CN109833775A - 一种石膏板厂scr脱硝反应器物理参数的调控方法 - Google Patents

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赵强
王亚丽
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兰明章
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Abstract

一种石膏板厂SCR脱硝反应器物理参数的调控方法涉及烟气脱硝领域。本发明针对目前石膏板厂烟气温度无法满足催化剂工作温度的问题，利用生产过程中烘干成品后的回风，重新汇入主烟道，将烟气温度调整到催化剂的工作温度。在设计过程中，借助流体力学计算软件，对物理场分布进行模拟，通过调节回风与总烟气风量的比值k在0.5～0.6范围内，使烟气温度达到催化剂的工作温度；通过调节喷风管与主烟道法向的夹角α在45°～55°范围内，得到最佳的流场均匀性，从而保证脱硝反应有效进行。本发明可在调节烟气温度的同时均化流场，满足SCR催化剂的工作条件，并且实现了余风的三次利用，节约了成本。

Description

一种石膏板厂SCR脱硝反应器物理参数的调控方法
技术领域
本发明涉及烟气脱硝的技术领域，特别是涉及一种石膏板厂SCR脱硝反应器物理参数的调控方法。
背景技术
氮氧化物(NOX)是一种常见的空气污染物，其主要来源一般包括工业窑炉的运行、汽车尾气的排放等。放任NOX的排放会对环境、生态以及人体产生很大的危害，我国空气质量逐年下降，雾霾天气频发，与NOX的排放不无关系。因此，控制NOX的排放显得尤为重要。目前对于NOX的治理技术主要有选择性催化还原技术(SCR)和选择性非催化还原技术(SNCR)。相比之下，SCR技术脱硝效率高，设备稳定可靠，脱硝反应产物仅为氮气和水，对大气不会产生二次污染，是更为理想的脱硝技术。
近年来火电行业的污染物治理程度已经趋于完善，而非电行业的污染排放虽然比重相对较小，但仍然有很大的治理空间。石膏板生产是使用沸腾炉煅烧生石膏的生产工业，自然也应考虑其烟气处理问题。
石膏板生产线的烟气主要来源于沸腾炉，其温度约为850℃左右；同时石膏板生产工艺中会从烟气中抽取部分余风用于烘干成品，烘干成品后余风温度降至150℃以下，而目前市面上的商业催化剂工作温度一般为300～450℃，无法将SCR技术直接进行应用，这就需要我们找到一种方法解决烟气温度不适合的问题。在设计过程中还需要对SCR脱硝系统进行仿真模拟，确保烟气在接触催化剂时均匀分布，保证催化剂的脱硝效率，并根据计算结果对工艺参数进行调整，从而帮助设计工作者优化脱硝系统设计方案。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种以回风调节烟气温度，从而实现在石膏板生产线中应用SCR脱硝技术的方法。但冷热风的混合会导致流场的不均匀，进一步引起催化剂利用不充分，影响催化剂寿命，提高生产成本。为了缓解流场不均的问题，本发明提供的方法还可以解决引入回风而导致的流场不均匀，在设计过程中优化工艺参数，从而保证NOX的脱除效率。
本发明的主要技术方案如下：
本发明公开了一种石膏板厂SCR脱硝反应器物理参数的调控方法，利用石膏板生产过程中烘干成品后的回风，重新汇入主烟道，从而降低烟气温度，使其满足催化剂的工作要求。在脱硝系统的设计过程中，借助流体力学计算软件，对系统物理场进行模拟，验证脱硝系统是否满足了催化剂要求的工作温度和物理场浓度，并根据模拟结果对工艺参数进行调节，保证SCR技术可以应用于石膏板生产线。
本发明所述方法适用于需要调节烟气温度的工业生产线，所适用的烟道系统至少包括：喷氨系统、回风汇入装置、截面转化结构、设置在主烟道内的导流板、SCR反应器。
所述回风为石膏板生产工艺中，为利用烟气剩余热值，同时为去除成品中不必要水分所用的沸腾炉余风。回风温度为T2，一般T2≤150℃。
所述回风风量为Q2，总烟气风量为Q0，回风与总烟气风量的比为k＝Q2/Q0，当k在0.5～0.6范围内时，所得烟气温度可满足催化剂工作温度。
所述主烟道烟气温度为T0，一般T0为800～850℃。
所述降温后的烟气温度为TC。
所述催化剂工作温度为300～450℃，要求TC满足催化剂工作温度。
所述喷氨系统为将还原剂喷入主烟道的装置，还原剂包括但不限于尿素溶液、氨水等。喷氨系统的喷嘴沿管壁向心均匀分布。
所述回风汇入装置包括回风管道和喷风管，喷风管与主烟道法向成一定夹角α。喷风时存在一定夹角α时可使回风螺旋汇入主烟道，打破烟气层流状态，做到充分混合。
所述主烟道直径为D。
所述喷风管直径为d，共有12个，均匀分布于管道周围，所述夹角α为45°～55°时，流场均匀性最佳。
所述截面转化结构是将烟道截面由圆形转化为矩形的结构，以便于烟道能更好地与所述SCR反应器衔接。
所述导流板为设置在烟道内部的导流装置，以便烟气能更好地均匀分布。
借由上述技术方案，本发明至少具有以下优点：
本发明所述方法可有效调节主烟道内烟气的温度，从而满足SCR催化剂的工作温度。
本发明所述方法利用回风调节主烟道内烟气的温度，实现了余风的三次利用，有效节约了运行成本。
本发明中回风与主烟道留有一定夹角α，可有效打破烟气的层流状态，使流场分布趋于一致。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明所述方法的流程示意图。
图2是本发明所述SCR工艺示意图。
图3是本发明所述烟道系统的结构示意图。
图4是烟道系统中喷氨系统截面图。
图5是烟道系统中回风汇入装置截面图。
图6是烟道系统中截面转化结构俯视图。
图中：1喷氨系统；1-1喷嘴；2回风汇入装置；2-1回风管；2-2喷风管；3主烟道；4截面转化结构；5导流板；6SCR反应器；6-1整流栅格；6-2催化剂。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明是根据石膏板厂应用SCR技术时所遇到的问题提出的，但实际上此方法也可以适用于其它具有相似问题的工业生产领域。
实施例1
本实施例中石膏板生产线的设计规模为3000万m2/年，SCR反应系统设置在沸腾炉和袋式收尘器之间，总风量Q0＝71000Nm3/h。
如图3所示，本实施例的烟道系统包括主烟道、安装在主烟道上的喷氨系统、安装在主烟道上的回风汇入装置、截面转化结构、安装在主烟道内的导流板、与主烟道相连的SCR反应器。
主烟道直径D＝2m。
如图4所示，喷氨系统包括4个沿管壁向心均布的喷嘴，以雾化方式喷入预先配制好的尿素溶液，流量0.02kg/s。
如图5所示，回风汇入装置包括回风管道和喷风管，回风管道与成品烘干系统相连，喷风管直径d＝250mm，与主烟道法向夹角α＝55°，共12个，均匀分布于管道周围。回风风量Q2＝38000Nm3/h，即为k＝0.53。
如图6所示，截面转化结构为将烟道截面由圆形截面转化为矩形截面的烟道结构。圆形截面直径2m，矩形截面为0.8m×3.86m。
导流板为改善流体均匀程度的装置，本实施例中在烟道转弯处布置3块弧形导流板，半径分别为0.5m、0.65m和0.85m。
本实施例中SCR反应器内布置了整流栅格和3层催化剂。
在实施过程中烟道系统内将发生以下过程：
烟气首先进入主烟道和喷氨系统中所喷尿素溶液混合，尿素在高温条件下迅速发生分解产生NH3和CO2，烟气温度T0＝850℃；回风通过喷风管进入主烟道，以螺旋状态打破层流状态，与烟气充分混合，回风温度T2＝150℃；经过一段距离的混合及导流板的疏导，烟气流场已基本均匀，且降温后TC满足催化剂工作温度；进入SCR反应器发生脱硝反应；最后由反应器排出进入袋式收尘器。
经过模拟仿真，测得催化剂表面速度标准偏差为1.751％，NH3浓度标准偏差为15.644％，温度最大值为435.261℃，温度最小值为386.262℃。可见本发明可以有效地降低烟气温度，同时优化流场均匀性。
实施例2
本实施例为实施例1的对比例，设计烟气参数及使用设备与实施例1相同，仅所述夹角α＝5°。
经过模拟仿真，测得催化剂表面速度标准偏差为34.419％，NH3浓度标准偏差为38.309％，温度最大值为429.866℃，温度最小值为404.319℃。可见如果未满足所述夹角α的要求范围，则会影响流畅均匀程度。
实施例3
本实施例为实施例1的对比例，设计烟气参数及使用设备与实施例1相同，仅所述回风风量Q2＝28000Nm3/h，即为k＝0.39。
经过模拟仿真，测得催化剂表面速度标准偏差为10.275％，NH3浓度标准偏差为20.863％，温度最大值为553.279℃，温度最小值为466.662℃。可见如果未满足所述风量比k的要求范围，则烟气温度无法满足催化剂温度要求。
由此可以看出，采用本发明的“一种石膏板厂SCR脱硝反应器物理参数的调控方法”，不仅能够很好地解决石膏板生产线因烟气温度不适宜而无法直接应用SCR脱硝技术的问题，并且能够解决引入回风而导致的流场不均匀问题，从而保证脱硝反应的有效进行，在节约运行成本的同时实现减排的目标。

