CN107126835A - 一种scr脱硝加氨及流场均匀结构及其运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种SCR脱硝加氨及流场均匀结构及其运行方法，其氨气和烟气混合均匀、流场合理、局部阻力小、配置简单。加氨管系列固定在直线段烟道内；加氨管系列设置有加氨孔；弯头段烟道的外拐弯处由外削角板构成；弯头段烟道的内拐弯处由内圆弧板构成；前导流板固定在弯头段烟道内；后导流板固定在反应器的进口内；整流单元模块固定在反应器内。氨气从加氨管系列的加氨孔中迅速射出，对冲扩散后被烟气带走；在混流板组件的混流板阻挡下，氨分子进一步被打散，向混流板两侧加速分流，再经过充分混合后的平缓导流，氨分子均匀分散于烟气中；整流单元模块将烟气整定分布均匀后到达第一层催化剂。
Description
技术领域
本发明涉及一种SCR脱硝加氨及流场均匀结构及其运行方法。
背景技术
SCR烟气脱硝技术是目前世界上应用最多、最成熟有效的一种烟气脱硝治理技术，如申请号为201420182708.9的中国专利所示；
SCR烟气脱硝技术主要反应步骤为：烟气中的NOx和NH3自由扩散至催化剂的表面，从而进入微孔内部，在催化剂的作用下，烟气中的NOx和NH3发生还原反应，生成的N2和H2O从催化剂微孔内脱附下来，扩散至催化剂表面，随烟气排放。其中影响SCR脱硝效率的主要因素有：氨氮摩尔比、反应时间、反应温度等。当SCR脱硝系统内存在氨气和烟气混合不均匀、流场混乱等问题时，将直接反馈到脱硝效率和系统的运行状态。长时间病态工作，将会导致系统阻力增加、催化剂磨损加剧、加氨量提高、氨逃逸变多等一连串的运行问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种设计合理、氨气和烟气混合均匀、流场合理、局部阻力小、配置简单的SCR脱硝加氨及流场均匀结构及其运行方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种SCR脱硝加氨及流场均匀结构，包括烟道、加氨及混合系统、导流系统、整流系统和反应器；烟道分为直线段烟道和弯头段烟道，直线段烟道、弯头段烟道、反应器的进口依次连通，弯头段烟道为弯头状；其特征在于：还包括加氨及混合系统、导流系统和整流系统；加氨及混合系统安装在直线段烟道内，其包括加氨管系列和混流板组件；加氨管系列固定在直线段烟道内；加氨管系列设置有加氨孔；混流板组件固定在直线段烟道内，且设置于加氨孔上方；混流板组件由混流板组成；导流系统包括外削角弯头导流系统和反应器入口导流系统；外削角弯头导流系统包括前导流板、外削角板和内圆弧板；弯头段烟道的外拐弯处由外削角板构成，外削角板为平面形；弯头段烟道的内拐弯处由内圆弧板构成，内圆弧板为弧面形；前导流板固定在弯头段烟道内，前导流板为弧面形；反应器入口导流系统包括后导流板，后导流板固定在反应器的进口内，且为弧面形；整流系统包括整流单元模块；整流单元模块固定在反应器内，位于反应器的第一层催化剂的上方。
本发明所述的加氨管系列为两个，分别为加氨管a系列和加氨管b系列，加氨管b系列位于加氨管a系列上方；加氨管a系列直接焊接固定在直线段烟道内；所述的加氨及混合系统还包括支撑角钢和U型卡箍；支撑角钢固定在直线段烟道内，U型卡箍固定在支撑角钢上；加氨管b系列一端焊接固定在直线段烟道内，另一端通过U型卡箍固定；加氨管a系列和加氨管b系列的两侧分别设置有所述的加氨孔。
本发明所述的混流板组件为两个，分别为第一层混流板组件和第二层混流板组件；第一层混流板组件位于第二层混流板组件下方；第一层混流板组件中的混流板和第二层混流板组件中的混流板呈互相错位布置。
本发明所述的内圆弧板中心到外削角板的垂直距离与直线段烟道的宽度保持一致。
