CN205730889U - 一种脱硝系统和一种脱硝系统的喷氨装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种脱硝系统和一种脱硝系统的喷氨装置，脱硝系统包括喷氨装置、SCR反应器和烟气取样装置，喷氨装置包括喷氨格栅，喷氨格栅包括在入口烟道横截面的宽度方向上间隔布置的若干个喷氨单元，喷氨单元由沿着入口烟道横截面的深度方向间隔布置的至少两个喷氨管构成；烟气取样装置包括在设置在出口烟道横截面上、且与喷氨管的位置一一对应的烟气取样孔。该喷氨格栅在喷氨时，均可以根据具体需求情况来调节不同宽度上的空间以及不同深度上的空间的喷氨量，使入口烟道横截面上的每个区域的氨的含量均满足要求，所以，这种喷氨格栅能够有效地对入口烟道上的每个区域进行脱硝。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种脱硝系统和一种脱硝系统的喷氨装置。
背景技术
随着脱硝装置的不断投入，许多共性的问题逐渐显现，主要有：1)脱硝出口NOx分布偏差大，导致脱硝出口CEMS表计代表性较差；2)脱硝出口与烟囱入口CEMS在线表计NOx浓度值偏差大；3)脱硝出口氨逃逸浓度为单点测量，测量准确性差且无法有效代表整个烟道均值；4)脱硝出口氨逃逸浓度超标导致空预器发生硫酸氢铵堵塞，机组带负荷受限、风机电耗增加。以上问题的本质在于脱硝装置内部烟气流动近似为柱状流，局部区域NH3/NO摩尔比过大容易导致脱硝出口NOx偏差大、NH3逃逸浓度偏高，常规的优化方式为对脱硝出口NOx浓度场进行网格法测试后，根据两者的偏差情况对喷氨格栅系统支管进行调节，以降低脱硝出口NOx浓度偏差及NH3逃逸率。
比如：公开号为CN 202315668 U的中国专利申请公开了一种喷氨混合系统，其中，喷氨格栅包括喷氨管，喷氨管在入口烟道的横截面上平行且均匀间隔排列，喷氨管上沿轴向均匀设置喷氨孔。
入口烟道横截面和出口烟道横截面可以是矩形，也可以是其他形状，比如圆形，那么，选取两个相互垂直的方向：第一方向和第二方向，定义第一方向为入口和出口烟道横截面的宽度方向，定义第二方向为入口和出口烟道横截面的深度方向。另外，如果入口烟道横截面和出口烟道横截面是矩形，那么，可以将入口和出口烟道横截面的长度方向和宽度方向分别定义为宽度方向和深度方向。
上述喷氨格栅系统在进行调节时存在一定局限性，特别是在前后墙对冲燃烧方式锅炉以及W火焰燃烧方式锅炉上调节特性更差，由于不同负荷下制粉 系统运行方式不同，炉膛燃烧工况的变化容易导致脱硝烟道NOx浓度场、烟气流速场等边界条件变化较大，使得脱硝出口NOx浓度场在不同负荷下沿烟道宽度方向及深度方向分布趋势变化均很大，上述喷氨格栅难以适应全负荷下脱硝出口的NOx浓度场均匀分布的要求，因为上述喷氨格栅在深度方向上只有一个喷氨管，该喷氨管上的不同喷氨孔的喷氨量相同，所以该喷氨格栅无法在深度方向上进行喷氨量的调节，无法根据深度的不同而输出不同量的氨气，另外，由于在一些环境下，NOx浓度场在烟道的深度方向上分布趋势变化也很大，所以，上述喷氨格栅不能适用于NOx浓度场在烟道的深度方向上分布趋势变化也很大的场合。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种脱硝系统的喷氨装置，用以解决传统的喷氨格栅不能适用于NOx浓度场在烟道的深度方向上分布趋势变化很大的场合的问题。本实用新型同时提供一种脱硝系统。
