CN112178667B - 一种针对scr出口下游受热面的灰场治理结构 - Google Patents

一种针对scr出口下游受热面的灰场治理结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种针对SCR出口下游受热面的灰场治理结构，包括SCR出口烟道，从上游到下游的方向，SCR出口烟道内包括依次相接的导向段、扩散段和整流段；导向段内安装有两块以上的第一导灰板，第一导灰板相对水平位置的安装夹角为‑30～+20°；扩散段内安装有扩散角板，扩散角板包括两块拼接板，两块拼接板宽度方向的一端连接在一起、且两块拼接板之间形成大于0°小于60°的夹角，扩散角板背对烟气流动方向；整流段内安装有整流格栅。本发明一种针对SCR出口下游受热面的灰场治理结构，采用三段式设计，有效提高了SCR出口烟道灰场及流场的均匀性，避免(或缓解)了SCR出口下游受热面磨损与积灰现象的发生，提高了锅炉运行的安全性和经济性。

Description

一种针对SCR出口下游受热面的灰场治理结构
技术领域
本发明涉及一种针对SCR出口下游受热面的灰场治理结构，属于火力发电技术领域。
背景技术
热电企业锅炉运行中最大特点是“场”的不均匀性，如风量分配不均、煤量分配不均、烟气组分浓度场不均、烟气流场不均及飞灰浓度场(灰场)不均等。通过运行调整，虽然在一定程度上有所改善，但由于锅炉及其烟道布置形式等问题，无法从根本上消除，改善程度也较为有限，因此锅炉尾部烟道区域仍存在烟气流场与灰场不均现象。
近年来，热电企业为满足《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)以及超低排放政策对NOx排放浓度的要求，SCR(Selective Catalytic Reduction)技术即选择性催化还原技术已成为深度控制NOx排放的主要手段，是国内外公认的主流技术。然而，脱硝装置是在原有尾部烟道构架的基础上，多以外置式的形式进行布置。
由于SCR过量喷氨、氨逃逸大易导致空预器堵塞等问题较为普遍，对生产运行影响相对较大，因此在现有技术的研究中更多关注于SCR进口及其反应器的改进，然而，不仅SCR进口及其反应器存在流场及灰场不匀的现象，SCR出口烟道下游受热面也同样存在，对于部分热电企业，由于尾部烟道空间限制、SCR出口烟道存在连续拐弯等原因，导致其流场及灰场不均的现象更为严重。
由于SCR出口烟道下游受热面均为金属材质，其耐磨性能虽然相对较强，短期内受热面不会因为磨损问题导致泄漏，然而随着SCR运行周期的加长，SCR出口烟道下游受热面磨损泄漏与积灰换热性能下降的问题逐渐突显，甚至频繁导致停炉事故。
发明内容
本发明提供一种针对SCR出口下游受热面的灰场治理结构，有效提高了SCR出口烟道灰场及流场的均匀性，避免或缓解了SCR出口下游受热面磨损与积灰现象的发生，提高了锅炉运行的安全性和经济性。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种针对SCR出口下游受热面的灰场治理结构，包括SCR出口烟道，从上游到下游的方向，SCR出口烟道内包括依次相接的导向段、扩散段和整流段；导向段内安装有两块以上的第一导灰板，第一导灰板相对水平位置的安装夹角为-30～+20°；扩散段内安装有扩散角板，扩散角板包括两块拼接板，两块拼接板宽度方向的一端连接在一起、且两块拼接板之间形成大于0°小于60°的夹角，扩散角板背对烟气流动方向；整流段内安装有整流格栅。
SCR出口烟道为SCR反应器下游的烟道。
扩散角板背对烟气流动方向，指扩散角板两拼接板的开口背对烟气流动方向，两拼接板之间定义为背风侧，反之为迎风侧，迎风侧正对烟气流动方向，也即烟气冲刷两拼接板。第一导灰板和扩散角板长度方向的两端分别连接SCR出口烟道宽度方向的两端。
通过上述导向段和扩散段中导灰板和扩散角板的设置，有效提高了灰场的均匀性，同时结合整流段整流格栅的设置还有效提高了流场的均匀性，避免了高速区与高尘区的重叠，同时也避免了低速区与高尘区的重叠，避免(或缓解)了相关受热面的磨损和积灰现象。
