CN108543401A - 流场双尺度动态均化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明针对吸收塔内烟气流场不均匀导致脱硫反应效率下降的问题，提出一种流场双尺度动态反馈均化系统，该系统包括横向、纵向动态整流组件以及固定式导流单元；其中横向和纵向动态整流组件均包括流场调节单元和反馈控制单元；该系统安装于吸收塔入口上游烟道，纵向流场调节单元安装在塔前衔接烟道近吸收塔的入口段，横向流场调节单元设置在纵向流场调节单元的上游，固定式导流单元则安装在塔前转弯烟道内；所述流场调节单元设有调节流场的叶片组，反馈控制单元采集流场调节单元下游的流场信息，并根据反馈信息调节叶片组的偏转角度，实现系统流场均化调节。

Description

流场双尺度动态均化系统
技术领域：
本发明提供一种流场双尺度动态均化系统，属资源环境烟气净化领域。
背景技术：
目前，已投运火电厂烟气脱硫机组容量占煤电机组容量的93%，其中石灰石-石膏法和海水法合计占比为95.45%。受锅炉后场地条件的限制，脱硫塔前多数采取连续急弯式的布置形式，与火力发电厂烟风煤粉管道设计要求存在差距。近年随着燃煤电厂排放标准不断趋严，脱硫塔上游烟道系统发生重大的布置调整，使得烟气在烟道内的分布不均匀性加剧。这种情况引发了较大的系统阻力以及系统噪声，提高了系统的能耗和吸收剂消耗。
随着节能减排的并举推进，精细化运行不断深化，节能提效已经成为今后燃煤电厂的工作重点。通过降低原有系统能耗，提高吸收塔内反应效率，为燃煤电厂稳定高效实现超低排放要求提供了更高的保障。目前提高脱硫效率均通过吸收塔内调整液相喷淋覆盖率或者增设多孔板托盘的形式，提高气液相间反应效果。但是，前者无法影响气相分布，后者存在系统阻力大和气相整流不充分等问题。
发明内容：
为了解决吸收塔内流场不均对脱硫反应效率的影响，本发明提出一种具备双尺度动态调节功能的均化系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
一种流场双尺度动态均化系统，所述流场均化系统包括横向、纵向动态整流组件以及固定式导流单元；其中横向和纵向动态整流组件均包括流场调节单元和反馈控制单元；该系统安装于吸收塔入口上游烟道，纵向流场调节单元安装在塔前衔接烟道近吸收塔的入口段，横向流场调节单元设置在纵向流场调节单元的上游，固定式导流单元则安装在塔前转弯烟道内；所述流场调节单元设有调节流场的叶片组，反馈控制单元采集流场调节单元下游的流场信息，并根据反馈信息调节叶片组的偏转角度，实现系统流场均化调节。
本发明的进一步设计在于：
流场调节单元包括叶片组、转轴支架以及固定外框，叶片组由同轴相连的叶片和转轴构成，同轴叶片偏转角度一致，每个叶片组独立调节偏转角度，所有叶片组的转轴安装在转轴支架上。
流场调节单元通过矩形固定外框与矩形烟道连接，固定外框内的流通截面被平行排列的叶片组转轴和转轴支架划分为面积相等的长方形区域，转轴支架平行于流场调节的方向；两个相邻叶片组转轴之间的距离是一个完整叶片的高度。
本发明的进一步设计还在于：
在转轴方向上，固定外框与烟道尺寸相适配；在转轴支架方向上，固定外框比烟道两侧各高出半个叶片的高度，两端叶片组的轴线与衔接烟道在同一水平高度。
横向和纵向反馈控制单元均包括控制部件和传感器；横向反馈控制单元的若干传感器分别设置在纵向流场调节单元前端；纵向反馈控制单元的若干传感器分别设置在吸收塔首层喷淋装置下部，将相应位置的烟气流速信号反馈给控制部件，控制部件完成信号分析和处理，并通过控制部件控制叶片转轴旋转角度进行流场调节。
横向流场调节单元的横向传感器沿烟道截面横向的中轴对称线均匀排布，并与横向控制部件相连；纵向流场调节单元的纵向传感器设在吸收塔首层喷淋装置下部，并与纵向控制部件相连。
横向流场调节单元的导叶和固定式导流单元的过渡导流板采用耐磨涂层的普通碳钢材料制成；纵向流场调节单元采用耐腐蚀合金材料制成。
固定式导流单元设有过渡导流板，从上游直烟道末端延伸至塔前衔接烟道起始端。