为实现上述目的，本实用新型的方案包括一种脱硝系统，包括喷氨装置、SCR反应器和烟气取样装置，喷氨装置中的喷氨格栅设置在SCR反应器的入口烟道中、且设置在某一个入口烟道横截面上，烟气取样装置中的取样部分设置在SCR反应器的出口烟道中、且设置在某一个出口烟道横截面上，所述喷氨格栅包括在入口烟道横截面的宽度方向上间隔布置的若干个喷氨单元，所述喷氨单元由沿着入口烟道横截面的深度方向间隔布置的至少两个喷氨管构成；所述取样部分包括与所述喷氨管的位置一一对应的烟气取样孔。
所述取样部分包括若干个直管，所述直管间隔布置在出口烟道横截面的宽度方向上，且所述直管的轴向方向与所述出口烟道横截面的宽度方向垂直，所述直管上设置有至少两个所述烟气取样孔。
所述喷氨单元在入口烟道横截面的宽度方向上均匀间隔布置，所述喷氨单元中的喷氨管均匀间隔布置。
所述脱硝系统包括控制器，所述直管上设置有取样控制阀门，所述喷氨管上设置有喷氨控制阀门，所述控制器控制连接所述取样控制阀门和喷氨控制阀门。
所述烟气取样装置还包括气体成分测量单元，所述直管通过对应的取样控制阀门与所述气体成分测量单元的气体输入口连通。
所述气体成分测量单元的气体输出端用于与除尘器的输入端连通。
直管上设置有流速测量元件。
一种脱硝系统的喷氨装置，包括喷氨格栅，喷氨格栅包括用于沿入口烟道横截面的宽度方向间隔布置的若干个喷氨单元，所述喷氨单元由用于沿入口烟道横截面的深度方向间隔布置的至少两个喷氨管构成；每个喷氨管上均设置有喷氨控制阀门。
所述喷氨单元在入口烟道横截面的宽度方向上均匀间隔布置，所述喷氨单元中的喷氨管均匀间隔布置。
每个喷氨单元均由3个喷氨管构成。
本实用新型提供的喷氨装置中的喷氨格栅，包括在入口烟道横截面的宽度方向上间隔布置有若干个喷氨单元，每个喷氨单元均由沿着入口烟道横截面的深度方向间隔布置的至少两个喷氨管构成。所以，该喷氨格栅不但在沿入口烟道宽度方向上设置有多个喷氨管，而且在同一宽度处的不同深度方向上也布置有多个喷氨管，所以，该喷氨格栅适用于NOx浓度场在烟道的深度方向上分布趋势变化很大的场合。并且，如果将入口烟道横截面沿着宽度和深度方向分为多个小区域的话，通过每个喷氨管上的控制阀门来控制对应区域上的喷氨量，所以该喷氨格栅在喷氨时，均可以根据具体需求情况来调节不同宽度上的空间以及不同深度上的空间的喷氨量，使入口烟道横截面上的每个区域的氨的含量均满足要求，所以，这种喷氨格栅能够有效地对入口烟道上的每个区域进行脱硝。
附图说明
图1是脱硝系统整体结构示意图；
图2是喷氨装置的结构示意图；
图3是烟气取样装置的结构示意图；
图4是烟气成分测量单元的结构示意图；
图5是脱硝系统的控制原理图。
具体实施方式
脱硝系统实施例
如图1所示，脱硝系统包括SCR反应器，该反应器的输入端设置有入口烟道，输出端设置有出口烟道，入口烟道中设置有喷氨装置，出口烟道中设置有烟气取样装置，出口烟道的另一端连接除尘器。本实施例中，烟气取样装置以一个自抽吸网格法烟气取样系统为例，即喷氨装置中的喷氨格栅布置在脱硝反应器的上游位置，自抽吸网格法烟气取样系统安装在脱硝反应器下游出口烟道上。由于脱硝系统中的脱硝反应器以及其他相关组成部分属于常规技术，这里不再对其结构以及工作原理进行具体描述。
入口烟道横截面和出口烟道横截面可以是矩形，也可以是其他形状，比如圆形，那么，选取两个相互垂直的方向：第一方向和第二方向，定义第一方向为入口和出口烟道横截面的宽度方向，定义第二方向为入口和出口烟道横截面的深度方向。另外，如果入口烟道横截面和出口烟道横截面是矩形，那么，可以将入口和出口烟道横截面的长度方向和宽度方向分别定义为宽度方向和深度方向；如果入口烟道横截面和出口烟道横截面是圆形，那么，选取两个相互垂直的半径，这两个半径的方向可以分别定义为入口和出口烟道横截面的宽度方向和深度方向。