本发明所述的前导流板为两块，为前导流板a和前导流板b，前导流板a和前导流板b呈内外设置；前导流板和内圆弧板的弧度一致。
本发明所述的后导流板为两块，呈上下设置，两块后导流板将反应器的进口在高度方向上平均分成三等份。
本发明所述的整流单元模块由横平竖直的钢板拼接而成。
本发明所述的加氨孔的总面积与加氨管系列的截面积比值为0.5。
本发明前导流板a的半径=内圆弧板半径+1/3弯头段烟道宽度，其弧度为90°；前导流板b的半径=内圆弧板半径+2/3弯头段烟道宽度，其弧度为90°。
一种SCR脱硝加氨及流场均匀结构的运行方法，其特征在于：烟气在直线段烟道中自下而上，氨气从加氨管系列的加氨孔中迅速射出，对冲扩散后被烟气带走；在混流板组件的混流板阻挡下，氨分子进一步被打散，向混流板两侧加速分流，再经过充分混合后的平缓导流，氨分子均匀分散于烟气中；反应器中的烟气自上而下流动，整流单元模块将烟气整定分布均匀后到达第一层催化剂。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
(1)本发明能够使加入的氨气与烟气有效混合，在优化流场的同时降低系统局部阻力，保证第一层催化剂进口氨气的合理分布、烟气流速的均衡化，最终达到设计最佳的脱硝效率。
(2)加氨管a系列和加氨管b系列制作及排序简单，相邻加氨管的加氨孔内氨气形成对冲，加剧扰动，促进混合。
(3)分两层错位布置的混流板，在达到混合效果的同时，降低了阻力。
(4)外削角弯头导流系统的结构，减缓了烟气对弯头的冲击，增加了均布性，促性烟气平缓的过渡。
(5)外削角板制作简单，只需三块钢板按尺寸焊接即可。
(6)通过对后导流板的空间等距离布置，保证烟气进入整流系统的均衡分布，进一步优化烟气流速，起到实时的引导作用。
(7)模块化整流单元安装方便，简单的组合叠加即可切割整定烟气。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2是图1中D部分的放大结构示意图。
图3是图2的A-A剖视结构示意图。
图4是图2的B-B剖视结构示意图。
图5是图2的C-C剖视结构示意图。
图6是图1中E部分的放大结构示意图。
图7是图1中F部分的放大结构示意图。
图8是本发明实施例整流系统俯视结构示意图。
图9是本发明实施例流速整体分布图。
图10是本发明实施例氨浓度整体分布图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
参见图1-图10，本发明实施例SCR脱硝加氨及流场均匀结构包括烟道、加氨及混合系统1、导流系统、整流系统6和反应器7。
烟道分为直线段烟道2a和弯头段烟道2b。直线段烟道2a、弯头段烟道2b、反应器7的进口依次连通。直线段烟道2a竖直设置。弯头段烟道2b为弯头状。弯头段烟道2b和反应器7的进口通过膨胀节4连接。
加氨及混合系统1安装在直线段烟道2a内，其包括加氨管系列、加氨孔1-3、支撑角钢1-4、U型卡箍1-5、混流板组件和支撑圆钢1-7。
加氨管的两侧面上设置有加氨孔1-3。本实施例中，加氨管系列为两个，分别为加氨管a系列1-1和加氨管b系列1-2，加氨管b系列1-2位于加氨管a系列1-1上方。
加氨管a系列1-1直接焊接固定在直线段烟道2a的壁板上。
支撑角钢1-4固定在直线段烟道2a的壁板上，U型卡箍1-5固定在支撑角钢1-4上。加氨管b系列1-2一端焊接固定在直线段烟道2a的壁板上，另一端通过U型卡箍1-5固定。
加氨管a系列1-1和加氨管b系列1-2的两侧面上分别设置有加氨孔1-3，加氨孔1-3的总面积与加氨管系列的截面积比值为0.5。加氨孔1-3朝向侧方。
混流板组件固定在直线段烟道2a内，且设置于加氨孔1-3正上方。混流板组件由混流板1-6组成。