本发明相比现有技术，具有如下优点：
（1）本发明通过在吸收塔入口上游设置整流装置，解决塔内烟气分布不均匀的问题，在满足同样排放标准的前提下，有效降低吸收塔系统吸收剂和能量的消耗。将塔前烟道截面内的流场不均问题分解为横向和纵向维度，分步独立调整两个维度的不均匀性，降低整流难度。
（2）流场调节单元采用整体框架结构，具有装卸便利，改造工期短，检修优化灵活的特点。
（3）流场调节单元中叶片组位置的设计，有效解决了贴壁流无法控制的问题，实现了烟道截面流场的全尺度调节。
（4）反馈控制单元的设置，将典型位置的烟气流速信号反馈给控制部件，控制部件完成信号分析和控制方式，通过控制叶片转轴实现流场调节，对变工况下吸收塔内流场不均匀性进行优化。
附图说明：
图1为本发明整体结构示意图。
图2为吸收塔前烟道示意图。
图3为纵向流场调节单元示意图。
图4为图3的A-A向视图。
图5为横向流场调节单元示意图。
图6为图5的B-B向视图。
图7为流场调节单元功能区示意图。
图中：1-连接膨胀节；2-横向流场调节单元；3-横向控制部件；4-固定式导流单元；5-横向传感器；6-纵向流场调节单元；7-纵向控制部件；8-纵向传感器；9-吸收塔首层喷淋；21-固定外框；22-转轴支架；23-转轴；24-叶片；25-叶片组；26-烟道；A-吸收塔；B-直烟道；C-转弯烟道；D-塔前衔接烟道；E-整流调节区；F-压力平衡区。
具体实施方式：
实施例一：
本案例如图1、图2所示，本发明的流场双尺度动态均化系统包括横向、纵向动态整流组件以及固定式导流单元，其中横向和纵向动态整流组件均包括流场调节单元和反馈控制单元。其中横向流场调节单元2设置在直烟道段B，固定式导流单元4设置在转弯烟道段C，纵向流场调节单元6设置在塔前衔接烟道段D。由于吸收塔前矩形烟道大宽高比的特性会引发流场横向维度不均匀性的加剧，因此将横向流场调节单元2设置在上游，以保证更长的均化时间。固定式导流单元4用于辅助烟气转向，防止烟气流经转弯烟道引起均匀性恶化。纵向流场调节单元6则兼顾优化上游流场扰动以及吸收塔非对称进气方式引发的下游流场扰动。本例中塔前衔接烟道D的长度小于四倍以上烟道公称直径，烟气依次流经横向流场调节单元2，固定式导流单元4，纵向流场调节单元6。
如图3-图6所示，横向流场调节单元2、纵向流场调节单元6均由固定外框21、转轴支架22、叶片组25构成，叶片组25由同轴相连的叶片24和转轴23构成，同轴叶片24偏转角度一致。每个叶片组25独立调节偏转角度，所有叶片组25均安装在转轴支架22上。
横向反馈控制单元包括横向控制部件3和横向传感器5；纵向反馈控制单元包括纵向控制部件7和纵向传感器8。控制部件一般由控制器和驱动部件等组成，同轴叶片安装角度一致，每个叶片组采用独立的驱动部件控制。各传感器分别设置在纵向流场调节单元5前端和吸收塔A首层喷淋装置下部，将典型位置的烟气流速信号反馈给横向和纵向控制部件，横向和纵向控制部件完成信号分析和策略选择，通过控制叶片转轴25带动叶片24旋转实现流场调节。横向流场调节单元2前端的横向传感器5沿烟道截面横向的中轴对称线均匀排布，与横向控制部件3相连；纵向流场调节单元的纵向传感器8，在吸收塔内沿着烟气入口向对面塔壁方向的中轴对称线均匀排布，与纵向控制部件7相连。
横向和纵向传感器采集横向和纵向流场调节单元下游的流场信息，并根据反馈信息调节叶片组25的偏转角度。
横向和纵向流场调节单元通过矩形固定外框21与矩形烟道26连接，固定外框21内的流通截面被平行排列的叶片组转轴23和转轴支架22划分为面积相等的长方形区域，转轴支架22平行于流场调节的方向。两个相邻叶片组转轴25之间的距离是一个完整叶片24的高度。在转轴23方向上，固定外框21与烟道26尺寸一致。在转轴支架22方向上，固定外框21比烟道26两侧各长出半个叶片的高度，两端叶片组25的轴线与衔接烟道26在同一水平高度。
