CN107198964B - 一种提高scr流场均匀性的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种提高SCR流场均匀性的系统及方法，包括：烟道、若干圆弧形的一级导流板、若干圆弧形的二级导流板、喷氨格栅、N个三级导流板、若干催化剂层以及沿烟道宽度方向水平设置的且位于催化剂层与三级导流板之间的M套差压测量组件，每套差压测量组件沿烟道深度方向均匀间隔设置有N个差压检测装置。本发明可改善催化剂层前的烟气流场，保证SCR系统速度均匀性，有效减少催化剂层的堵塞、磨损现象。
Description
技术领域
本发明涉及燃煤锅炉的SCR脱硝系统领域，具体涉及一种提高SCR流场均匀性的系统及方法。
背景技术
我国燃煤锅炉的SCR脱硝系统多数是在GB 13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》发布后加装的，由于在机组设计初期并未考虑其安装空间，这就导致所安装SCR脱销系统烟道布置十分不规则，内部存在烟气流场严重不均匀、局部催化剂层严重磨损坍塌现象，最终导致脱硝系统效率下降，氨逃逸率增加，对下游设备造成更严重的安全威胁。
现阶段，解决SCR脱硝系统流场不均的主要方法，是在设计SCR脱硝系统初期采用数值模拟和冷态物模试验相结合的方式，先确定SCR脱硝装置内部具体结构，保证数值模拟和冷态物模试验结果为第一层催化剂前截面烟气速度和氨浓度不均匀度分别在15%和5%以内，然后再按设计施工于现场。
目前关于燃煤锅炉SCR脱硝系统均流及优化的相关专利如下：
CN 103007749 A一种π型SCR脱硝反应器均布流场的导流装置及方法，该专利提出了一种非均匀分布的弧度直板，并将整流器与催化剂模块对应，从而实现反应器内的流速和压力分布均匀。
CN 202860405 U一种均匀混合导流的烟气脱硝装置，该实用新型专利提出在喷氨格栅下游处安装烟道分割板，并在上折弯道与竖直管道连接处弧度管内设置间距和大小不一的弧度直板型导流板。
CN 205650081 U 一种具有均流装置的烟道式脱硝装置，该专利提出在烟道主体内设置催化剂层，并在催化剂层上游布置至少包括两层均流层的均流件，均流件主要为圆柱形或椭圆柱形。
CN 105631214 A 一种烟气SCR脱硝流场数值模拟优化方法和装置，该专利提出在使用数值模拟方法优化SCR脱硝流场时，先构建其二维模型，在二维流场模拟优化的基础上，选择性的构建三维模型，最终达到SCR反应器整体优化的目的。
CN 104307359 A用于分散飞灰颗粒的烟气脱硝装置及其导流条设计方法，该专利创新点是在SCR系统末级导流板之前安装用于分散飞灰颗粒的导流条，避免飞灰颗粒的局部富集和对下游催化剂的冲蚀。
CN 103736394 A一种SCR 脱硝装置变径烟道导流板设计方法，该专利提出通过加装导流板实现SCR系统入口烟道变径，从而改变飞灰运动轨迹，避免飞灰局部富集。
CN 104084040 A SCR烟气脱硝反应器中导流板组，该专利提出通过将导流板前部设置成锯齿形，来扰动烟气与氨气充分混合。
CN 101766950 B SCR脱硝反应器入口烟气均流导流组件，该专利提出采用不同半径的圆弧形导流板，解决截面积变化很大的弯道处烟气均流问题。
有以上介绍可知，目前专利大多集中于将设计好的导流板固定安装在SCR系统的弯道处。但是，由于烟道内烟气湍流流动的复杂性和数值模拟、冷态物模试验的局限性，SCR系统安装完成后也存在变煤种、变负荷时烟道内流场不均匀的现象发生，而此时因所有内部结构已经固定安装，已无法再对烟道内流场进行调节。本发明提出一种可根据催化剂层入口烟气速度分布可实现智能化调整导流板组件的系统和方法。
发明内容
本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种根据催化剂层入口烟气速度分布，自动调整烟道内的导流板，改善烟气流速分布的均匀性，从而提高SCR流场均匀性的系统及方法。
本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：
一种提高SCR流场均匀性的系统，包括：
烟道，其呈π字形结构，烟道前方下端为第一拐角，其前方上端为第二拐角，其后方上端为第三拐角，其后方下端为第四拐角；