申请人经长期的研究实践发现，SCR出口烟道下游受热面磨损泄漏点往往出现在高速区与高尘区的重叠区域，因此，为了避免受热面磨损，不仅需考虑流场的均匀性，还应兼顾灰场的均匀性。烟气飞灰在流动的过程中会逐渐从气流中分离出来，易沉积在受热面部位及水平烟道，随着灰份沉积量的增加，流通截面积的变化，不仅增加了气流的流通阻力，还降低了后续设备的换热性能，当沉积严重时，甚至引起烟风道的垮塌事故。由于SCR出口烟道通常为连续拐弯烟道，易导致烟道未端区域形成涡流，而涡流区域烟气流速往往很低，易形成积灰现象，为了避免积灰，应避免低速区域与高尘区域(如烟道壁面附近)重叠，兼顾灰场与流场的均匀性。本申请通过SCR出口烟道内导向段、扩散段和整流段的设计，将富集的飞灰颗粒离散化，将速度差异明显的流场合理化，使得灰场与流场的均匀性同时提高，有效避免了高速区与高尘区的重叠，减少了受热面的磨损，有效避免了低速区域与高尘区域的重叠，减少了受热面的积灰，既避免了泄漏安全事故的发生，又提高了锅炉运行的经济性。
为了进一步提高灰场的均匀性，第一导灰板的数量n1不少于4块，所有的第一导灰板平行排列、且所有第一导灰板的顶部共平面；第一导灰板相对水平位置的安装夹角为-20～+10°。
进一步优选，第一导灰板相对SCR出口烟道内侧底面的最小高度为h0，SCR出口烟道内侧的高度为h，h0为0.50h～0.75h。第一导灰板相对SCR出口烟道内侧底面的最小高度，也即第一导灰板的最低点到SCR出口烟道内侧底面的距离。申请人经研究发现，SCR出口烟道内侧自底面起0.50h～0.75h的高度，出现飞灰富集的概率相对较大，将第一导灰板设在此位置可更好地匀化灰场。
为了进一步提高灰场的均匀性，SCR出口烟道长度为s，导向段和扩散段的长度之和应小于0.5s。
为了兼顾灰场均匀性的提升与流动阻力的降低，扩散角板两块拼接板之间的夹角大于20°小于45°；扩散角板有两列，从上游到下游的方向，依次为第一列扩散角板和第二列扩散角板，第一列扩散角板和第二列扩散角交错排列。进一步优选，第一列扩散角板包括n2块扩散角板，第二列扩散角板包括n3块扩散角板，n2＝n3-1。第一列的n2块扩散角板与第二列的n3块扩散角板交错排列。
为了兼顾灰场均匀性的提升与流动阻力的降低，第二列扩散角板沿SCR出口烟道内侧高度方向均匀布置，第二列扩散角板覆盖的流通面积为所在SCR出口烟道流通面积的1/2以下。
为了进一步提高灰场的均匀性，导向段底部设有第二导灰板，扩散段底部设有第三导灰板；第二导灰板和第三导灰板安装角度为-20～+20°(以水平为基准)。申请人经研究发现，SCR出口烟道内侧底面附近易出现飞灰富集现象，第二导灰板和第三导灰板的设置可更好地均化灰场。
为了进一步提高灰场的均匀性，第一导灰板、第二导灰板和第三导灰板的宽度均不低于60mm，扩散角板两块拼接板的宽度均不低于60mm。第一导灰板、第二导灰板和第三导灰板的长度均与烟道内的宽度方向一致。烟道内的宽度方向与上游到下游的方向垂直。
为了进一步提高流场与灰场的均匀性，整流格栅设在SCR出口烟道内侧的出口，整流格栅包括沿烟气流动方向平行排列N块导流板，N≥15，单块导流板长度不低于150mm；相邻两导流板之间的间隔不低于200mm。
本发明未提及的技术均参照现有技术。
本发明一种针对SCR出口下游受热面的灰场治理结构，采用三段式设计，有效提高了SCR出口烟道灰场及流场的均匀性，避免(或缓解)了SCR出口下游受热面磨损与积灰现象的发生，提高了锅炉运行的安全性和经济性。
附图说明
图1为SCR反应器SCR出口烟道改造前的示意图；
图2为现有SCR反应器SCR出口烟道流场模拟图；
图3为现有SCR反应器SCR出口烟道灰场模拟图；
图4为本申请SCR反应器SCR出口烟道改造后的示意图；
图5为图4中导向段和扩散段的结构示意图；
图6为图5中Ⅰ处放大示意图；
图7为图5中Ⅱ处放大示意图；
图8为图5中Ⅲ处放大示意图；
图9为图4中整流段的结构示意图；
图10为本申请SCR反应器SCR出口烟道改造后的流场模拟图；
图11为本申请SCR反应器SCR出口烟道改造后的灰场模拟图；
图中，1为SCR进口垂直烟道，2为SCR本体，3为SCR出口烟道，4为SCR下游受热面(图中为高温空预器)，5为改造前SCR出口烟道导流装置，6为导向段，601为第一导灰板，602为第二导灰板，7为扩散段，701为扩散角板，702为拼接板，703为第三导灰板，8为整流段，801为整流格栅，9为烟气。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
