CN107824044A - 一种火电锅炉脱硝系统的流场优化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种火电锅炉脱硝系统的流场优化装置，主要解决了火电锅炉SCR脱硝烟气流场分布不合理的问题。本发明主要包括移动式多孔布风板组件、耐高温在线式流速测量仪、催化剂层出入口取样枪、催化剂层出入口测孔、取样管电动关断门、取样母管、取样泵、烟气分析仪、氨浓度在线分析仪、计算机处理系统等，本发明根据烟气流速、氮氧化物浓度和逃逸氨浓度等数据，能够在线计算不同区域的催化剂活性指数，并自动计算烟气流量动态分配方案，然后使用移动式多孔布风板对烟气流场进行在线调整，最大程度的减少氨逃逸量，并均衡催化剂剩余使用寿命，降低锅炉催化剂维护成本。
Description
技术领域
本发明属于大型火电锅炉SCR脱硝领域，具体涉及一种火电锅炉脱硝系统的流场优化装置。
背景技术
我国火电燃煤锅炉的SCR脱硝系统在实际运行过程中普遍存在诸多问题：催化剂堵塞和磨损、空预器腐蚀和堵灰、催化剂寿命短、催化剂失活程度不同等。这些问题在一定程度都和脱硝系统的烟流场分布有密切关系：烟气流速高的区域，催化剂工作负荷大，使得催化剂磨损和中毒老化现象比较严重，导致催化剂活性降低，进而该区域氨逃逸增加，最终造成空预器腐蚀和堵灰；反之，烟气流速较低的区域，催化剂老化速度较慢，造成不同区域的催化剂活性差别较大，给后期的更换和维护造成困难。因此，有效调节脱硝系统的催化剂层烟气流场具有非常重要的意义。
现有的烟气流场调整技术主要是在脱硝烟道内安装固定导流板对流场进行调平处理，该方法以数值模拟的结果为调整依据，与实际情况有一定的偏差，无法确保调平烟气流场；而且，由于固定导流板的安装角度不能调整，导致在实际运行过程中即使发现烟气流场不合理，却无法改进。
更进一步，烟气流场并不是在任何工况下都应处于调平状态，例如，对于催化剂失活比较严重的区域，应当降低该区域的烟气流速，以减少氨逃逸量，但现有的固定导流板技术完全不能满足这个要求。
发明内容
本发明的目的是解决大型火电锅炉SCR脱硝烟气流场分布不合理的问题，尤其是催化剂失活程度不同的情况下，能够智能调节烟气量分布，最大程度的减少氨逃逸量，并调平“催化剂预期剩余寿命”。本发明提供一种原理先进、结构简单的用于火电锅炉脱硝系统的流场优化装置，本装置可在线计算催化剂活性指数，按照“活性高，则烟速高；活性低，则烟速低”的原则，自动计算烟气负荷动态分配方案，然后使用移动式多孔布风板组件对烟气流场进行在线调整，最大程度的减少了氨逃逸量，能够使得催化剂层出口处氮氧化物浓度的分布不均匀性小于15％，氨逃逸浓度的分布不均匀性小于20％，并均衡了催化剂剩余使用寿命，降低锅炉催化剂维护成本。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种火电锅炉脱硝系统的流场优化装置，包括移动式多孔布风板组件、多个入口取样枪、多个出口取样枪、取样母管、烟气预处理装置、取样泵、烟气分析仪、计算机处理系统、氨浓度在线分析仪和多个耐高温在线式流速测量仪，移动式多孔布风板组件的多孔布风板设在锅炉脱硝烟道的内腔中，且位于整流格栅的上方，多个入口取样枪穿过锅炉脱硝烟道壁且伸入锅炉脱硝烟道中，并位于整流格栅与催化剂层之间，多个出口取样枪和多个耐高温在线式流速测量仪穿过锅炉脱硝烟道壁且伸入锅炉脱硝烟道中，并位于催化剂层的下方，多个入口取样枪和多个出口取样枪的出烟口分别通过电动关断门与取样母管的进烟口连接，取样母管的出烟口与烟气预处理装置的进烟口连接，烟气预处理装置的出烟口通过设有取样泵的管道分别与烟气分析仪和氨浓度在线分析仪连接，烟气分析仪、氨浓度在线分析仪和多个耐高温在线式流速测量仪连接计算机处理系统，计算机处理系统用于根据烟气分析仪、氨浓度在线分析仪和多个耐高温在线式流速测量仪反馈的信息在线计算催化剂活性指数，自动计算烟气负荷动态分配方案，以便于使用移动式多孔布风板组件对烟气流场进行在线调整。
上述装置的有益效果是：
