CN112403261B - 一种数字化构建烟气脱硝核心装置scr反应器的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数字化构建烟气脱硝核心装置SCR反应器的方法，包含步骤：利用计算机在催化剂数据库中自动选型，搜索满足技术条件和设计要求的催化剂类型；计算出催化剂用量；催化剂的模块自动整定及初步布置；自动优化SCR反应器截面和催化剂模块组合；得到催化剂安装层数和每层催化剂高度，再考虑预留备用层，即可得到SCR反应器催化剂设计层数；依据催化剂模块布置方案、设计层数、催化剂模块高度并综合考虑反应器结构尺寸、检修、安装设施因素，实现数字化构建SCR反应器，自动绘制方案图。
Description
技术领域
本发明属于烟气脱硝技术领域，具体涉及一种数字化构建烟气脱硝核心装置SCR反应器的方法，应用于火力发电厂、供热工程中燃煤、燃气、燃油锅炉或其他工业锅炉的烟气脱硝工程设计。
背景技术
SCR反应器是选择性催化还原法烟气脱硝工艺的核心装置，该装置构建过程中涉及众多工程技术因素，通常将空塔流速、催化剂初装层数、单层催化剂模块数、单模块内催化剂单元条数、模块排列组合方案等作为设计输入参数进行设计计算，该方法需根据结果对设计输入参数反复手动修改进行试算，工作量大且输入参数多易出错。本发明解决了上述问题，可一次自动完成计算不用反复人为调整上述参数试算，且可根据计算结果自动生成工艺图纸。
发明内容
本发明的目的在于针对现有计算过程需要人为干预繁杂费时的问题，提供了一种数字化构建烟气脱硝核心装置SCR反应器的方法。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种数字化构建烟气脱硝核心装置SCR反应器的方法，包含以下步骤：
1)利用计算机在催化剂数据库中自动选型，搜索满足技术条件和设计要求的催化剂类型；
2)依据数据库中所选定的催化剂的技术参数以及工程设计技术条件，首先确定催化剂推荐面积速度，再根据烟气量、NOx原始浓度、排放标准、氨逃逸率，计算出催化剂用量；
3)催化剂的模块自动整定及初步布置：首先以初置空塔流速、烟气量、烟温参数计算出初步SCR反应器断面，并以模块尺寸，流场最优原则，计算出催化剂模块数，并对模块数进行整定；其次以穷尽法形成4种催化剂模块组合；再依据最小偏差原理确定出催化剂模块初步布置方案；
4)自动优化SCR反应器截面和催化剂模块组合：依据催化剂模块初步布置方案，核算催化剂孔内流速，如果孔内流速在推荐范围之内，则催化剂模块布置方案成功；如超出推荐范围即上下限，则程序返回步骤3)并自动对初置空塔流速进行修正，重新执行步骤3)及步骤4)，直至催化剂孔内流速在推荐范围之内；
5)根据SCR反应器催化剂的体积及其模块布置方案，再以单层催化剂截面积以及催化剂的允许高度，得到催化剂安装层数和每层催化剂高度，再考虑预留备用层，即可得到SCR反应器催化剂设计层数；
6)依据催化剂模块布置方案、设计层数、催化剂模块高度并综合考虑反应器结构尺寸、检修、安装设施因素，实现数字化构建SCR反应器，自动绘制方案图。
本发明进一步的改进在于，步骤4)中，其判定原则为：若催化剂孔内流速低于下限，则空塔流速向上修正；若催化剂孔内流速高于上限，则空塔流速向下修正，重新迭代计算，直至催化剂孔内流速处于推荐范围之内，则完成催化剂模块优化布置。
本发明进一步的改进在于，对催化剂的孔内流速进行验算时，若烟气量与催化剂模块不匹配时，则催化剂孔内流速始终徘徊在推荐流速上下限之外；此时，对催化剂模块内的单元进行自动优化调整，若原模块单元排列为M列、N行，对催化剂模块单元组合进行调整，调整为M-1列、N行，重新计算，不断进行循环迭代，直至计算催化剂孔内流速处于推荐范围之内为止；如果催化剂模块已经调整为1列，N行，仍无法满足要求，调整行数为N-1，重新计算，不断进行循环迭代，直至催化剂孔内流速符合要求为止，即可获得合理的催化剂模块尺寸和单元组合；如若催化剂模块内单元数已调整为1行1列，即催化剂模块仅由一个催化剂单元组成的极端情况出现。
本发明进一步的改进在于，步骤3)中的优化方法具体如下：
