CN114345125A - 一种塔式锅炉脱硝系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的塔式锅炉脱硝系统，包括具有可转动导流叶片的导流装置、烟气流速测量装置、连接有电动调节阀的喷氨格栅、催化装置和NOx测量装置、控制装置，通过使控制装置与烟气流速测量装置、NOx测量装置、电动调节阀、以及控制导流叶片转动角度的驱动机构电连接，既能够根据烟道内的烟气流速控制驱动机构动作，调节导流叶片的角度，又能够根据烟道中的NOx浓度/烟气流速对电动调节阀的开度进行反馈/前馈控制，从而控制烟气流速，提升烟气与氨气混合程度，改善烟道中烟气速度场、温度场、NOx浓度场分布的均匀性，实现喷氨量的精准控制，减少氨逃逸，提升脱硝效率及经济性，减少锅炉内部结构的堵塞和腐蚀现象，延长锅炉使用寿命。

Description

一种塔式锅炉脱硝系统

技术领域

本发明涉及烟气脱硝技术领域，具体涉及一种塔式锅炉脱硝系统。

背景技术

塔式锅炉具有结构紧凑、占地面积小、单炉膛单烟道、烟道竖直延伸无转弯的特点，广泛应用于大型火力发电机组，为满足日益严格的环保要求，现有的塔式锅炉大多加装有脱硝系统，利用选择性催化还原（SCR）脱硝技术，通过氨气（NH3）等还原剂在催化剂的作用下，将烟气中的氮氧化物（NOx）转化为对环境无毒无害的氮气（N2）。

现有塔式锅炉脱硝系统大多通过设置在烟气尾部的NOx测量装置检测烟气中NOx浓度，根据NOx浓度调整喷氨量，没有考虑烟道中烟气流速及烟气与氨气混合程度对脱硝性能的影响，容易出现氨逃逸增多、脱硝效率低、NOx浓度波动大等现象，脱硝经济性差、锅炉寿命短，急需一种能够控制烟气流速、提升烟气与氨气混合程度，优化烟道中烟气速度场、温度场及NOx浓度场分布均匀性，减少氨逃逸，提升脱硝效率及经济性，延长锅炉使用寿命的塔式锅炉脱硝系统。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的缺点，提供一种能够控制烟气流速、提升烟气与氨气混合程度，优化烟道中烟气速度场、温度场及NOx浓度场分布均匀性，减少氨逃逸，提升脱硝效率及经济性，延长锅炉使用寿命的塔式锅炉脱硝系统。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案中的产品是，塔式锅炉脱硝系统，包括沿烟气流动方向依次设置在竖直烟道内的导流装置、烟气流速测量装置、喷氨格栅、催化装置和NOx测量装置，以及设置在所述烟道外的控制装置，所述导流装置包括可转动的导流叶片，所述喷氨格栅上连接有电动调节阀，所述控制装置与所述烟气流速测量装置以及控制所述导流叶片转动角度的驱动机构电连接，用于根据所述烟道内的烟气流速控制所述驱动机构动作，调节所述导流叶片的角度，所述控制装置还与所述NOx测量装置、所述电动调节阀电连接，用于根据所述烟道中NOx的浓度对所述电动调节阀的开度进行反馈控制，以及根据所述烟道内的烟气流速对所述电动调节阀的开度进行前馈控制。

优选地，所述导流叶片有多组，多组所述导流叶片沿烟气流动方向间隔设置，相邻两组所述导流叶片的转动轴心线相垂直，任意一组所述导流叶片的转动轴心线均垂直于所述烟道的轴心线。