(1)本发明实现了催化剂出入口不同区域的烟气在线连续定时采样：沿催化剂层宽度方向(即烟道宽度方向)，在催化剂层的入口和出口都安装有取样枪，能够对催化剂的不同区域都进行采样；在每支采样枪的出口都安装有取样管电动关断门，这些电动阀按照控制逻辑在同一时刻只有一个电动门处于打开状态，并且所有电动阀按顺序依次打开、关闭，确保对整个催化剂层不同区域轮流单独采样；
(2)本发明实现了对采样烟气同时进行烟气组分分析和氨浓度分析：采样泵出口管道分为二部分，分别送入烟气分析仪和氨浓度分析仪进行在线分析；
(3)本发明利用计算机处理系统实现了催化剂活性指数在线分析：第一步，根据流速测量仪得到的烟气流速和催化剂层分区截面积，计算出某区域的烟气流量Q1；第二步，根据烟气分析仪得到该区域出入口烟气的氮氧化物浓度和烟气流量Q1，计算得出该区域反应脱除的氮氧化物质量Q2；第三步，根据氨浓度分析仪得到的该区域出入口烟气的氨浓度和烟气流量Q1，计算出该区域逃逸的氨质量Q3；第四步，根据上述计算结果求出该区域的催化剂活性指数n＝Q2/Q3；第五步，用相同方法求出催化剂不同区域的催化剂活性指数n，并绘制成表，在计算机终端显示；
(4)本发明能够对催化剂剩余寿命进行评估：将上述求出的不同区域的催化剂活性指数与原新催化剂活性指数进行比较，结合已经运行小时数，估算剩余运行小时数；
(5)本发明能够利用计算机处理系统计算出烟气负荷动态优化分配方案，处理原则为“在氮氧化物排放不超标的前提下，将氨逃逸浓度降到最低”。为此，制定如下处理方法：第一步，根据各区域的烟气流量Q1，求出总的烟气量Q1总；第二步，根据催化剂层出口处不同区域的氮氧化物出口浓度不同的特点，对烟气总量Q1总进行线性比例初次分配(出口处氮氧化物的浓度越高，分配的烟气流量越少)；第三步，根据初次分配烟气量分配结果，利用某区域的催化剂活性指数，计算该区域出口处的氮氧化物浓度；第四步，对不同区域出口处氮氧化物浓度进行比较数据统计，如果氮氧化物浓度标准差>15％，则调整烟气量分配方案(标准差偏大的区域减少烟气流量，标准差偏小的区域增加烟气量)，直至符合要求；第五步，利用各区域出口处氨逃逸浓度进行校核，如果氨逃逸浓度标准差>20％，则用相同方法对烟气量进行微调，直至符合要求，确定出各区域的理论最佳烟气量；第六步，根据理论最佳烟气量，折算出本区域的理论最佳烟气流速，并与实际烟气流速进行比较，绘出偏离曲线，最终将相关计算结果在计算机终端显示。
(6)本发明能够利用移动式移动式多孔布风板组件实现烟气流量在线调整：根据上述计算得出的理论最佳烟气流速，采用手动或电动方式，沿烟道宽度方向，将多孔布风板到烟速偏高的区域，并用调节手轮改变布风板倾斜角度，减少该区域的流通面积，降低了该区域的烟气流速。同时，将该区域的烟气导至其它烟速偏低的区域，实现了在线优化烟气流场的目标。
进一步，所述移动式多孔布风板组件包括调节手轮、水平滚轮、弧形水平滑轨、支撑底座、多孔布风板、布风板支撑轴和密封组件，在多孔布风板上设有均匀分布的消阻孔，布风板支撑轴设在多孔布风板上，在布风板支撑轴的两端自外至内分别安装有一个调节手轮、一个水平滚轮和一个密封组件，水平滚轮设在弧形水平滑轨中，弧形水平滑轨通过支撑底座进行支撑固定。
上述装置的有益效果是：
(1)本发明的多孔布风板具有调节灵活的特点：多孔布风板在水平滚轮的作用下，可以沿着弧形水平滑轨自由移动；同时在调节手轮的作用下，多孔布风板还可以沿着其自身中心轴转运，以调节布风板和烟气流动方向的相对角度；
(2)本发明的多孔布风板具有阻力小的特点：在布风板上开设的消阻孔可以防止在布风板的背风侧出现旋涡和回流区，能够有效减少阻力损失。
附图说明
图1为本发明的安装示意图(主视图)；
图2为本发明的安装示意图(左视图)；
图3为本发明移动式多孔布风板组件的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，本实施例中火电锅炉的脱硝系统包括固定导流板2、整流格栅4和催化剂层6，固定导流板2安装在火电锅炉脱硝烟道1的上升段(按照烟气流动方向，下同)与水平段的连接处和水平段与下降段的连接处，整流格栅4和催化剂层6自上至下安装在火电锅炉脱硝烟道1的下降段；