本实施例以入口烟道横截面和出口烟道横截面均是矩形为例。
如图2所示，其为喷氨格栅在入口烟道横截面上的分布图，该喷氨格栅包 括若干个喷氨单元，具体的个数根据具体需要进行设置。该喷氨单元在在入口烟道横截面的宽度方向上间隔布置，并且，为了均分每个喷氨单元所管辖的区域，以达到提高喷氨精度的要求，这些喷氨单元之间均匀间隔布置，相邻两个喷氨单元之间的间隔相同。对于任意一个喷氨单元，其包括至少两个沿着入口烟道横截面的深度方向间隔布置的喷氨管，同样地，具体设置的个数也是根据实际需要进行设置，并且为了保证每个区域的喷氨量的均匀，喷氨单元中的喷氨管可以是等间隔布置，在本实施例中，每个喷氨单元包括三个喷氨管，分别控制入口烟道横截面深度方向上浅、中、深三个不同区域的喷氨。另外，喷氨管属于现有成熟技术，在此不做具体说明，其具体结构可以采用现有技术中已有的结构，比如公开号为CN202315668 U的中国专利申请中公开的喷氨管的结构。
该喷氨装置还包括设置在每个喷氨管入口处的电动调门，即电动控制阀门，能够任意调节阀门开度。供氨母管通过电动调门来向对应的喷氨管释放氨气，并通过电动调门能够控制对应喷氨管的喷氨量。
如图3所示，自抽吸网格法烟气取样系统包括取样单元，取样单元设置在脱硝反应器出口烟道中的某一处，即某一个出口烟道横截面上，具体设置位置依据实际需要。取样单元包括若干个笛形单管，即直管，这些笛形单管在出口烟道横截面的宽度方向上间隔布置，且笛形单管的轴向方向与出口烟道横截面的宽度方向垂直，与上述喷氨单元相同，这些笛形单管之间可以等间隔布置。每个笛形单管上间隔布置有至少两个取样孔，同样地，笛形单管上的取样孔之间也可以是等间隔布置的。由于入口烟道的横截面与出口烟道的横截面在一般情况下是相同的，所以，就整体而言，每个取样孔在入口烟道中的位置与喷氨格栅的每个喷氨管在出口烟道中的位置是一一对应的。对于其中一个喷氨管，其所管辖的区域与取样孔能够取样的区域相同，如果将入口烟道的横截面叠加到出口烟道的横截面上，喷氨管的位置与对应的取样孔的位置重合。相应地， 本实施例以笛形单管上设置有三个取样孔为例。
如图3所示，每个笛形单管的出口处均设置有电动调门(电动控制阀门)，并且，为了实时检测每个单管中的气体流速，在每个笛形单管的出口处还设置有流速测量元件，用于测量对应笛形单管内的烟气流速，并通过对应的电动调门将各管内烟气流速调平，达到平均取样的目的。所有的笛形单管的出口均连通一个管道的一端，该管道的另一端连接烟气成分测量单元的气体输入端。如图4所示，本实施例给出烟气成分测量单元的一个具体实施方式。该烟气成分测量单元包括一个测量腔室，测量腔室上设置有一个测温元件，用于检测腔室内的气体的温度。腔室内部设置有两个气体检测装置，分别是原位法红外烟气分析仪和多次反射氨气体分析仪(即多次反射氨逃逸分析仪)，其中原位法红外烟气分析仪设置在测量腔室内腔的前段，用于测量烟气中的NOX、O2浓度；在其后段布置多次反射氨逃逸分析仪，用于检测烟气中NH3的逃逸浓度。另外，在烟气取样管路以及腔室的外壁上还可以敷设保温材料，以防止因管道冷却导致NH3与SO3发生反应生成硫酸氢铵。该测量腔室的出气端与出气烟道上的除尘器的气体输入端连通，利用脱硝出口烟道与除尘器的气体压差实现烟气的自抽吸，所以在实现网格法取样的同时省却了常规抽取式烟气采样系统中大功率伴热管线、抽吸泵等设备。