优选地，所述导流叶片的转动角度为30°～90°，所述驱动机构包括设置在所述烟道外侧的拉杆以及控制所述拉杆动作的电机。

优选地，所述喷氨格栅所在的平面垂直于所述烟道的轴心线，所述喷氨格栅包括沿所述烟道内壁布置的主管和垂直连接在所述主管上的多根支管，相邻的所述支管间隔设置。

进一步优选地，所述电动调节阀包括连接在所述主管上的第一比例调节阀和连接在所述支管上的第二比例调节阀。

进一步优选地，所述烟气流速测量装置包括多个沿烟道截面布设的压差管，所述NOx测量装置包括多个沿所述烟道截面布设的探头，所述压差管与所述探头一一对应设置，所述压差管、所述探头与相邻所述支管之间的间隙对应设置。

进一步优选地，调节所述导流叶片角度的方法包括：每间隔单位时间，记录所有所述压差管测量出的烟气流速值V，组成集合S，若集合S中V1-V2＞K*V3，其中，V1、V2、V3分别为集合S中的最大值、最小值、平均值，K为偏差系数，则所述控制装置控制所述驱动机构动作，调节所述导流叶片角度，直至新的集合S符合V1-V2≤K*V3。

进一步优选地，K≤10%。

优选地，调节所述电动调节阀的开度的方法包括：在单位周期内，根据所述探头检测出的NOx浓度调节电动调节阀的开度，记录实时开度值和实时烟气流速，并录入数据库；在下一周期内，按时间顺序将实时烟气流速与数据库进行对比，若其落入数据库范围，则根据对应的开度值对电动调节阀的开度进行预先调节，若其不落入数据库范围，则根据实际NOx浓度对电动调节阀的开度进行反馈调节，并将反馈调节时的实时烟气流速及调节后的开度值补充进数据库内进行更新。

进一步优选地，所述单位周期以天为单位，数据记录的间隔时间小于1min。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

本发明提供的塔式锅炉脱硝系统，包括沿烟气流动方向依次设置在竖直烟道内的导流装置、烟气流速测量装置、喷氨格栅、催化装置和NOx测量装置，以及设置在烟道外的控制装置，通过使导流装置包括可转动的导流叶片，在喷氨格栅上连接电动调节阀，使控制装置与烟气流速测量装置、NOx测量装置、电动调节阀、以及控制导流叶片转动角度的驱动机构电连接，既能够根据烟道内的烟气流速控制驱动机构动作，调节导流叶片的角度，又能够根据烟道中NOx的浓度对电动调节阀的开度进行反馈控制，并根据烟道内的烟气流速对电动调节阀的开度进行前馈控制，从而控制烟气流速，提升烟气与氨气混合程度，改善烟道中烟气速度场、温度场、NOx浓度场分布的均匀性，实现喷氨量的精准调节，减少氨逃逸，提升脱硝效率及经济性，减少锅炉内部结构的堵塞和腐蚀现象，延长锅炉使用寿命。

附图说明

图1是本发明优选实施例所在烟道的截面示意图。

图2是图1中A-A方向的剖视放大示意图，为便于观察，隐去了催化装置。

其中：10.烟道；20.导流装置；21.导流叶片；22.驱动机构；221.拉杆；222.电机；30.烟气流速测量装置；31.压差管；40.喷氨格栅；41.主管；411.第一比例调节阀；42.支管；421.第二比例调节阀；43.间隙；50.催化装置；60.NOx测量装置；61.探头；70.控制装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

本发明描述的上下方向为图1中的上下方向，本发明描述烟气流动方向为图1中烟道内箭头指示的方向。

如图1和图2所示，本发明提供的塔式锅炉脱硝系统，包括沿烟气流动方向依次设置在竖直烟道10内的导流装置20、烟气流速测量装置30、喷氨格栅40、催化装置50和NOx测量装置60，以及设置在烟道10外的控制装置70，导流装置20包括可转动的导流叶片21，喷氨格栅40上连接有电动调节阀，控制装置70包括PLC控制装置，控制装置70与烟气流速测量装置30以及控制导流叶片21转动角度的驱动机构22电连接，用于根据烟道10内的烟气流速控制驱动机构22动作，从而调节导流叶片21的角度，控制装置70还与NOx测量装置60、电动调节阀电连接，用于根据烟道10中的NOx浓度对电动调节阀的开度进行反馈控制，以及根据烟道10内的烟气流速对电动调节阀的开度进行前馈控制。