本申请“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等方位词为基于附图所示或使用状态时的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
实施例1
如图1-3所示，申请人经长期的研究实践发现，受原锅炉构及烟道空间的限制，SCR反应器SCR出口烟道狭小、烟气流速高，加之连续拐弯，使得该处流场和灰场的均匀性不佳，当高速区与高尘区重叠时，极易出现受热面磨损、泄漏事故，导致锅炉频繁停炉或影响锅炉运行的经济性；在SCR出口下游垂直烟道靠前墙区域，由于烟道自身结构原因，易存在低速区或涡流区，当低速区与高尘区重叠时，易出现积灰现象、甚至大量积灰，积灰的出现将使得受热面的有效换热面积下降，排烟温度上升，锅炉经济性受到影响，甚至导致引风机出力不足，锅炉负荷受限等问题，当沉积严重时，甚至引起烟风道的垮塌事故，为避免水平烟道底部积灰，相应位置处的烟气流速不应低于10～15m/s。
如图4-9所示，一种针对SCR出口下游受热面的灰场治理结构，从上游到下游的方向，SCR出口烟道(长度方向)与水平之间的夹角为β，SCR出口烟道内包括依次相接的导向段、扩散段和整流段；SCR出口烟道长度为S，导向段和扩散段的长度之和等于1/4s；导向段内安装有平行排列的四块第一导灰板，所有第一导灰板的顶部共平面(设为q，则q与烟道长度方向的夹角为β0)，第一导灰板安装角度为-2°(以水平为基准)，第一导灰板相对SCR出口烟道内侧底面的最小高度为h0，SCR出口烟道内侧的高度为h，h0＝0.75h；扩散段内安装有扩散角板，扩散角板包括两块拼接板，两块拼接板宽度l1方向的一端连接在一起、且两块拼接板之间形成30°的夹角(α1)，扩散角板背对烟气流动方向，扩散角板有两列，从上游到下游的方向，依次为第一列扩散角板和第二列扩散角板，第二列扩散角板沿SCR出口烟道内侧高度方向均匀布置，第二列扩散角板覆盖的流通面积为所在烟道流通面积的1/2以下，第一列扩散角板和第二列扩散角板交错排列，第一列扩散角板包括8块扩散角板，第二列扩散角板包括9块扩散角板；SCR出口烟道始端到第一块第一导灰板之间的距离为S0，第一块第一导灰板到最后一块第一导灰板之间的距离为S1，最后一块第一导灰板到第一列扩散角板之间的距离为S2，第一列扩散角板和第二列扩散角板之间的距离为S3；整流段内安装有整流格栅，整流格栅设在SCR出口烟道内侧的出口，整流格栅包括沿烟气流动方向平行排列17块的导流板，单块导流板长度(图9中的L1-L17)不低于150mm；相邻两导流板之间的间隔(图9中的M1-M17)不低于200mm。
实施例2
在实施例1的基础上，进一步作了如下改进：如图5所示，导向段底部设有第二导灰板，第二导灰板安装角度(α3)为+13°(以水平为基准)，扩散段底部设有第三导灰板，第三导灰板安装角度(α2)为+13°(以水平为基准)，第二导灰板和第三导灰板均背对烟气流动方向；第一导灰板的宽度l0、第二导灰板的宽度l3(如图8所示)和第三导灰板的宽度l2(如图7所示)均不低于60mm，扩散角板两块拼接板的宽度l1(如图6所示)均均不低于60mm。SCR反应器SCR出口烟道改造后的流场和灰场模拟图，如图10-11所示，对比图2-3可看出，改造前，流场速度不均匀及灰场不均匀性均非常明显，存在较大面积的高速区及高灰区，部分高速区域与高尘区域存在重叠，这些区域与下游低温省煤器磨损严重或已有泄漏点的区域基本保持一致，而低速区域则易出现积灰现象。
本申请改造后，灰场及流场的均匀性得到明显改善，其中原较大面积的高尘区域被完全离散化，灰场的不均匀系数由0.344下降至0.191，而流场的速度不均匀系数也由0.259下降至0.078(一般工程要求值为小于0.150)，最高粉尘浓度由159g/Nm3下降至106g/Nm3，最高烟气流速由8.9m/s下降至5.9m/s。灰场及流场均匀性的改善，避免了低速区出现较高浓度的粉尘，高尘区域出现较高流速的烟气，这对于受热面磨损与积灰的改善非常有利。
该锅炉在改造前1年内曾出现过多次泄漏事故，给锅炉的正常运行已带来很大影响，本次改造后1年的连续运行期间，未再发生泄漏事故，且在停炉检查中还发现，该位置及紧临下游省煤器均未出现明显的磨损与积灰现象。保守预计，本次改造后相关受热面可连续、安全运行两个大修周期(约8年)，锅炉运行的安全性有了明显的改善，而受热面积灰现象的缓解，也使得锅炉运行的经济性有所提升。