若干圆弧形的一级导流板，其沿第一拐角的对角线方向均匀间隔设置；
若干圆弧形的二级导流板，其沿第二拐角的对角线方向均匀间隔设置；
喷氨格栅，设置于第一拐角与第二拐角之间；
N个三级导流板，其沿第三拐角的对角线方向均匀间隔设置，N为大于等于3小于等于8的自然数；
若干催化剂层设置于第三拐角与第四拐角之间；以及
沿烟道宽度方向水平设置的且位于催化剂层与三级导流板之间的M套差压检测组件，M为大于等于3且小于等于5的自然数，每套差压检测组件中沿烟道深度方向均匀间隔设置有N个差压检测装置，沿宽度方向位于同一水平直线的M个差压检测装置经同一差压变送器连接于PLC；
所述三级导流板由位于下方的圆弧形的固定导流板以及通过铰链转动安装于固定导流板上方的圆弧形的摆动导流板构成，所述摆动导流板通过角度调整机构驱动其相对固定导流板转动。
上述角度调整机构包括电机、安装于电机输出轴上的齿轮Ⅰ、竖直滑动设置于烟道外侧的齿条以及齿轮Ⅱ，所述齿条分别与齿轮Ⅰ及齿轮Ⅱ相啮合，水平设置的连杆内侧端插入烟道内与摆动导流板安装，其外侧端与齿轮Ⅱ偏心安装。
为了便于观察转动角度，还包括角度尺以及固定于齿轮Ⅱ上的指针，所述指针的前端指向角度尺。
一种提高SCR流场均匀性的方法，包括如下步骤：
a)在π字形的烟道后方上端的第三拐角处沿其对角线方向均匀间隔设置N个三级导流板，三级导流板由位于下方的圆弧形的固定导流板以及通过铰链转动安装于固定导流板上方的圆弧形的摆动导流板构成，所述摆动导流板通过角度调整机构驱动其相对固定导流板转动；
b)在三级导流板下方的烟道中，将烟道沿宽度方向均匀划分M个区域，将烟道沿深度方向均匀划分N个区域，形成M×N个网格，每个网格中布置一差压检测装置，其中M为大于等于3且小于等于5的自然数，N大于等于3且小于等于8自然数；
c)每个差压检测装置实时采集烟道中对应网格内的动压，转变为电流或电压信号后发送至PLC；
d) 沿烟道宽度同一深度的M个差压检测装置构成一测量区域，该测量区域内的M个差压检测装置通过一个差压变送器将信号发送至PLC，PLC根据N个测量区域中对应的差压变送器传送来的信号计算出烟道内每一个测量区域的烟气流速
，并根据公式
计算出烟道截面的速度不均匀偏差系数
；
e)PLC根据速度不均匀偏差系数
的值进行判定,当
≤15%时，PLC不动作；当
>15%时，PLC发出动作指令，对烟气流速低的区域中对应的三级导流板的摆动导流板相对固定导流板向上方转动，扩大烟气流通截面，使烟气量增加，使烟气速度增大；对烟气流速较高的区域中对应的三级导流板的摆动导流板相对固定导流板向下方转动，缩小烟气流通截面，使烟气量减少，使烟气流速降低；调整后，PLC再次计算烟道截面的速度不均匀偏差系数
，并根据
重新判定是否继续调整，直至≤15%，调整结束。
本发明的有益效果是：若干一级导流板对烟道流经的第一拐角处的烟气进行导流，若干二级导流板对流经第二拐角处的烟气进行导流，N个三级导流板对第三拐角处的烟气进行导流，沿烟道宽度方向位于同一直线上的M个差压检测装置对应检测上端的一三级导流板导流后的烟气动压，PLC根据测量的烟气动压计算出每个测量区域的烟气流速和烟道截面的速度不均匀偏差系数Cx。当Cx不满足要求时，对烟气流速相对其他区域较低的区域，角度调整机构驱动其上方相应区域的摆动导流板向上转动，增大该区域烟气流通面积，从而提高该区域烟气流速；对烟气速度相对其他区域较高的区域，角度调整机构驱动其上方区域的摆动导流板向下转动，从而减少烟气流通面积，降低该区域烟气流速。确保烟道中流向催化剂层的流速均匀，保证SCR系统流场的均匀性，有效减少催化剂层的堵塞、磨损现象。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的角度调整机构的结构示意图；
图3为本发明的系统流程图；
图中，1.烟道 2.第一拐角 3.第二拐角 4.第三拐角 5.第四拐角 6.一级导流板7.喷氨格栅 8.二级导流板 9.三级导流板 10.差压检测装置 11.催化剂层 12.差压变送器 91.固定导流板 92.摆动导流板 93.铰链 94.电机 95.齿轮Ⅰ 96.齿条 97.齿轮Ⅱ 98.连杆 99.指针 910.角度尺。
