CN111179463A - Scr脱硝系统导流板磨损可视化系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种SCR脱硝系统导流板磨损可视化系统，包括：粒子示踪模块，用于建立粒子示踪模型，以得到粉尘颗粒在烟气中的运行轨迹；颗粒磨损模块，用于建立颗粒磨损模型，以得到粉尘颗粒撞击导流板、整流栅、催化剂层和叶片区域的颗粒‑金属接触冲蚀量；可视化模块，用于将粉尘颗粒在烟气中的运行轨迹及颗粒‑金属接触冲蚀量进行可视化显示，以定量评估导流板、整流栅、催化剂层和叶片区域的磨损程度。本发明可对SCR脱硝系统内导流板、整流栅的冲蚀磨损程度进行定量显示评估。

Description

SCR脱硝系统导流板磨损可视化系统

技术领域

本发明属于火力发电技术领域，尤其涉及一种SCR脱硝系统导流板磨损可视化系统。

背景技术

火电机组锅炉燃烧产生氮氧化物NOx超标，在锅炉省煤器后加装SCR脱硝系统对烟气中的NOx进行脱除。SCR脱硝反应器内喷氨支管喷射稀释氨气并与烟气进行混合，混合气体流经催化剂层反生化学反应，氮氧化物NOx得以脱除。由于SCR脱硝反应器流道曲折复杂，需要配置导流板组对烟气流动进行疏导引流，减少烟气流动紊乱引起的流动损失。烟气中的粉尘颗粒和烟气的密度不同，空气动力学特性也各不相同。粉尘颗粒的密度和惯性大，在烟气流动改变方向、收缩扩张区域跟随烟气的流动特性比较差，比较容易撞击在导流板组、整流栅、催化剂上，造成严重的磨损损失。因此，对导流板、整流栅、催化剂等区域的磨损情况做出准确预测，可以提前开展应对措施，防止SCR脱硝系统失效。

发明内容

本发明的目的是提供一种SCR脱硝系统导流板磨损可视化系统，可对SCR脱硝系统内导流板、整流栅的冲蚀磨损程度进行定量显示评估。

本发明提供了一种SCR脱硝系统导流板磨损可视化系统，包括：

粒子示踪模块，用于建立粒子示踪模型，以得到粉尘颗粒在烟气中的运行轨迹；

颗粒磨损模块，用于建立颗粒磨损模型，以得到粉尘颗粒撞击导流板、整流栅、催化剂层和叶片区域的颗粒-金属接触冲蚀量；

可视化模块，用于将粉尘颗粒在烟气中的运行轨迹及颗粒-金属接触冲蚀量进行可视化显示，以定量评估导流板、整流栅、催化剂层和叶片区域的磨损程度。

进一步地，所述粒子示踪模块基于粉尘颗粒在运动中所受的拖拽力、附件质量力、Basset力、Saffman力、颗粒碰撞力、重力建立粒子示踪模型。

进一步地，所述颗粒磨损模块基于粉尘颗粒撞击的切削角、金属冲蚀量、碰撞恢复系数建立颗粒磨损模型。

进一步地，所述可视化模块还用于：

将导流板、整流栅、催化剂层和叶片区域的磨损速度进行可视化显示。

借由上述方案，通过SCR脱硝系统导流板磨损可视化系统，可对SCR脱硝系统内导流板、整流栅的冲蚀磨损程度进行定量显示评估。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明SCR脱硝系统导流板磨损可视化系统的结构框图；

图2是火电机组典型SCR脱硝系统导流板、整流栅布置示意图；

图3是粉尘颗粒运动轨迹示意图；

图4是碰撞阶段基本变量展示图；

图5是本发明一实施例中粉尘颗粒运动轨迹；

图6是本发明一实施例中导流板1区域的粉尘颗粒运动轨迹；

图7是本发明一实施例中挡板门1区域的粉尘颗粒运动轨迹；

图8是本发明一实施例中导流板2区域的粉尘颗粒运动轨迹；

图9是本发明一实施例中挡板门2区域的粉尘颗粒运动轨迹；

图10是本发明一实施例中导流板3区域的粉尘颗粒运动轨迹；

图11是本发明一实施例中整流栅1区域的粉尘颗粒运动轨迹；

图12是本发明一实施例中导流板4区域的粉尘颗粒运动轨迹；

图13是本发明一实施例中导流板5区域的粉尘颗粒运动轨迹；

图14是本发明一实施例中导流板6区域的粉尘颗粒运动轨迹；

图15是本发明一实施例中导流板7区域的粉尘颗粒运动轨迹；

图16是本发明一实施例中导流板8区域的粉尘颗粒运动轨迹；

图17是本发明一实施例中整流栅2区域的粉尘颗粒运动轨迹；

图18是本发明一实施例中整流栅3区域的粉尘颗粒运动轨迹；

图19是本发明一实施例中导流板9区域的粉尘颗粒运动轨迹；

图20是本发明一实施例中导流板10区域的粉尘颗粒运动轨迹。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参图1所示，本实施例提供了一种SCR脱硝系统导流板磨损可视化系统，包括：