本实施例中，混流板组件为两个，分别为第一层混流板组件1-8和第二层混流板组件1-9。第一层混流板组件1-8和第二层混流板组件1-9通过支撑圆钢1-7固定在直线段烟道2a的壁板上，两者通过支撑圆钢1-7形成整体。第一层混流板组件1-8位于第二层混流板组件1-9下方。第一层混流板组件1-8中的混流板1-6和第二层混流板组件1-9中的混流板1-6呈互相错位布置。
加氨管a系列1-1和加氨管b系列1-2之间的间距为200mm，第一层混流板组件1-8和第二层混流板组件1-9之间的间距为500mm，加氨管a系列1-1和加氨管b系列1-2之间、第一层混流板组件1-8和第二层混流板组件1-9之间合理间距的设置，充分考虑了混合的时间和距离效应；
导流系统包括外削角弯头导流系统3和反应器入口导流系统5。
外削角弯头导流系统3包括前导流板、外削角板3-4和内圆弧板3-3。
弯头段烟道2b的外拐弯处由外削角板3-4构成，外削角板3-4为平面形，使得弯头段烟道2b的外拐弯处呈削角状。弯头段烟道2b的内拐弯处由内圆弧板3-3构成，内圆弧板3-3为弧面形，具体为圆弧面形。内圆弧板3-3中心到外削角板3-4的垂直距离与直线段烟道2a的宽度保持一致。内圆弧板3-3的半径与直线段烟道2a宽度的比值为0.2。
前导流板固定在弯头段烟道2b内，前导流板为弧面形。本实施例中，前导流板为两块，为前导流板a3-1和前导流板b3-2，前导流板a3-1和前导流板b3-2呈内外设置。前导流板和内圆弧板3-3的弧度一致，前导流板a3-1和前导流板b3-2可看成是内圆弧板3-3等距离扩散的衍生物。前导流板a3-1的半径=内圆弧板3-3半径+1/3弯头段烟道2b宽度，其弧度为90°。前导流板b3-2的半径=内圆弧板3-3半径+2/3弯头段烟道2b宽度，其弧度为90°。
反应器入口导流系统5包括后导流板5-1。后导流板5-1固定在反应器7的进口内。后导流板5-1为弧面形，其半径为1500mm，弧度为20°。本实施例中，后导流板5-1为两块，呈上下设置，两块后导流板5-1将反应器7的进口在高度方向上平均分成三等份。后导流板5-1左侧起点与反应器7内侧的90度拐角以及反应器7顶部的倾斜角起点在同一垂直方向。
整流系统6包括整流单元模块和支撑方钢6-4。
整流单元模块通过支撑方钢6-4固定在反应器7内，位于第一层催化剂8的上方。本实施例中，整流单元模块分成三组，为整流单元模块a6-1、整流单元模块b6-2和整流单元模块c6-3，整流单元模块a6-1、整流单元模块b6-2和整流单元模块c6-3各有3块，共有9个模块，组合成排列有序的方阵。
整流单元模块由横平竖直的钢板拼接而成，不同的整流单元模块的钢板的纵向间距根据流场的需要以及与反应器入口导流系统5的协同作用而设置不同的尺寸。
一种SCR脱硝加氨及流场均匀结构的运行方法：
烟气在直线段烟道2a中自下而上，氨气从加氨管a系列1-1和加氨管b系列1-2的加氨孔1-3中迅速射出，对冲扩散后被烟气带走，在混流板1-6阻挡下，氨分子进一步被打散，向混流板1-6两侧加速分流，如图9和图10所示。经过第二层混流板1-9之后的一段垂直烟道的充分混合，氨分子均匀分散于烟气中。外削角弯头导流系统3和反应器入口导流系统5对混合均匀的烟气起到了平缓的导流作用，同时将产生的阻力降低到最低，为整流系统6最终对烟气的切割分配奠定基础。
反应器7中的烟气自上而下流动，整流单元模块和将烟气整定分布均匀，到达第一层催化剂8上方时，保证了足够均匀的轴向速度分布，烟气平均速度4.95m/s，标准偏差0.443m/s，相对偏差8.95% < 15%，第一层催化剂8上方NH3浓度相对偏差2.64% < 5%，均满足设计和使用的要求。
另外，经计算机模拟，SCR脱硝加氨及流场均匀系统的阻力为180Pa，在达到脱硝效率的同时，降低了系统运行的成本。
本发明针对多工况的运行流场，综合计算机数值模拟结果进行优化，其中氨气和烟气的混合采用多组分模型，同时考虑了对流、浓度扩散和湍流对混合的影响。