具体实施方式
下面结合附图1、附图2、附图3对本发明做进一步说明。
一种提高SCR流场均匀性的系统，包括：烟道1，其呈π字形结构，烟道1前方下端为第一拐角2，其前方上端为第二拐角3，其后方上端为第三拐角4，其后方下端为第四拐角5；若干圆弧形的一级导流板6，其沿第一拐角2的对角线方向均匀间隔设置；若干圆弧形的二级导流板8，其沿第二拐角3的对角线方向均匀间隔设置；喷氨格栅7，设置于第一拐角2与第二拐角3之间；N个三级导流板9，其沿第三拐角4的对角线方向均匀间隔设置，N为大于等于3小于等于8的自然数；若干催化剂层11设置于第三拐角4与第四拐角5之间；以及沿烟道1宽度方向水平设置的且位于催化剂层11与三级导流板9之间的M套差压检测组件，M为大于等于3且小于等于5的自然数，每套差压检测组件中沿烟道1深度方向均匀间隔设置有N个差压检测装置10，沿宽度方向位于同一水平直线的M个差压检测装置10经同一差压变送器12连接于PLC；所述三级导流板9由位于下方的圆弧形的固定导流板91以及通过铰链93转动安装于固定导流板91上方的圆弧形的摆动导流板92构成，所述摆动导流板92通过角度调整机构驱动其相对固定导流板91转动。如附图1所示，若干一级导流板6对烟道1流经的第一拐角处的烟气进行导流，若干二级导流板8对流经第二拐角3处的烟气进行导流，N个三级导流板3对第三拐角处的烟气进行导流，沿烟道1宽度方向位于同一直线上的M个差压检测装置10对应检测上端的一三级导流板9导流后的烟气动压，当该区域的动压相对其他区域较低时，角度调整机构驱动摆动导流板92向上转动，增大该区域烟气流通面积，从而提高该区域烟气流速。当该区域的动压相对其他区域较高时，角度调整机构驱动摆动导流板92向下转动，减少该区域烟气流通面积，从而降低该区域烟气流速。确保烟道1中流向催化剂层11的流速均匀，保证SCR系统流场的均匀性，有效减少催化剂层的堵塞、磨损现象。
角度调整机构可以为如下结构，其包括电机94、安装于电机94输出轴上的齿轮Ⅰ95、竖直滑动设置于烟道1外侧的齿条96以及齿轮Ⅱ 97，所述齿条96分别与齿轮Ⅰ 95及齿轮Ⅱ 97相啮合，水平设置的连杆98内侧端插入烟道1内与摆动导流板92安装，其外侧端与齿轮Ⅱ 97偏心安装。电机94转动驱动齿轮Ⅰ 95旋转，齿轮Ⅰ 95带动齿条96上下滑动，齿条96运动时驱动齿轮Ⅱ 97转动，齿轮Ⅱ 97通过偏心连接的连杆98驱动摆动导流板92相对固定导流板91转动。进一步的，还可以包括角度尺910以及固定于齿轮Ⅱ 97上的指针99，指针99的前端指向角度尺910。通过指针99指示的角度尺910的刻度，可以方便观察此时摆动导流板92的摆动角度，进一步提高了操作的便利性。
如附图3所示，一种提高SCR流场均匀性的方法，包括如下步骤：
a)在π字形的烟道1后方上端的第三拐角4处沿其对角线方向均匀间隔设置N个三级导流板9，三级导流板9由位于下方的圆弧形的固定导流板91以及通过铰链93转动安装于固定导流板91上方的圆弧形的摆动导流板92构成，摆动导流板92通过角度调整机构驱动其相对固定导流板91转动；
b) 在三级导流板9下方的烟道1中，将烟道1沿宽度方向均匀划分M个区域，将烟道1沿深度方向均匀划分N个区域，形成M×N个网格，每个网格中布置一差压检测装置10，其中M为大于等于3且小于等于5的自然数，N大于等于3且小于等于8自然数；
c)每个差压检测装置10实时采集烟道1中对应网格内的动压，转变为电流或电压信号后发送至PLC；
d) 沿烟道1宽度同一深度的M个差压检测装置10构成一测量区域，该测量区域内的M个差压检测装置通过一个差压变送器12将信号发送至PLC，PLC根据N个测量区域中对应的差压变送器12传送来的信号计算出烟道1内每一个测量区域的烟气流速
，并根据公式
计算出烟道截面的速度不均匀偏差系数
；
e)PLC根据速度不均匀偏差系数
的值进行判定,当≤15%时，PLC不动作；当
>15%时，PLC发出动作指令，对烟气流速低的区域中对应的三级导流板9的摆动导流板92相对固定导流板91向上方转动，扩大烟气流通截面，使烟气量增加，使烟气速度增大；对烟气流速较高的区域中对应的三级导流板9的摆动导流板92相对固定导流板91向下方转动，缩小烟气流通截面，使烟气量减少，使烟气流速降低；调整后，PLC再次计算烟道截面的速度不均匀偏差系数