烟气进入测量腔室后，通过温度元件、红外烟气分析仪、多次反射氨气体分析仪，可以实现两种方式下的测量功能，即自动优化模式下的区域烟气浓度测量以及常规测量模式下的烟气浓度均值测量。所以，该脱硝系统还需要配套设置一个控制系统，用于控制该脱硝系统的正常工作。
如图5所示，该控制系统包括一个控制器，在本实施例中，该控制器以PLC控制器为例。PLC控制器通过相应的信号传输电缆以及相应的I/O元件采样连接烟气成分测量单元中的两个烟气测量仪，控制连接喷氨装置中的电动调门和自抽吸网格法烟气取样系统中的电动调门。PLC控制器中的逻辑控制单元根据采集到的烟气浓度信息利用设置的逻辑判断策略来对各电动调门进行控制。并 且，PLC控制器通过DCS远程通信模块与DCS系统进行通信，以实现控制方式的调整。
通过控制系统的控制，该脱硝系统可以实现两种模式切换运行。一种为自动优化模式，控制器控制笛形单管的电动调门按照顺序开关切换，即每次只有一个笛形单管与测量腔室连通，实现该笛形单管范围内的NOX及NH3逃逸浓度分布测量，根据该区域的NOx浓度值大小调整上游对应位置的喷氨管的电动调门，直至对应区域NOx在正常范围，降低区域NH3逃逸值，由此实现不同工况下出口烟道中的NOx浓度偏差以及氨逃逸浓度自动控制；一种为常规测量模式，该模式下同时打开所有笛形单管的电动调门，根据流速测量元件测量出的烟气流速情况自动对各笛形直管的电动调门开度进行调整，以达到平均取样的效果，由此可以保证测量腔室内烟气成分在不同负荷下均为烟道内平均值。
由于脱硝系统正常运行期间负荷波动较为频繁，而自抽吸网格法烟气取样系统自动优化模式调整周期较长，可能导致刚调整完脱硝系统后，机组负荷及运行方式又产生了新变动，使得自抽吸网格法烟气取样系统又进入了新一轮的自动优化调整，不利于该脱硝系统的正常运转。所以，该脱硝系统可以根据一段时间的运行后自动学习记录不同运行工况下喷氨管的电动调门的开度，当脱硝系统向某一目标负荷变化特别是变换制粉系统运行方式期间，喷氨管的电动调门可根据自学习系统经验开度自动进行调整，调整速率与变负荷速率匹配，可以实现目标负荷到位后喷氨均匀性调整已悄然完成。在该模式下，每运行一段时间后，系统可自动对出口烟道中的NOx及NH3逃逸浓度分布情况进行测量，验证偏差是否在合格范围内，并以此修正喷氨管的电动调门的开度。
本实用新型提供的自抽吸网格法烟气取样系统有以下几点有益效果：
1、利用烟道差压作为驱动力，实现烟气在管道内的自抽吸流动，省却了常规抽取法中的大功率烟气抽吸泵以及伴热管线的敷设，更避免了因伴热管线中加热温度不够而导致硫酸氢铵的凝集堵塞取样管路等问题。
2、可在只使用一套红外烟气分析仪及一套氨逃逸测试仪的情况下，实现出口烟道中的NOX浓度及NH3浓度分布测量，并通过调整降低其分布偏差，减少NH3逃逸浓度，提高脱硝运行效率，降低空预器堵塞风险。
3、真正实现了脱硝出口烟道中的NOx浓度均值测量，避免了以往测点布置单一、取样探枪插入深度不够而导致的测量代表性差的情况，提高了测量值代表性，减少了脱硝出口烟道NOx浓度，极大程度的有利于优化喷氨自动调节品质。
4、真正实现了NH3逃逸的均值准确测量，避免了常规NH3逃逸浓度测量方式中四大问题，一是避免单点测量代表性差的问题；二是测量光程内烟气自然流动，避免了抽取管路中硫酸氢氨沉积影响NH3逃逸测量准确性的问题；三是测量腔室内烟气流速均匀、烟尘浓度均匀，避免了烟尘浓度波动影响仪器红外信号强度的问题。
5、通过逻辑控制器的自学习能力，实现当机组运行工况变化时，喷氨管的电动调门的开度同步进行调整，以平稳过渡的方式实现不同负荷、不同制粉系统运行方式下脱硝出口烟道中的NOx浓度偏差调整。