Claims (5)

1.一种石膏板厂SCR脱硝反应器物理参数的调控方法，其特征在于：在设计过程中，借助流体力学计算软件对SCR系统物理场进行模拟，通过调节回风与总烟气风量的比值k在0.5～0.6范围内，使烟气温度达到催化剂的工作温度；通过调节喷风管与主烟道法向的夹角α在45°～55°范围内，从而保证脱硝反应有效进行。
2.根据权利要求1所述的调控方法，其特征在于：回风温度T2≤150℃；主烟道烟气温度T0为800～850℃；催化剂工作温度为300～450℃。
3.根据权利要求1所述的调控方法，其特征在于：所述主烟道直径D＝2m；喷风管直径d＝250mm，共有12个，均匀分布于管道周围。
4.根据权利要求1所述的调控方法，其特征在于：所适用的烟道系统至少包括：喷氨系统、回风汇入装置、截面转化结构、设置在主烟道内的导流板、SCR反应器；回风汇入装置包括回风管道和若干个沿管壁均匀分布的喷风管。
5.根据权利要求1所述的调控方法，其特征在于：利用石膏板生产过程中烘干成品后的回风，重新汇入主烟道，从而降低烟气温度，使烟气温度达到催化剂的工作温度，同时对温度、速度、NH3浓度均匀性进行调节。
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