粒子示踪模块10，用于建立粒子示踪模型，以得到粉尘颗粒在烟气中的运行轨迹；

颗粒磨损模块20，用于建立颗粒磨损模型，以得到粉尘颗粒撞击导流板、整流栅、催化剂层和叶片区域的颗粒-金属接触冲蚀量；

可视化模块30，用于将粉尘颗粒在烟气中的运行轨迹及颗粒-金属接触冲蚀量进行可视化显示，以定量评估导流板、整流栅、催化剂层和叶片区域的磨损程度。

通过该SCR脱硝系统导流板磨损可视化系统，可实现对SCR脱硝系统内导流板、整流栅的冲蚀磨损程度的定量显示评估。

在本实施例中，粒子示踪模块10基于粉尘颗粒在运动中所受的拖拽力、附件质量力、Basset力、Saffman力、颗粒碰撞力、重力建立粒子示踪模型。

在本实施例中，颗粒磨损模块20基于粉尘颗粒撞击的切削角、金属冲蚀量、碰撞恢复系数建立颗粒磨损模型。

在本实施例中，可视化模块30还用于：

将导流板、整流栅、催化剂层和叶片区域的磨损速度进行可视化显示

下面对本发明作进一步详细说明。

本发明通过粒子示踪模型计算粉尘颗粒在烟气中运动轨迹。下面以旋流混合器内粉尘颗粒对导流叶片的磨损冲击为例，来说明导流板磨损可视化方法的工作原理。图3给出旋流混合器内粉尘颗粒的运动轨迹。从图中可以看到，粉尘在烟气裹挟作用下，经过旋流混合器通道形成自己的运动轨迹。采用Tabakoff磨损模型定量评估粉尘颗粒撞击导流板、整流栅、催化剂层和叶片区域造成的冲蚀磨损作用。下面对粒子示踪模型及Tabakoff磨损模型进行详细说明：

一、粒子示踪模型

颗粒的运动是由于主流流体的携带而产生运动的，分析颗粒运动必然要牵扯流体运动，需要分析考虑流体对颗粒运动的影响。颗粒相在流场中的运动主要是分析不同作用力对颗粒运动的影响作用。颗粒运动受到的作用力主要包括重力、气体阻力、浮力、附加质量力、压力梯度力、Saffman力、Basset力、热泳力、Magnus力、光电泳力、静电力等。颗粒受力公式按牛顿第二定律可表示为：

F_D是流体对颗粒的拖曳力。球形颗粒的拖曳力表达式为：

其中，C_D为曳力系数。

F_A是附加质量力。流体携带粒子运动，当粒子由于受力相对流体加速运动，速度会逐渐增大，由于粘性作用，会加速粒子周围流体速度，粒子会耗散到部分动能。由于粒子附近阻力，粒子原来所受的力要大于加速所需的力，这部分力称为附加质量力，表达式为：

F_B是Basset力。颗粒在实际流体中做变速运动时由于黏性而受到黏性阻力和附加质量力作用。同时，因为惯性的作用，在流体变速时，粒子会滞后而受到一个瞬时的流动阻力，这个力取决于运动历程，表达式为：

F_S是Saffman力。由于流场不均匀，存在着速度梯度，颗粒在流场中运动时会受到由低速区指向高速区方向的升力，这是剪切和滑移共同作用结果。在物体表面的边界层内，速度梯度是相当大的，在边界层之外速度梯度几乎为零。因此在边界层内必须考虑Saffman力。Saffman力的表达式为：

F_M是Magnus力。粒子在流体中运动时，当两侧速度不等时，由于流体黏性作用会使粒子发生旋转；旋转会加速速度快一侧的流体，而减慢速度低一侧流体。由升力定理可知，粒子在流体中旋转会产生旋转升力，升力表达式为：

F_C是颗粒碰撞力。颗粒碰撞力是由于粒子与粒子之间的碰撞和粒子和固体壁面之间的碰撞产生，大小与粒子速度有关。

F_G是颗粒重力，表达式为：

上式中，d_p为颗粒直径，ρ_p为粒子密度。

二、Tabakoff磨损模型

Tabakoff磨损模型是以Virginia煤灰冲击颗粒、ANSI304、410和铝材等为靶金属高速磨损试验结果为基础建立的磨损模型。Tabakoff磨损模型在燃煤电厂锅炉磨损的预测上和实验有着较高的吻合度，得到广泛的应用和采纳。

