供一种用于分散飞灰颗粒的烟气脱硝装置，在烟气脱硝装置的上升烟道中设置导流条对贴壁的飞灰颗粒进行分散，改变飞灰颗粒的运动方向，避免飞灰颗粒发生局部富集；所述导流条的纵截面形状为三角形，导流条的迎风斜面能将瞬间改变飞灰颗粒的运动方向，使之远离壁面区，缓解飞灰颗粒对下游催化剂的冲蚀强度。根据脱硝装置的整体高度、上升烟道的宽度、上升烟道中烟气的流速，进一步确定变径烟道内部导流板结构参数和安装位置。所述烟气脱硝装置可以为π型脱硝装置等。

如图1所示，为某燃煤机组SCR脱硝装置结构及安装导流条示意图，1为省煤器，2为底部水平变径烟道，3为第一直弯导流板，4为喷氨格栅、混合格栅，5为导流条安装区域，6为第二直弯导流板，7为第三直弯导流板，8为SCR反应器；9为顶部水平烟道。其中第一直弯3和第二直弯6之间的烟道即为上升烟道，该烟道采用本发明所设计的导流条，而其余各直弯烟道处均采用工程常用的弧度为90度的弧形导流板；其中：

上升烟道宽度为D，导流条高度为h、底边长度为s，导流条的迎风角为θ、背风角为θ′，导流条安装位置距底部水平烟道下沿距离为H，尺寸标注如图2所示。

上述参数h、s、θ、θ′、H通过CFD(计算流体动力学)仿真寻优得到，其中：

D＝2900mm；

h＝300mm，s＝1163mm；

θ＝31°，θ′＝24°；

H＝8936mm。

本实施例中，省煤器入口烟气速度5.32m/s，烟气出口静压力-1500Pa，温度设定为650K，上升烟道长度为6970mm，上升烟道中烟气最高速度约为23m/s。CFD仿真使用Fluent 6.3.26软件，装置各弯道位置使用工程常用的导流板设计方案。

图3为未加装导流条时，第三直弯入口平面烟气速度分布图(侧视)，烟气流动方向由读者指向纸面。

在上升烟道未加装导流条时，第三直弯入口平面底部烟气最高速度为21.0m/s。而在上升烟道加装导流板后，相应位置的烟气最高速度降为16.3m/s，如图4所示。以上两种情况下烟气速度分布相对标准差均优于设计标准(<15％)，满足速度分布均匀度的要求。从飞灰颗粒对下游催化剂的冲蚀看，二者是明显不同的。在上升烟道未加装导流条时，贴壁上升的飞灰颗粒经第二直弯最内侧导流板的导流后，飞灰颗粒被输送到顶部水平烟道底部区域，而顶部水平烟道底部区域的最高速烟气(21.0m/s)则增大了这些颗粒的动能，飞灰灰颗粒进入第三直弯时，被第三直弯最内侧导流板强制导流向下输送，这部分高浓度、高能量飞灰颗粒冲蚀靠近锅炉侧的催化剂局部区域，极易引起催化剂破损，缩短其寿命。而在上升烟道处安装用于分散颗粒分布的导流条后，一方面，贴壁上升的飞灰颗粒被打散了运动方向，降低了流经第二直弯最内侧导流板的颗粒密度；另一方面，顶部水平烟道底部区域的最高烟气速度由21.0m/s降低为16.3m/s。这样，被第三直弯最内侧导流板向下导流的飞灰颗粒富集度下降了、颗粒携带的能量也降低了,其效果是缓解了高密度飞灰颗粒对催化剂的局部冲蚀。进一步分析导流条安装区域的速度矢量图(如图5所示)发现，由于导流条的存在，烟气的速度矢量方向发生改变，飞灰颗粒被分散进入第二直弯，顶部烟道底部区域的飞灰颗粒沉积情况得到缓解，的确起到了避免飞灰颗粒在催化剂平面靠近锅炉侧富集的作用。需要指出的是，加装导流条之后，脱硝装置整体压损仅上升约1.5Pa，相对于800Pa的总体压损，该影响可以忽略不计。

可见，在上升烟道使用本发明技术可以在烟气速度分布以及装置整体压损满足设计要求的前提下分散贴壁的飞灰颗粒，改变飞灰颗粒的运动方向，同时在一定程度上降低催化层近锅炉区域的烟气速度，从而使催化剂免遭局部过度冲蚀，具有延长SCR脱硝系统催化剂寿命的作用。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种包含用于分散飞灰颗粒导流条的烟气脱硝装置，其特征在于，所述装置的上升烟道中设置用于分散贴壁飞灰颗粒分布的导流条，所述导流条的纵截面形状为三角形，在烟道中贴壁安装。

2.根据权利要求1所述的一种包含用于分散飞灰颗粒导流条的烟气脱硝装置，其特征在于，所述上升烟道为连接底部水平烟道和顶部水平烟道的过渡烟道，烟道中烟气的流向为竖直向上。

3.根据权利要求1所述的一种包含用于分散飞灰颗粒导流条的烟气脱硝装置，其特征在于，所述导流条为通透安装，即在正视图表示的上升烟道中，导流条结构贴壁并前后贯穿。

4.一种用于分散飞灰颗粒的烟气脱硝装置导流条设计方法，其特征在于，该方法在脱硝装置上升烟道中设置导流条分散贴壁飞灰颗粒，所述导流条的纵截面形状为三角形，导流条的迎风斜面能瞬间改变贴壁上升的飞灰颗粒的运动方向，使之远离壁面区，避免贴壁飞灰颗粒经后继两个直弯弯道最内侧的导流板的导流后富集在催化剂的特定区域，从而缓解飞灰颗粒对催化剂的冲蚀强度。

5.根据权利要求4所述的一种用于分散飞灰颗粒的烟气脱硝装置导流条设计方法，其特征在于，所述导流板，其结构参数包括：导流条高度h、导流条底边长度s、迎风角θ、背风角θ′、导流条安装高度H，这些参数根据脱硝装置的整体高度、上升烟道的宽度、上升烟道中烟气的流速通过CFD仿真寻优得到。

6.根据权利要求5所述的一种用于分散飞灰颗粒的烟气脱硝装置导流条设计方法，其特征在于，所述导流条高度h，具体是指：导流条贴壁安装后，从纵截面看，与壁面不接触的顶点到壁面的垂直距离。

7.根据权利要求5所述的一种用于分散飞灰颗粒的烟气脱硝装置导流条设计方法，其特征在于，所述导流条底边长度s是指导流条贴壁安装后，从纵截面看，紧贴壁面的边的长度。

8.根据权利要求5所述的一种用于分散飞灰颗粒的烟气脱硝装置导流条设计方法，其特征在于，所述迎风角θ是指导流条贴壁安装后，迎风面与安装壁面的夹角。

9.根据权利要求5所述的一种用于分散飞灰颗粒的烟气脱硝装置导流条设计方法，其特征在于，所述背风角θ′是指导流条贴壁安装后，背风面与安装壁面的夹角，根据导流条高度h、导流条底边长度s、迎风角θ唯一确定，

10.根据权利要求4-9任一项所述的一种用于分散飞灰颗粒的烟气脱硝装置导流条设计方法，其特征在于，所述导流条为通透安装，即导流条结构贯穿整个上升烟道；所述上升烟道为连接底部水平烟道和顶部水平烟道的过渡烟道，烟道中烟气的流向为竖直向上。