上述实施例中，自抽吸网格法烟气取样系统中包括若干个笛形单管，每个笛形单管上设置有取样孔，当然，为了气体取样，自抽吸网格法烟气取样系统中并非一定设置有笛形单管，作为其他的实施例，取样孔可以是独立的器件，在出口烟道横截面上与喷氨管一一对应，如果每个取样孔单独控制，那么，根据取样孔采集到的气体参数该相应控制对应的喷氨管中的喷氨量，实现每个喷氨管中的喷氨量的独立控制。
上述实施例中，由于烟道横截面是矩形，所以，每个喷氨单元中的喷氨管的个数是相同的，作为其他的实施例，如果烟道横截面是其他形状，比如圆形或者其他不规则的形状，那么，喷氨单元中的喷氨管的个数可能是不同的，有的喷氨单元中的喷氨管的个数多，有些就相对少些。
喷氨装置实施例
喷氨装置在上述系统实施例中已经有了详细描述，这里不再具体说明。
以上给出了具体的实施方式，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。本实用新型的基本思路在于上述喷氨装置以及脱硝系统的硬件结构，而并不局限于上述实施例中的脱硝系统和喷氨装置的具体控制策略，在不脱离上述喷氨装置以及脱硝系统的硬件结构的情况下对控制策略进行的变化仍落入本实用新型的保护范围内。
Claims (10)
1.一种脱硝系统，包括喷氨装置、SCR反应器和烟气取样装置，喷氨装置中的喷氨格栅设置在SCR反应器的入口烟道中、且设置在某一个入口烟道横截面上，烟气取样装置中的取样部分设置在SCR反应器的出口烟道中、且设置在某一个出口烟道横截面上，其特征在于，所述喷氨格栅包括在入口烟道横截面的宽度方向上间隔布置的若干个喷氨单元，所述喷氨单元由沿着入口烟道横截面的深度方向间隔布置的至少两个喷氨管构成；所述取样部分包括与所述喷氨管的位置一一对应的烟气取样孔。
2.根据权利要求1所述的脱硝系统，其特征在于，所述取样部分包括若干个直管，所述直管间隔布置在出口烟道横截面的宽度方向上，且所述直管的轴向方向与所述出口烟道横截面的宽度方向垂直，所述直管上设置有至少两个所述烟气取样孔。
3.根据权利要求1所述的脱硝系统，其特征在于，所述喷氨单元在入口烟道横截面的宽度方向上均匀间隔布置，所述喷氨单元中的喷氨管均匀间隔布置。
4.根据权利要求2所述的脱硝系统，其特征在于，所述脱硝系统包括控制器，所述直管上设置有取样控制阀门，所述喷氨管上设置有喷氨控制阀门，所述控制器控制连接所述取样控制阀门和喷氨控制阀门。
5.根据权利要求4所述的脱硝系统，其特征在于，所述烟气取样装置还包括气体成分测量单元，所述直管通过对应的取样控制阀门与所述气体成分测量单元的气体输入口连通。
6.根据权利要求5所述的脱硝系统，其特征在于，所述气体成分测量单元的气体输出端用于与除尘器的输入端连通。
7.根据权利要求2所述的脱硝系统，其特征在于，直管上设置有流速测量元件。
8.一种脱硝系统的喷氨装置，包括喷氨格栅，喷氨格栅包括用于沿入口烟道横截面的宽度方向间隔布置的若干个喷氨单元，其特征在于，所述喷氨单元由用于沿入口烟道横截面的深度方向间隔布置的至少两个喷氨管构成；每个喷氨管上均设置有喷氨控制阀门。
9.根据权利要求8所述的脱硝系统的喷氨装置，其特征在于，所述喷氨单元在入口烟道横截面的宽度方向上均匀间隔布置，所述喷氨单元中的喷氨管均匀间隔布置。
10.根据权利要求8或9所述的脱硝系统的喷氨装置，其特征在于，每个喷氨单元均由3个喷氨管构成。
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