流场最优原则：由立方体的催化剂模块组合构成反应器的催化剂层，确定了反应器的截面为矩形，而接近正方形截面烟道具有更佳的流场特性，故催化剂模块组合以最为接近正方形为原则，而对催化剂面积开平方，初步得出正方形单层催化剂截面的边长，再用该边长分别除以催化剂模块的长和宽，得出催化剂模块组合的长边数和短边数，该计算数通常不会为整数，故对该数进行上下整合为：两组长边数和两组短边数，两组长边数为列m1、m2，两组短边数为行n1、n2。
本发明进一步的改进在于，穷尽法：对于两组长边数和两组短边数，该两组数形成4种模块布置组合即：m1×n1、m1×n2、m2×n1、m2×n2。
本发明进一步的改进在于，偏差最小化：这4组催化剂模块组合的截面积和计算的催化剂截面积比较，以偏差最小者为优，并以此作为催化剂模块的优选组合方案。
本发明至少具有如下有益的技术效果：
本发明采用计算机编程技术，利用数据库、数组以及循环迭代、内插法、偏差最小化、穷尽法、流场最优原则等技术手段和算法，智能化的实现：催化剂自动选型及催化剂量的计算、SCR反应器催化剂模块的自动整定、自动优化布置、催化剂设计层数的自动确定、催化剂模块单元组合的自动调整以适应工程设计需要，绘制反应器三维模型图和模块平面布置方案图，整个过程除了必要的原始数据输入外，均由软件自行优化完成，减少人为干预，可智能高效数字化构建SCR反应器。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做出进一步的说明。
本发明提供的一种数字化构建烟气脱硝核心装置SCR反应器的方法，包含以下步骤：
1)利用计算机在催化剂数据库中自动选型，搜索满足技术条件和设计要求的催化剂类型；
2)依据数据库中所选定的催化剂的技术参数以及工程设计技术条件，首先确定催化剂推荐面积速度，再根据烟气量、NOx原始浓度、排放标准、氨逃逸率等技术条件，计算出催化剂用量；鉴于SCR脱硝反应是一个多相催化反应，且发生在固体催化剂的表面，所以催化剂表面积的大小直接影响到催化能力的高低，鉴于不同结构类型的催化剂具有不同的比表面积，且差异较大，采用面积速度比空间速度能够直接反应所选催化剂的活性和处理能力。
3)催化剂的模块自动整定及初步布置：首先以初置空塔流速、烟气量、烟温等参数计算出初步SCR反应器断面，并以模块尺寸，流场最优原则，计算出催化剂模块数，并对模块数进行整定；其次以穷尽法形成4种催化剂模块组合；再依据最小偏差原理确定出催化剂模块初步布置方案；
流场最优原则：由立方体的催化剂模块组合构成反应器的催化剂层，确定了反应器的截面为矩形，而接近正方形截面烟道具有更佳的流场特性，故催化剂模块组合以最为接近正方形为原则，而对催化剂面积开平方，初步得出正方形单层催化剂截面的边长，再用该边长分别除以催化剂模块的长和宽，得出催化剂模块组合的长边数和短边数，该计算数通常不会为整数，故对该数进行上下整合为：两组长边数(列m1、m2)和两组短边数(行n1、n2)。
穷尽法：对于两组长边数(列m1、m2)和两组短边数(行n1、n2)，该两组数可以形成4种模块布置组合即：m1×n1、m1×n2、m2×n1、m2×n2。
偏差最小化：这4组催化剂模块组合的截面积和计算的催化剂截面积比较，以偏差最小者为优，并以此作为催化剂模块的优选组合方案。
4)自动优化SCR反应器截面和催化剂模块组合：依据催化剂模块初步布置方案，核算催化剂孔内流速，如果孔内流速在推荐范围之内，则催化剂模块布置方案成功；如超出推荐范围即上下限，则程序返回步骤3)并自动对初置空塔流速进行修正，重新执行步骤3)及步骤4)，直至催化剂孔内流速在推荐范围之内；
其判定原则为：若催化剂孔内流速低于下限，则空塔流速向上修正；若催化剂孔内流速高于上限，则空塔流速向下修正，重新迭代计算，直至催化剂孔内流速处于推荐范围之内，则完成催化剂模块优化布置。
对催化剂的孔内流速进行验算时，若烟气量与催化剂模块不匹配时，则催化剂孔内流速始终徘徊在推荐流速上下限之外。此时，对催化剂模块内的单元进行自动优化调整，例如：原模块单元排列为M列、N行，对催化剂模块单元组合进行调整，调整为M-1列、N行，重新计算，不断进行循环迭代，直至计算催化剂孔内流速处于推荐范围之内为止；如果催化剂模块已经调整为1列，N行，仍无法满足要求，软件会调整行数为N-1，重新计算，不断进行循环迭代，直至催化剂孔内流速符合要求为止，即可获得合理的催化剂模块尺寸和单元组合；如若催化剂模块内单元数已调整为1行1列，即催化剂模块仅由一个催化剂单元组成的极端情况出现，软件会自动弹出提示。