这样设置的好处在于，控制烟气流速，提升烟气与氨气混合程度，改善烟道中烟气速度场、温度场、NOx浓度场分布的均匀性，实现喷氨量的精准调节，减少氨逃逸，提升脱硝效率及经济性，减少锅炉内部结构的堵塞和腐蚀现象，延长锅炉使用寿命。

在本实施例中，为精准控制烟气流速，导流叶片21有三组，这三组导流叶片21沿烟气流动方向间隔设置，相邻两组导流叶片21的转动轴心线相垂直，任意一组导流叶片21的转动轴心线均垂直于烟道10的轴心线，具体地，导流叶片21的转动角度为30°～90°，导流叶片21由驱动机构22驱动转动，驱动机构22包括设置在烟道10外侧的拉杆221以及控制拉杆221动作的电机222。

在本实施例中，催化装置50为板式或蜂窝式催化装置，催化装置50设置在喷氨格栅40下方2～4m的位置，喷氨格栅40所在的平面垂直于烟道10的轴心线，喷氨格栅40穿过烟道10壁的喷氨管道相连接，喷氨格栅40包括四根主管41和若干支管42，四根主管41分别沿烟道10的四面墙布置，沿烟道10的对角线将烟道10的截面划分为四个区域，每根主管10控制该主管10所在区域的喷氨总量，每根主管10上均垂直连接有多根支管42，相邻的支管42间隔设置，将该主管41所在区域划分成多个网格，电动调节阀包括连接在主管41上的第一比例调节阀411和连接在支管42上的第二比例调节阀421；烟气流速测量装置30设置在导流装置20下方1～2m的位置，具体地，烟气流速测量装置30包括多个沿烟道10截面布设的压差管31；NOx测量装置60设置在催化装置50下方1～2m的位置，具体地，NOx测量装置60包括多个沿烟道10截面布设的探头61，压差管31与探头61一一对应设置，并且，压差管31、探头61与相邻支管41之间的间隙对应设置。

这样设置的好处在于，能够根据区域对应的烟气流速平均值和NOx浓度的平均值调整与该区域对应的主管流量，还能够根据各网格对应的烟气流速及NOx浓度调整与该网格对应的支管流量，实现真正意义上的精准喷氨。

在本实施例中，调节导流叶片21角度的方法包括：每间隔单位时间，记录所有压差管31测量出的烟气流速值V，组成集合S，若集合S中V1-V2＞K*V3，其中，V1、V2、V3分别为集合S中的最大值、最小值、平均值，K为偏差系数，则控制装置70控制驱动机构22动作，调节导流叶片21角度，直至新的集合S符合V1-V2≤K*V3，具体地，单位时间选取30s，既能兼顾压差管的灵敏度及稳定性，又能够实现较为精准的调控，偏差系数K取值为10%。

在本实施例中，调节电动调节阀的开度的方法包括：在单位周期内，根据探头61检测出的NOx浓度调节电动调节阀的开度，记录实时开度值和实时烟气流速，并录入数据库；在下一周期内，按时间顺序将实时烟气流速与数据库进行对比，若其落入数据库范围，则根据对应的开度值对电动调节阀的开度进行预先调节，若其不落入数据库范围，则根据实际NOx浓度对电动调节阀的开度进行反馈调节，并将反馈调节时的实时烟气流速及调节后的开度值补充进数据库内进行更新，具体地，单位周期以1天（24h）为单位，能够更加有效的在数据库内进行匹配，数据记录的间隔时间为30s，以便与压差管31测量间隔时间保持一致。