如图1-3所示，本实施例中一种火电锅炉脱硝系统的流场优化装置，包括移动式多孔布风板组件3、9个入口取样枪5、9个出口取样枪7、取样母管11、烟气预处理装置12、取样泵13、烟气分析仪14、计算机处理系统15、氨浓度在线分析仪16和9个耐高温在线式流速测量仪17；所述移动式多孔布风板组件3包括调节手轮31、水平滚轮32、弧形水平滑轨33、支撑底座34、多孔布风板35、布风板支撑轴36和密封组件38，在多孔布风板35上设有均匀分布的消阻孔37，布风板支撑轴36设在多孔布风板35上，在布风板支撑轴36的两端自外至内分别安装有一个调节手轮31、一个水平滚轮32和一个密封组件38，水平滚轮32设在弧形水平滑轨33中，弧形水平滑轨33通过支撑底座34进行支撑固定；布风板支撑轴36的两端穿出脱硝烟道1的外壁，使多孔布风板35设在锅炉脱硝烟道1的内腔中，且位于整流格栅4的上方，安装好调节手轮31、水平滚轮32和密封组件38，将水平滚轮32置于弧形水平滑轨33中，通过支撑底座34进行支撑固定，并通过密封组件38与脱硝烟道1进行密封，9个入口取样枪5穿过锅炉脱硝烟道1壁且伸入锅炉脱硝烟道1中，并位于整流格栅4与催化剂层6之间，9个出口取样枪7和9个耐高温在线式流速测量仪17穿过锅炉脱硝烟道1壁且伸入锅炉脱硝烟道1中，并位于催化剂层6的下方，9个入口取样枪5和9个出口取样枪7的出烟口分别通过电动关断门10与取样母管11的进烟口连接，取样母管11的出烟口与烟气预处理装置12的进烟口连接，烟气预处理装置12的出烟口通过设有取样泵13的管道分别与烟气分析仪14和氨浓度在线分析仪16连接，烟气分析仪14、氨浓度在线分析仪16和9个耐高温在线式流速测量仪17连接计算机处理系统15，计算机处理系统15用于根据烟气分析仪14、氨浓度在线分析仪16和9个耐高温在线式流速测量仪17反馈的信息在线计算催化剂活性指数，自动计算烟气负荷动态分配方案，以便于使用移动式多孔布风板组件对烟气流场进行在线调整。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种火电锅炉脱硝系统的流场优化装置，其特征在于：包括移动式多孔布风板组件(3)、多个入口取样枪(5)、多个出口取样枪(7)、取样母管(11)、烟气预处理装置(12)、取样泵(13)、烟气分析仪(14)、计算机处理系统(15)、氨浓度在线分析仪(16)和多个耐高温在线式流速测量仪(17)，移动式多孔布风板组件(3)的多孔布风板(35)设在锅炉脱硝烟道(1)的内腔中，且位于整流格栅(4)的上方，多个入口取样枪(5)穿过锅炉脱硝烟道(1)壁且伸入锅炉脱硝烟道(1)中，并位于整流格栅(4)与催化剂层(6)之间，多个出口取样枪(7)和多个耐高温在线式流速测量仪(17)穿过锅炉脱硝烟道(1)壁且伸入锅炉脱硝烟道(1)中，并位于催化剂层(6)的下方，多个入口取样枪(5)和多个出口取样枪(7)的出烟口分别通过电动关断门(10)与取样母管(11)的进烟口连接，取样母管(11)的出烟口与烟气预处理装置(12)的进烟口连接，烟气预处理装置(12)的出烟口通过设有取样泵(13)的管道分别与烟气分析仪(14)和氨浓度在线分析仪(16)连接，烟气分析仪(14)、氨浓度在线分析仪(16)和多个耐高温在线式流速测量仪(17)连接计算机处理系统(15)，计算机处理系统(15)用于根据烟气分析仪(14)、氨浓度在线分析仪(16)和多个耐高温在线式流速测量仪(17)反馈的信息在线计算催化剂活性指数，自动计算烟气负荷动态分配方案，以便于使用移动式多孔布风板组件对烟气流场进行在线调整。
2.根据权利要求1所述的一种火电锅炉脱硝系统的流场优化装置，其特征在于：所述移动式多孔布风板组件(3)包括调节手轮(31)、水平滚轮(32)、弧形水平滑轨(33)、支撑底座(34)、多孔布风板(35)、布风板支撑轴(36)和密封组件(38)，在多孔布风板(35)上设有均匀分布的消阻孔(37)，布风板支撑轴(36)设在多孔布风板(35)上，在布风板支撑轴(36)的两端自外至内分别安装有一个调节手轮(31)、一个水平滚轮(32)和一个密封组件(38)，水平滚轮(32)设在弧形水平滑轨(33)中，弧形水平滑轨(33)通过支撑底座(34)进行支撑固定。
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