CN115069085A - 一种scr脱硝系统全流程流场真实表征的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种SCR脱硝系统全流程流场真实表征的方法，SCR脱硝系统包括连通设置的流通部和反应部，所述流通部设有喷氨装置，所述反应部自上至下依次相间隔设有整流装置、预留层、上层催化剂以及下层催化剂；该方法将数值模拟理论技术和实验室模拟烟气检测测试的初步验证系统与冷态流场诊断试验和全工况SCR脱硝系统热态流场评估试验的等效校验系统相结合，彼此等效验证、相互耦合，保证了检测的正确性和准确性，从而实现了SCR脱硝系统全流程流场的真实表征，能够有效指导后续的优化设计方案制定，具有系统、准确、操作性强的优点，能够保障SCR脱硝系统稳定可靠经济运行，具有良好产生显著的环保效益、安全效益以及经济效益，具有广发的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及工业废气净化环保及能源技术领域，特别是涉及一种SCR脱硝系统全流程流场真实表征的方法。
背景技术
SCR烟气脱硝技术以其稳定、高效等优点被绝大多数燃煤发电厂脱硝工程所采用，而流场是影响SCR脱硝系统经济稳定运行的重要制约因素。从当前已投运脱硝机组实际运行情况来看，脱硝系统普遍存在流场不均问题，已经严重制约当前脱硝装置稳定超低排放，且由此引起的氨逃逸超标造成的空预器堵塞等问题也日益成为影响下游设备安全稳定运行的重要隐患。如何实现对SCR脱硝系统全流程流场的真实表征是当前SCR脱硝技术领域急需解决的技术难题。
目前针对流场不均问题主要采用数值模拟设计、物模实验研究等方法。但在上述研究中，脱硝系统入口数值模拟都采用均匀的流场假设，即假定SCR入口的烟气流场和浓度场均匀前提下得到首层催化剂前的速度场和浓度场分布，相应的设计参数均来自原有设计参数。然而实际SCR脱硝系统的现场测试表明，SCR脱硝系统入口的烟气流场和NOx浓度场往往是不均匀分布的。因此此类方法往往偏离机组实际运行情况，导致流场设计偏离实际，无法实现对流场的真实表征，最终导致流场优化改造效果不佳。同时，物模实验一般是以1：10或1：15的比例在实验室搭建物模台架，它虽然能对数值模拟提供验证，但同样无法反映真实的SCR运行工况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种SCR脱硝系统全流程流场真实表征的方法，以解决现有SCR脱硝系统流场设计偏离机组实际运行情况，无法实现对流场的真实表征，从而导致流场优化改造效果不佳的问题。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种SCR脱硝系统全流程流场真实表征的方法，该方法包括以下步骤：
SCR脱硝系统包括连通设置的流通部和反应部，所述流通部设有喷氨装置，所述反应部自上至下依次相间隔设有整流装置、预留层、上层催化剂以及下层催化剂；
步骤一、通过模拟试验判断实验室条件下的SCR脱硝系统全流程流场分布情况，所述模拟试验包括计算流体力学的数值模拟理论技术和实验室模拟烟气检测测试；
步骤二、通过评估试验得到SCR脱硝系统全工况条件下的流场分布情况，所述评估试验包括冷态流场诊断试验和全工况SCR脱硝系统热态流场评估试验；
步骤三、将模拟试验的数据与评估试验的数据进行对比分析，实现SCR脱硝系统全流程流场的真实表征。
优选地，所述流通部远离所氨装置靠近出口的一侧设有第一测试截面，所述上层催化剂背离所述下层催化剂的一侧设有第二测试结截面，所述下层催化剂靠近所述上层催化剂的一侧设有第三测试截面，所述出口设有第四测试截面。
优选地，所述冷态流场诊断试验包括以下步骤：
步骤一、在所述SCR脱硝系统停机状态下内部检查；
步骤二、在配风条件下，对所述流通部和所述反应部同步测试，测试所述第一测试截面、所述第二测试截面以及所述第三测试截面烟气流速,判断冷态流场的分布趋势与模拟实验的流场分布趋势是否一致，若一致，则模拟实验结果可用作流场分析；若不一致则调整模拟实验。
优选地，所述对所述第一测试截面通过皮托管炉外测试，对所述第二测试截面和所述第三测试截面通过智能风速仪进行炉内测试。
优选地，所述全工况SCR脱硝系统热态流场评估试验包括以下步骤：
步骤一、在所述SCR脱硝系统启机状态下，测试第一测试截面和第四测试截面的NOx浓度和烟气流速分布；
步骤二、测试第四测试截面的氨逃逸浓度分布,判断热流场的分布趋势与冷态流场的分布趋势是否一致。