本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明；而且，本发明各部分所取的名称也可以不同，凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。
Claims (10)
1.一种SCR脱硝加氨及流场均匀结构，包括烟道、加氨及混合系统、导流系统、整流系统和反应器；烟道分为直线段烟道和弯头段烟道，直线段烟道、弯头段烟道、反应器的进口依次连通，弯头段烟道为弯头状；其特征在于：还包括加氨及混合系统、导流系统和整流系统；加氨及混合系统安装在直线段烟道内，其包括加氨管系列和混流板组件；加氨管系列固定在直线段烟道内；加氨管系列设置有加氨孔；混流板组件固定在直线段烟道内，且设置于加氨孔上方；混流板组件由混流板组成；导流系统包括外削角弯头导流系统和反应器入口导流系统；外削角弯头导流系统包括前导流板、外削角板和内圆弧板；弯头段烟道的外拐弯处由外削角板构成，外削角板为平面形；弯头段烟道的内拐弯处由内圆弧板构成，内圆弧板为弧面形；前导流板固定在弯头段烟道内，前导流板为弧面形；反应器入口导流系统包括后导流板，后导流板固定在反应器的进口内，且为弧面形；整流系统包括整流单元模块；整流单元模块固定在反应器内，位于反应器的第一层催化剂的上方。
2.根据权利要求1所述的SCR脱硝加氨及流场均匀结构，其特征在于：所述的加氨管系列为两个，分别为加氨管a系列和加氨管b系列，加氨管b系列位于加氨管a系列上方；加氨管a系列直接焊接固定在直线段烟道内；所述的加氨及混合系统还包括支撑角钢和U型卡箍；支撑角钢固定在直线段烟道内，U型卡箍固定在支撑角钢上；加氨管b系列一端焊接固定在直线段烟道内，另一端通过U型卡箍固定；加氨管a系列和加氨管b系列的两侧分别设置有所述的加氨孔。
3.根据权利要求1所述的SCR脱硝加氨及流场均匀结构，其特征在于：所述的混流板组件为两个，分别为第一层混流板组件和第二层混流板组件；第一层混流板组件位于第二层混流板组件下方；第一层混流板组件中的混流板和第二层混流板组件中的混流板呈互相错位布置。
4.根据权利要求1所述的SCR脱硝加氨及流场均匀结构，其特征在于：所述的内圆弧板中心到外削角板的垂直距离与直线段烟道的宽度保持一致。
5.根据权利要求1所述的SCR脱硝加氨及流场均匀结构，其特征在于：所述的前导流板为两块，为前导流板a和前导流板b，前导流板a和前导流板b呈内外设置；前导流板和内圆弧板的弧度一致。
6.根据权利要求1所述的SCR脱硝加氨及流场均匀结构，其特征在于：所述的后导流板为两块，呈上下设置，两块后导流板将反应器的进口在高度方向上平均分成三等份。
7.根据权利要求1所述的SCR脱硝加氨及流场均匀结构，其特征在于：所述的整流单元模块由横平竖直的钢板拼接而成。
8.根据权利要求1所述的SCR脱硝加氨及流场均匀结构，其特征在于：所述的加氨孔的总面积与加氨管系列的截面积比值为0.5。
9.根据权利要求2所述的SCR脱硝加氨及流场均匀结构，其特征在于：前导流板a的半径=内圆弧板半径+1/3弯头段烟道宽度，其弧度为90°；前导流板b的半径=内圆弧板半径+2/3弯头段烟道宽度，其弧度为90°。
10.一种权利要求1-9任一权利要求所述的SCR脱硝加氨及流场均匀结构的运行方法，其特征在于：烟气在直线段烟道中自下而上，氨气从加氨管系列的加氨孔中迅速射出，对冲扩散后被烟气带走；在混流板组件的混流板阻挡下，氨分子进一步被打散，向混流板两侧加速分流，再经过充分混合后的平缓导流，氨分子均匀分散于烟气中；反应器中的烟气自上而下流动，整流单元模块将烟气整定分布均匀后到达第一层催化剂。
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