颗粒与金属表面碰撞前后主要物理量如图4所示，其中α₁定义为切削角。Tabakoff磨损模型磨损量E定义为单位质量飞灰对金属表面的冲蚀量：

当α₀<3α₁，C_k＝1否则C_k＝0，根据推荐值α₀＝25°；K₁＝1.505101×10^-6，K₂＝0.2960，K₃＝5.0×10^-12。

对碰撞颗粒的反弹，采用Tabakoff等人在实验基础上建立的经验方程。

法向恢复系数表达式为：

切向恢复系数表达式为：

本发明提供的可视化系统，可应用于图2中SCR烟气脱硝系统中导流板、整流栅、催化剂的磨损显示。

参图5至图20所示，利用磨损可视化系统，对SCR烟气脱硝系统内的10组导流板、2组挡板门、3组整流栅进行了磨损可视化显示。

图5给出SCR反应器内粉尘颗粒运动轨迹。可以看到，粉尘颗粒由于密度和惯性较大，在烟气中跟随性较差，部分被烟气携带甩在反应器内壁、导流板、整流栅壁面上。

图6给出导流板1区域的磨损速度显示和粉尘颗粒运动轨迹。可以看到，粉尘颗粒在导流板1区域的气流跟随性较好，较少粉尘颗粒撞击在导流板，导流板1的磨损情况不严重。

图7给出挡板门1区域的粉尘颗粒运动轨迹。可以看到，经导流板1引导作用下的粉尘颗粒较多撞击在挡板门1上面，挡板门1受到粉尘颗粒的冲蚀磨损作用显著。

图8给出导流板2区域的粉尘颗粒运动轨迹。可以看到，粉尘颗粒对导流板2区域存在一定的冲蚀磨损作用。

图9给出挡板门2区域的粉尘颗粒运动轨迹。可以看到，大部分粉尘颗粒经导流板2之间的通过流过，粉尘颗粒对导流板2区域的冲蚀磨损作用很小。

图10给出导流板3区域的粉尘颗粒运动轨迹。可以看到，导流板3处于SCR反应器流动弯道处，粉尘颗粒流经此区域时强烈撞击导流板3，导致导流板3的磨损情况较为显著。

图11给出整流栅1区域的粉尘颗粒运动轨迹。可以看到，经过导流板3，粉尘颗粒大多通过整流栅间隙流动，粉尘颗粒与整流栅1没有明显的撞击现象，因此整流栅1冲蚀磨损情况不明显。

图12给出导流板4区域的粉尘颗粒运动轨迹。可以看到，粉尘颗粒冲蚀撞击在导流板4的外侧区域，导流板4的磨损较为严重。

图13给出导流板5区域的粉尘颗粒运动轨迹。可以看到，导流板组5中的第4块导流板存在一定的冲蚀磨损。

图14给出导流板6区域的粉尘颗粒运动轨迹。可以看到，导流板6处于SCR反应器流动弯道处，粉尘颗粒流经此区域时强烈撞击导流板6，导致导流板6的磨损情况较为显著。

图15给出导流板7区域的粉尘颗粒运动轨迹。可以看到，大部分粉尘颗粒经导流板7之间的通过流过，粉尘颗粒对导流板7区域的冲蚀磨损作用较小。

图16给出导流板8区域的粉尘颗粒运动轨迹。可以看到，导流板8部分区域存在较为明显的磨损情况。

图17给出整流栅2区域的粉尘颗粒运动轨迹。可以看到，粉尘颗粒与整流栅2没有明显的撞击现象，整流栅2冲蚀磨损情况不明显。

图18给出整流栅3区域的粉尘颗粒运动轨迹。可以看到，粉尘颗粒与整流栅3没有明显的撞击现象，整流栅3冲蚀磨损情况不明显。

图19给出导流板9区域的粉尘颗粒运动轨迹。可以看到，粉尘颗粒在导流板9上游区域经过明显的转向运动，大部分的粉尘颗粒对烟气跟随性较差、被气流甩在导流板9的外侧区域，粉尘颗粒撞击在导流板9，因此导流板9的冲蚀磨损作用严重。

图20给出导流板10区域粉尘颗粒运动轨迹。可以看到，导流板10部分区域存在较为明显的磨损情况。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种SCR脱硝系统导流板磨损可视化系统，其特征在于，包括：

粒子示踪模块，用于建立粒子示踪模型，以得到粉尘颗粒在烟气中的运行轨迹；

颗粒磨损模块，用于建立颗粒磨损模型，以得到粉尘颗粒撞击导流板、整流栅、催化剂层和叶片区域的颗粒-金属接触冲蚀量；

可视化模块，用于将粉尘颗粒在烟气中的运行轨迹及颗粒-金属接触冲蚀量进行可视化显示，以定量评估导流板、整流栅、催化剂层和叶片区域的磨损程度。

2.根据权利要求1所述的SCR脱硝系统导流板磨损可视化系统，其特征在于，所述粒子示踪模块课基于粉尘颗粒在运动中所受的拖拽力、附件质量力、Basset力、Saffman力、颗粒碰撞力、重力建立粒子示踪模型。

3.根据权利要求2所述的SCR脱硝系统导流板磨损可视化系统，其特征在于，所述颗粒磨损模块基于粉尘颗粒撞击的切削角、金属冲蚀量、碰撞恢复系数建立颗粒磨损模型。

4.根据权利要求1所述的SCR脱硝系统导流板磨损可视化系统，其特征在于，所述可视化模块还用于：

将导流板、整流栅、催化剂层和叶片区域的磨损速度进行可视化显示。

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