优选地，所述NOx浓度通过烟气分析仪测试，所述烟气流速通过皮托管测试。
优选地，所述上层催化剂和所述下层催化剂均为多孔介质。
优选地，所述实验室模拟烟气检测装置用于检测SCR催化剂的性能，包括烟气模拟系统、催化反应系统、烟气分析系统、尾气处理系统和电气控制系统。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
上述技术方案中所提供SCR脱硝系统全流程流场真实表征的方法，将数值模拟理论技术和实验室模拟烟气检测测试的初步验证系统与冷态流场诊断试验和全工况SCR脱硝系统热态流场评估试验的等效校验系统相结合，彼此等效验证、相互耦合，保证了检测的正确性和准确性，从而实现了SCR脱硝系统全流程流场的真实表征，能够有效指导后续的优化设计方案制定。该方法具有系统、准确、操作性强的优点，能够保障SCR脱硝系统稳定可靠经济运行，具有良好产生显著的环保效益、安全效益以及经济效益，具有广发的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的SCR脱硝系统的示意图。
图2为本发明实施例提供的第一测试截面和第四测试截面的测点分布图。
图3为本发明实施例提供的第二测试截面和第三测试截面的侧面分布图。
图4为本发明实施例提供的实验室烟气模拟检测测试的装置示意图。
附图标记说明：
1、喷氨装置；2、导流板；3、预留层；4、上层催化剂；5、下层催化剂；6、第一测试截面；7、第二测试截面；8、第三测试截面；9、第四测试截面。
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、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供了一种SCR脱硝系统和该系统全流程流场真实表征的方法，SCR脱硝系统包括连通设置的流通部和反应部，流通部设有喷氨装置1，反应部自上至下依次相间隔设有整流装置、预留层3、上层催化剂4以及下层催化剂5；流通部远离喷氨装置1靠近出口的一侧设有第一测试截面6，上层催化剂4背离下层催化剂5的一侧设有第二测试结截面7，下层催化剂5靠近上层催化剂4的一侧设有第三测试截面8，所述出口设有第四测试截面9，其中，流通部和反应部之间设有导流板2。
SCR脱硝系统全流程流场真实表征的方法包括以下步骤：
步骤一、通过模拟试验判断实验室条件下的SCR脱硝系统全流程流场分布情况，所述模拟试验包括计算流体力学的数值模拟理论技术和实验室模拟烟气检测测试；
其中，计算流体力学的数值模拟理论技术指的是通过计算机对流体力学的控制进行数值模拟。在模拟计算过程中，将烟气视为不可压缩流体，定常流动，烟气中多种组分采用组分运输方程表示，控制方程由质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程组成。此外，忽略装置漏风的影响，烟气中各组分近进行扩散，不发生化学反应。上述数值模拟理论技术模型只模拟单侧的一个SCR系统，上层催化剂和下层催化剂采用多孔介质模型，模拟过程中暂不考虑灰分对流场的影响，且不考虑导流板厚度的影响。
实验室模拟烟气检测装置用于检测SCR催化剂的性能，包括烟气模拟系统、催化反应系统、烟气分析系统、尾气处理系统和电气控制系统
步骤二、通过评估试验得到SCR脱硝系统全工况条件下的流场分布情况，所述评估试验包括冷态流场诊断试验和全工况SCR脱硝系统热态流场评估试验；
其中，冷态流场诊断试验包括以下步骤：
一、在所述SCR脱硝系统停机状态下内部检查；具体包括上层催化剂4和下层催化剂5是否积灰、是否磨损；喷氨装置1是否磨损、是否堵塞以及导流板2状态等，对SCR脱硝系统流场存在的问题进行一个初步的判断，以更好地确定冷态流场摸底试验的测试截面及测点的布置方式；
二、在配风条件下，烟气流速为0.2～0.5m/s，对流通部和反应部同步测试，测试第一测试截面6、第二测试截面7以及第三测试截面8烟气流速，其中，第二测试截面7也可设置于导流板2靠近反应部的截面处，对第一测试截面6通过皮托管炉外测试，对第二测试截面7和所述第三测试截面8通过智能风速仪进行炉内测试，对流通部和反应部同步测试，且各测点至少记录三次数据,判断冷态流场的分布趋势与模拟实验的流场分布趋势是否一致，若一致，则模拟实验结果可用作流场分析；若不一致则调整模拟实验。
全工况SCR脱硝系统热态流场评估试验包括以下步骤：