5)根据SCR反应器催化剂的体积及其模块布置方案，再以单层催化剂截面积以及催化剂的允许高度，得到催化剂安装层数和每层催化剂高度，再考虑预留备用层，即可得到SCR反应器催化剂设计层数；
6)依据催化剂模块布置方案、设计层数、催化剂模块高度并综合考虑反应器结构尺寸、检修、安装设施因素，实现数字化构建SCR反应器，自动绘制方案图。
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，对于任何熟悉本技术领域的技术人员来说，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。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种数字化构建烟气脱硝核心装置SCR反应器的方法，其特征在于，包含以下步骤：
1)利用计算机在催化剂数据库中自动选型，搜索满足技术条件和设计要求的催化剂类型；
2)依据数据库中所选定的催化剂的技术参数以及工程设计技术条件，首先确定催化剂推荐面积速度，再根据烟气量、NOx原始浓度、排放标准、氨逃逸率，计算出催化剂用量；
3)催化剂的模块自动整定及初步布置：首先以初置空塔流速、烟气量、烟温参数计算出初步SCR反应器断面，并以模块尺寸，流场最优原则，计算出催化剂模块数，并对模块数进行整定；其次以穷尽法形成4种催化剂模块组合；再依据最小偏差原理确定出催化剂模块初步布置方案；优化方法具体如下：
流场最优原则：由立方体的催化剂模块组合构成反应器的催化剂层，确定了反应器的截面为矩形，而接近正方形截面烟道具有更佳的流场特性，故催化剂模块组合以最为接近正方形为原则，而对催化剂面积开平方，初步得出正方形单层催化剂截面的边长，再用该边长分别除以催化剂模块的长和宽，得出催化剂模块组合的长边数和短边数，该计算数通常不会为整数，故对该数进行上下整合为：两组长边数和两组短边数，两组长边数为列m1、m2，两组短边数为行n1、n2；
穷尽法：对于两组长边数和两组短边数，该两组数形成4种模块布置组合即：m1×n1、m1×n2、m2×n1、m2×n2；
偏差最小化：这4组催化剂模块组合的截面积和计算的催化剂截面积比较，以偏差最小者为优，并以此作为催化剂模块的优选组合方案；
4)自动优化SCR反应器截面和催化剂模块组合：依据催化剂模块初步布置方案，核算催化剂孔内流速，如果孔内流速在推荐范围之内，则催化剂模块布置方案成功；如超出推荐范围即上下限，则程序返回步骤3)并自动对初置空塔流速进行修正，重新执行步骤3)及步骤4)，直至催化剂孔内流速在推荐范围之内；
5)根据SCR反应器催化剂的体积及其模块布置方案，再以单层催化剂截面积以及催化剂的允许高度，得到催化剂安装层数和每层催化剂高度，再考虑预留备用层，即可得到SCR反应器催化剂设计层数；
6)依据催化剂模块布置方案、设计层数、催化剂模块高度并综合考虑反应器结构尺寸、检修、安装设施因素，实现数字化构建SCR反应器，自动绘制方案图。
2.根据权利要求1中所述的一种数字化构建烟气脱硝核心装置SCR反应器的方法，其特征在于，步骤4)中，其判定原则为：若催化剂孔内流速低于下限，则空塔流速向上修正；若催化剂孔内流速高于上限，则空塔流速向下修正，重新迭代计算，直至催化剂孔内流速处于推荐范围之内，则完成催化剂模块优化布置。
3.根据权利要求2中所述的一种数字化构建烟气脱硝核心装置SCR反应器的方法，其特征在于，对催化剂的孔内流速进行验算时，若烟气量与催化剂模块不匹配时，则催化剂孔内流速始终徘徊在推荐流速上下限之外；此时，对催化剂模块内的单元进行自动优化调整，若原模块单元排列为M列、N行，对催化剂模块单元组合进行调整，调整为M-1列、N行，重新计算，不断进行循环迭代，直至计算催化剂孔内流速处于推荐范围之内为止；如果催化剂模块已经调整为1列，N行，仍无法满足要求，调整行数为N-1，重新计算，不断进行循环迭代，直至催化剂孔内流速符合要求为止，即可获得合理的催化剂模块尺寸和单元组合；如若催化剂模块内单元数已调整为1行1列，即催化剂模块仅由一个催化剂单元组成的极端情况出现。
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