Claims (6)

1.一种针对SCR出口下游受热面的灰场治理结构，包括SCR出口烟道，其特征在于：从上游到下游的方向，SCR出口烟道内包括依次相接的导向段、扩散段和整流段；导向段内安装有两块以上的第一导灰板，第一导灰板相对水平位置的安装夹角为-30°~+20°；扩散段内安装有扩散角板，扩散角板包括两块拼接板，两块拼接板宽度方向的一端连接在一起、且两块拼接板之间形成大于0°小于60°的夹角，扩散角板背对烟气流动方向；整流段内安装有整流格栅；
第一导灰板的数量n1不少于4块，所有的第一导灰板平行排列、且所有第一导灰板的顶部共平面；第一导灰板相对水平位置的安装夹角为-20°~+10°；
第一导灰板相对SCR出口烟道内侧底面的最小高度为h0，SCR出口烟道内侧的高度为h，h0为0.50h ~ 0.75h；
导向段底部设有第二导灰板，扩散段底部设有第三导灰板；第二导灰板和第三导灰板相对水平位置的安装角度均为-20°~+20°；
整流格栅设在SCR出口烟道内侧的出口，整流格栅包括沿烟气流动方向平行排列N块导流板，N≥15，单块导流板长度不低于150mm；相邻两导流板之间的间隔不低于200mm。
2.如权利要求1所述的针对SCR出口下游受热面的灰场治理结构，其特征在于：SCR出口烟道长度为s，导向段和扩散段的长度之和小于0.5s。
3.如权利要求1或2所述的针对SCR出口下游受热面的灰场治理结构，其特征在于：扩散角板两块拼接板之间的夹角大于20°小于45°；扩散角板有两列，从上游到下游的方向，依次为第一列扩散角板和第二列扩散角板，第一列扩散角板和第二列扩散角交错排列。
4.如权利要求3所述的针对SCR出口下游受热面的灰场治理结构，其特征在于：第一列扩散角板包括n2块扩散角板，第二列扩散角板包括n3块扩散角板，n2= n3-1。
5.如权利要求1或2所述的针对SCR出口下游受热面的灰场治理结构，其特征在于：第二列扩散角板沿SCR出口烟道内侧高度方向均匀布置，第二列扩散角板覆盖的流通面积为所在烟道流通面积的1/2以下。
6.如权利要求5所述的针对SCR出口下游受热面的灰场治理结构，其特征在于：第一导灰板、第二导灰板和第三导灰板的宽度均不低于60mm，扩散角板两块拼接板的宽度均不低于60mm。
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Denomination of invention: An ash field treatment structure for the downstream heating surface of SCR outlet

Effective date of registration: 20220406

Granted publication date: 20220322

Pledgee: China Construction Bank Corporation Nanjing Gulou sub branch

Pledgor: NANJING BOWO SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO.,LTD.

Registration number: Y2022980003948