一、在SCR脱硝系统启机状态下，在不同负荷的条件下，测试第一测试截面6和第四测试截面9的NOx浓度和烟气流速分布；
NOx浓度通过烟气分析仪测试，所述烟气流速通过皮托管测试
二、测试第四测试截面9的氨逃逸浓度分布,判断热流场的分布趋势与冷态流场的分布趋势是否一致。
步骤三、将模拟试验的数据与评估试验的数据进行对比分析，首先对比分析模拟实验的流场分布趋势和冷态工况下的流场分布趋势，判断冷态流场的分布趋势与模拟实验的流场分布趋势是否一致，若一致，则模拟实验结果可用作流场分析；若不一致则调整模拟实验；在模拟实验和冷态工况的基础上，通过热态工况的流场分布进一步验证；一方面可以进一步验证数值模拟结果的正确性及准确性，另一方面还可以对数值模拟计算进一步反馈优化，实现SCR脱硝系统全流程流场的真实表征，能够有效指导后续的优化设计方案制定，优化流场改造效果。
上述实施例提供的SCR脱硝系统全流程流场的真实表征的方法将数值模拟理论技术和实验室模拟烟气检测测试的初步验证系统与冷态流场诊断试验和全工况SCR脱硝系统热态流场评估试验的等效校验系统相结合，彼此等效验证、相互耦合，保证了检测的正确性和准确性，从而实现了SCR脱硝系统全流程流场的真实表征，能够有效指导后续的优化设计方案制定，具有系统、准确、操作性强的优点，能够保障SCR脱硝系统稳定可靠经济运行，具有良好产生显著的环保效益、安全效益以及经济效益，具有广发的应用前景。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (8)
1.一种SCR脱硝系统全流程流场真实表征的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
SCR脱硝系统包括连通设置的流通部和反应部，所述流通部设有喷氨装置，所述反应部自上至下依次相间隔设有整流装置、预留层、上层催化剂以及下层催化剂；
步骤一、通过模拟试验判断实验室条件下的SCR脱硝系统全流程流场分布情况，所述模拟试验包括计算流体力学的数值模拟理论技术和实验室模拟烟气检测测试；
步骤二、通过评估试验得到SCR脱硝系统全工况条件下的流场分布情况，所述评估试验包括冷态流场诊断试验和全工况SCR脱硝系统热态流场评估试验；
步骤三、将模拟试验的数据与评估试验的数据进行对比分析，实现SCR脱硝系统全流程流场的真实表征。
2.根据权利要求1所述的SCR脱硝系统全流程流场真实表征的方法，其特征在于，所述流通部远离所述反应部的一端为入口，所述反应部远离所述流通部的一端为出口，所述喷氨装置靠近出口的一侧设有第一测试截面，所述上层催化剂背离所述下层催化剂的一侧设有第二测试结截面，所述下层催化剂靠近所述上层催化剂的一侧设有第三测试截面，所述出口设有第四测试截面。
3.根据权利要求2所述的SCR脱硝系统全流程流场真实表征的方法，其特征在于，所述冷态流场诊断试验包括以下步骤：
步骤一、在所述SCR脱硝系统停机状态下内部检查；
步骤二、在配风条件下，对所述流通部和所述反应部同步测试，测试所述第一测试截面、所述第二测试截面以及所述第三测试截面烟气流速，判断冷态流场的分布趋势与模拟实验的流场分布趋势是否一致，若一致，则模拟实验结果可用作流场分析；若不一致则调整模拟实验。
4.根据权利要求2所述的SCR脱硝系统全流程流场真实表征的方法，其特征在于，对所述第一测试截面通过皮托管炉外测试，对所述第二测试截面和所述第三测试截面通过智能风速仪进行炉内测试。
5.根据权利要求2所述的SCR脱硝系统全流程流场真实表征的方法，其特征在于，所述全工况SCR脱硝系统热态流场评估试验包括以下步骤：
步骤一、在所述SCR脱硝系统启机状态下，测试第一测试截面和第四测试截面的NOx浓度和烟气流速分布；
步骤二、测试第四测试截面的氨逃逸浓度分布,判断热流场的分布趋势与冷态流场的分布趋势是否一致。
6.根据权利要求5所述的SCR脱硝系统全流程流场真实表征的方法，其特征在于，所述NOx浓度通过烟气分析仪测试，所述烟气流速通过皮托管测试。
7.根据权利要求1所述的SCR脱硝系统全流程流场真实表征的方法，其特征在于，所述上层催化剂和所述下层催化剂均为多孔介质。
8.根据权利要求1所述的SCR脱硝系统全流程流场真实表征的方法，其特征在于，所述实验室模拟烟气检测装置用于检测SCR催化剂的性能，包括烟气模拟系统、催化反应系统、烟气分析系统、尾气处理系统和电气控制系统。
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