，并根据
重新判定是否继续调整，直至
≤15%，调整结束。有效解决SCR系统导流板安装后无法再做调整的难题，可在变煤质、变工况情况下根据需要做出智能调整，从而保证SCR系统流场的均匀性，有效减少催化剂层的堵塞、磨损现象。简便易行，较为经济。
Claims (4)
1.一种提高SCR流场均匀性的系统，其特征在于，包括：
烟道（1），其呈π字形结构，烟道（1）前方下端为第一拐角（2），其前方上端为第二拐角（3），其后方上端为第三拐角（4），其后方下端为第四拐角（5）；
若干圆弧形的一级导流板（6），其沿第一拐角（2）的对角线方向均匀间隔设置；
若干圆弧形的二级导流板（8），其沿第二拐角（3）的对角线方向均匀间隔设置；
喷氨格栅（7），设置于第一拐角（2）与第二拐角（3）之间；
N个三级导流板（9），其沿第三拐角（4）的对角线方向均匀间隔设置，N为大于等于3于等于8的自然数；
若干催化剂层（11）设置于第三拐角（4）与第四拐角（5）之间；以及
沿烟道（1）宽度方向水平设置的且位于催化剂层（11）与三级导流板（9）之间的M套差压检测组件，M为大于等于3且小于等于5的自然数，每套差压检测组件中沿烟道（1）深度方向均匀间隔设置有N个差压检测装置（10），沿宽度方向位于同一水平直线的M个差压检测装置（10）经同一差压变送器（12）连接于PLC；
所述三级导流板（9）由位于下方的圆弧形的固定导流板（91）以及通过铰链（93）转动安装于固定导流板（91）上方的圆弧形的摆动导流板（92）构成，所述摆动导流板（92）通过角度调整机构驱动其相对固定导流板（91）转动。
2.根据权利要求1所述的提高SCR流场均匀性的系统，其特征在于：所述角度调整机构包括电机（94）、安装于电机（94）输出轴上的齿轮Ⅰ（95）、竖直滑动设置于烟道（1）外侧的齿条（96）以及齿轮Ⅱ（97），所述齿条（96）分别与齿轮Ⅰ（95）及齿轮Ⅱ（97）相啮合，水平设置的连杆（98）内侧端插入烟道（1）内与摆动导流板（92）安装，其外侧端与齿轮Ⅱ（97）偏心安装。
3.根据权利要求2所述的提高SCR流场均匀性的系统，其特征在于：还包括角度尺（910）以及固定于齿轮Ⅱ（97）上的指针（99），所述指针（99）的前端指向角度尺（910）。
4.一种提高SCR流场均匀性的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a)在π字形的烟道（1）后方上端的第三拐角（4）处沿其对角线方向均匀间隔设置N个三级导流板（9），三级导流板（9）由位于下方的圆弧形的固定导流板（91）以及通过铰链（93）转动安装于固定导流板（91）上方的圆弧形的摆动导流板（92）构成，所述摆动导流板（92）通过角度调整机构驱动其相对固定导流板（91）转动；
b)在三级导流板（9）下方的烟道（1）中，将烟道（1）沿宽度方向均匀划分M个区域，将烟道（1）沿深度方向均匀划分N个区域，形成M×N个网格，每个网格中布置一差压检测装置（10），其中M为大于等于3且小于等于5的自然数，N大于等于3且小于等于8自然数；
c)每个差压检测装置（10）实时采集烟道（1）中对应网格内的动压，转变为电流或电压信号后发送至PLC；
d) 沿烟道（1）宽度同一深度的M个差压检测装置（10）构成一测量区域，该测量区域内的M个差压检测装置通过一个差压变送器（12）将信号发送至PLC，PLC根据N个测量区域中对应的差压变送器（12）传送来的信号计算出烟道（1）内每一个测量区域的烟气流速
，并根据公式
计算出烟道截面的速度不均匀偏差系数
；
e)PLC根据速度不均匀偏差系数
的值进行判定,当≤15%时，PLC不动作；当
>15%时，PLC发出动作指令，对烟气流速低的区域中对应的三级导流板（9）的摆动导流板（92）相对固定导流板（91）向上方转动，扩大烟气流通截面，使烟气量增加，使烟气速度增大；对烟气流速较高的区域中对应的三级导流板（9）的摆动导流板（92）相对固定导流板（91）向下方转动，缩小烟气流通截面，使烟气量减少，使烟气流速降低；调整后，PLC再次计算烟道截面的速度不均匀偏差系数
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