本发明提供的塔式锅炉脱硝系统，充分利用了垂直设置的烟道，通过烟气从上向下依次流经各级装置，避免了烟气转向造成的能量损失及气流紊乱，有利于烟气在烟道内均匀分布，通过设置导流装置控制烟气流速并优化烟气流速场，为精准分区喷氨提供了前提条件，能够提升烟气与氨气的混合程度，确保烟气与氨气混合均匀，从而提高脱硝效率，降低脱硝系统氨逃逸，防止硫酸氢铵在下游沉积，延长催化装置的使用寿命，保障了机组的安全、稳定、经济运行。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种塔式锅炉脱硝系统，包括沿烟气流动方向依次设置在竖直烟道内的导流装置、烟气流速测量装置、喷氨格栅、催化装置和NOx测量装置，以及设置在所述烟道外的控制装置，其特征在于：

所述导流装置包括可转动的导流叶片，所述喷氨格栅上连接有电动调节阀，所述控制装置与所述烟气流速测量装置以及控制所述导流叶片转动角度的驱动机构电连接，用于根据所述烟道内的烟气流速控制所述驱动机构动作，调节所述导流叶片的角度，所述控制装置还与所述NOx测量装置、所述电动调节阀电连接，用于根据所述烟道中NOx的浓度对所述电动调节阀的开度进行反馈控制，以及根据所述烟道内的烟气流速对所述电动调节阀的开度进行前馈控制。

2.根据权利要求1所述的塔式锅炉脱硝系统，其特征在于：所述导流叶片有多组，多组所述导流叶片沿烟气流动方向间隔设置，相邻两组所述导流叶片的转动轴心线相垂直，任意一组所述导流叶片的转动轴心线均垂直于所述烟道的轴心线。

3.根据权利要求1所述的塔式锅炉脱硝系统，其特征在于：所述导流叶片的转动角度为30°～90°，所述驱动机构包括设置在所述烟道外侧的拉杆以及控制所述拉杆动作的电机。

4.根据权利要求1所述的塔式锅炉脱硝系统，其特征在于：所述喷氨格栅所在的平面垂直于所述烟道的轴心线，所述喷氨格栅包括沿所述烟道内壁布置的主管和垂直连接在所述主管上的多根支管，相邻的所述支管间隔设置。

5.根据权利要求4所述的塔式锅炉脱硝系统，其特征在于：所述电动调节阀包括连接在所述主管上的第一比例调节阀和连接在所述支管上的第二比例调节阀。

6.根据权利要求5所述的塔式锅炉脱硝系统，其特征在于：所述烟气流速测量装置包括多个沿烟道截面布设的压差管，所述NOx测量装置包括多个沿所述烟道截面布设的探头，所述压差管与所述探头一一对应设置，并与相邻所述支管之间的间隙对应设置。

7.根据权利要求6所述的塔式锅炉脱硝系统，其特征在于，调节所述导流叶片角度的方法包括：每间隔单位时间，记录所有所述压差管测量出的烟气流速值V，组成集合S，若集合S中V1-V2＞K*V3，其中，V1、V2、V3分别为集合S中的最大值、最小值、平均值，K为偏差系数，则所述控制装置控制所述驱动机构动作，调节所述导流叶片角度，直至新的集合S符合V1-V2≤K*V3。

8.根据权利要求7所述的塔式锅炉脱硝系统，其特征在于：K≤10%。

9.根据权利要求1所述的塔式锅炉脱硝系统，其特征在于，调节所述电动调节阀的开度的方法包括：在单位周期内，根据所述探头检测出的NOx浓度调节电动调节阀的开度，记录实时开度值和实时烟气流速，并录入数据库；在下一周期内，按时间顺序将实时烟气流速与数据库进行对比，若其落入数据库范围，则根据对应的开度值对电动调节阀的开度进行预先调节，若其不落入数据库范围，则根据实际NOx浓度对电动调节阀的开度进行反馈调节，并将反馈调节时的实时烟气流速及调节后的开度值补充进数据库内进行更新。

10.根据权利要求9所述的塔式锅炉脱硝系统，其特征在于，所述单位周期以天为单位，记录数据的间隔时间小于1min。

Images