如图7所示，当所有叶片组转角α为零时，横向和纵向流场调节单元内供烟气流通的截面积与烟道截面相等。此时，叶片组25之间的开放空间为整流调节区E，通过叶片24的偏转引导烟气的流向。叶片组25与固定外框21之间的封闭空间为压力平衡区F。当对贴壁流进行流动引导时，在偏转的叶片组25与固定外框21之间形成缝隙空间，使得少量烟气流经该区域，起到平抑叶片组25迎风端和背风端的压差，避免出现大的涡流。这种叶片组位置的设计，解决了贴壁流无法控制的问题，实现了烟道截面流场的全尺度调节。尤其是当叶片组较少的情况下，贴壁流调节短路的现象尤为明显。
固定式导流单元4设有过渡导流板，从上游直烟道B末端延伸至塔前衔接烟道D的起始端。根据弧形转弯和折角转弯的不同特点设计导流板的特性。
横向流场调节单元2的导叶和固定式导流单元4的过渡导流板采用耐磨涂层的普通碳钢材料制成；由于吸收塔A塔入口烟道附近为干湿混合界面，该位置环境氛围的强腐蚀性。纵向流场调节单元6采用合金材料制成。
上游烟气依次流经横向流场调节单元2，固定式导流单元4，纵向流场调节单元6，烟气经横向整流、弯道导流、纵向整流三个均化环节后进入吸收塔A。反馈控制单元的设置，解决了变工况导致变流场的均化问题，具备全工况优化的功能。流场调节单元的设计解决了贴壁流调节短路的问题，实现了全截面流场优化。
实施例二：
本实例中，塔前衔接烟道D的长度大于四倍以上烟道公称直径，不设置固定式导流单元，将横向流场调节单元安装在塔前衔接烟道上，位于纵向流场调节单元的上游。其余设置同实施例一。烟气依次通过横向流场调节单元和纵向流场调节单元后进入吸收塔A。

Claims (8)

1.一种流场双尺度动态均化系统，其特征在于：所述流场均化系统包括横向、纵向动态整流组件以及固定式导流单元；其中横向和纵向动态整流组件均包括流场调节单元和反馈控制单元；该系统安装于吸收塔入口上游烟道，纵向流场调节单元安装在塔前衔接烟道近吸收塔的入口段，横向流场调节单元设置在纵向流场调节单元的上游，固定式导流单元则安装在塔前转弯烟道内；所述流场调节单元设有调节流场的叶片组，反馈控制单元采集流场调节单元下游的流场信息，并根据反馈信息调节叶片组的偏转角度，实现系统流场均化调节。
2.根据权利要求1所述流场双尺度动态均化系统，其特征在于：流场调节单元包括叶片组、转轴支架以及固定外框，叶片组由同轴相连的叶片和转轴构成，同轴叶片偏转角度一致，每个叶片组独立调节偏转角度，所有叶片组的转轴安装在转轴支架上。
3.根据权利要求2所述流场双尺度动态均化系统，其特征在于：流场调节单元通过矩形固定外框与矩形烟道连接，固定外框内的流通截面被平行排列的叶片组转轴和转轴支架划分为面积相等的长方形区域，转轴支架平行于流场调节的方向；两个相邻叶片组转轴之间的距离是一个完整叶片的高度。
4.根据权利要求3所述流场双尺度动态均化系统，其特征在于：在转轴方向上，固定外框与烟道尺寸相适配；在转轴支架方向上，固定外框比烟道两侧各高出半个叶片的高度，两端叶片组的轴线与衔接烟道在同一水平高度。
5.根据权利要求1-4任一所述流场双尺度动态均化系统，其特征在于：横向和纵向反馈控制单元均包括控制部件和传感器；横向反馈控制单元的若干传感器分别设置在纵向流场调节单元前端；纵向反馈控制单元的若干传感器分别设置在吸收塔首层喷淋装置下部，将相应位置的烟气流速信号反馈给控制部件，控制部件完成信号分析和处理，并通过控制部件控制叶片转轴旋转角度进行流场调节。
6.根据权利要求5所述流场双尺度动态均化系统，其特征在于：横向流场调节单元的横向传感器沿烟道截面横向的中轴对称线均匀排布，并与横向控制部件相连；纵向流场调节单元的纵向传感器设在吸收塔首层喷淋装置下部，并与纵向控制部件相连。
7.根据权利要求6所述流场双尺度动态均化系统，其特征在于：横向流场调节单元的导叶和固定式导流单元的过渡导流板采用耐磨涂层的普通碳钢材料制成；纵向流场调节单元采用耐腐蚀合金材料制成。
8.根据权利要求1所述流场双尺度动态均化系统，其特征在于：固定式导流单元设有过渡导流板，从上游直烟道末端延伸至塔前衔接烟道起始端。
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