CN207913518U - 全负荷自适应调平的精准喷氨系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种全负荷自适应调平的精准喷氨系统，包括氨气喷嘴、空气管道、混合管道、喷氨母管、喷氨支管、调节阀和喷氨格栅，氨气经过氨气喷嘴喷射与空气管道中的空气混合后到达混合管道的入口端，即进入所述的喷氨母管，通过喷氨母管分配至阵列布置的若干个喷氨支管，再经过所述的调节阀进入烟道内的喷氨格栅，由喷氨格栅的喷嘴喷出与烟气混合，所述的混合管道的入口端距离第一根喷氨支管至少2m和或所述的混合管道的入口端与第一根喷氨支管之间设有至少2个弯头。与现有技术相比，本实用新型具有改造成本低，可靠性高等优点。

Description

全负荷自适应调平的精准喷氨系统

技术领域

本实用新型涉及燃煤电厂脱硝系统优化领域，尤其是涉及一种全负荷自适应调平的精准喷氨系统。

背景技术

随着火电厂烟气超净排放和全负荷脱硝的实施，NO_x排放指标不高于50mg/Nm³，部分电厂控制排放甚至不高于25mg/Nm³，这对选择性催化还原反应器(SCR)的脱硝性能提出很高的要求。限于SCR入口反应物不均匀分布等因素，为满足排放要求必须加大喷氨量，导致局部氨逃逸增大，继而引起空预器堵塞和低温腐蚀。很多机组出现空预器烟气侧阻力过大，热一次风风压波动超正常范围等问题，影响安全稳定运行。

SCR入口反应物的不均匀分布会影响脱硝性能。研究表明入口烟气速度和氨的不均匀分布会增加反应器出口的氮氧化物浓度和氨逃逸率；随分布相对偏差的增加，脱硝效率降低、氨逃逸率增加，氨分布偏差的影响更为重要。

图1为典型的燃煤机组SCR喷氨系统，氨/空气混合管多采用带盲端的一进多出形式：氨气经过喷嘴喷射与空气混合后到达混合管道入口端即进入喷氨母管，随后分配至阵列布置的21根喷氨支管，经过调节阀进入烟道内的喷氨格栅与烟气混合，发生脱硝还原反应。喷氨格栅数量及布置方式的复杂程度视各机组而异(本案例中，图2的喷氨支管1、2、3对应图3的1A、1B、1C烟道区域……喷氨支管19、20、21对应7A、7B、7C烟道区域)。由喷氨格栅结构及混合管布置方式可确定部件的阻力特性，利用CFD软件建立该喷氨系统模型进行模拟计算，经试验验证：整个结构的阻力在2.5kPa左右，从入口端到盲端的喷氨支管流量逐渐增大，详见图2；盲端支管流量较入口端支管流量高出15-20％；必须强调的是，喷氨格栅结构越简单，支管流量的偏差越大。

通过现场试验测量THA和50％THA工况下SCR入口烟道(喷氨格栅位置)流速分布，同时利用CFD软件建立该电厂尾部烟道模型进行同工况的数模计算进行校核，得到典型π型炉SCR入口烟气流速分布，见图3。对应图2和图3可知，必然存在喷氨量过大的区域，特别是烟道前部和对应氨/空气混合管入口端和盲端的烟道区域。

搜集文献专利知，现有的喷氨调平及控制方法都是基于网面测量入口烟道反应物浓度和流速，计算各分区域的喷氨量，根据调节阀门的流量特性得到阀门开度并增加自动控制系统实现喷氨调平。这也是传统喷氨调平手段的基本思路。然而，受限于氨/空气混合管及喷氨格栅(AIG)的结构设计及布置方式的缺陷，传统喷氨调平手段没有从系统结构上改善SCR入口烟道各区域NH₃/NO_x分布，很难实现喷氨的分区域精准调平。

经过检索，中国专利公开号为CN205760638U公开了一种均匀喷氨系统，包括与锅炉炉膛出口连接的烟道，在炉膛出口与省煤器段之间的烟道中设置有第一烟气取样口，用以测量炉膛出口初始的NO_x含量，在所述省煤器段与脱硝催化剂段之间的烟道中，在其垂直断面不同位置分布设置有多个烟气流速传感器，在同一个所述垂直断面上分布有多个氨气喷嘴，所述多个氨气喷嘴连接多路氨气输送控制回路，在所述脱硝催化剂段和空气预热段之间的烟道中设置有第二烟气取样口，用以检测处理后的烟气NO_x含量是否小于标准值；本实用新型减少了烟道中局部喷氨的盲目性，能够减少氨逃逸的发生，减少空预器堵塞现象发生，保证机组的长期稳定安全运行，从安全性、经济性上有助于电厂实际运行。但该实用新型使用的还是传统喷氨调平手段，通过氨气输送控制回路控制氨气喷嘴的喷氨量，没有从系统结构上改善SCR入口烟道各区域NH₃/NO_x分布。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种全负荷自适应调平的精准喷氨系统，通过对氨/空气混合管、喷氨格栅结构及布置方式进行优化设计，消除其原有结构缺陷，本质上大幅改善反应物混合的均匀性，实现不同负荷下SCR脱硝系统达到更安全、更环保、更经济的运行工况。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种全负荷自适应调平的精准喷氨系统，包括氨气喷嘴、空气管道、混合管道、喷氨母管、喷氨支管、调节阀和喷氨格栅，氨气经过氨气喷嘴喷射与空气管道中的空气混合后到达混合管道的入口端，即进入所述的喷氨母管，通过喷氨母管分配至阵列布置的若干个喷氨支管，再经过调节阀进入烟道内的喷氨格栅，由喷氨格栅的喷嘴喷出与烟气混合，所述的混合管道的入口端距离第一根喷氨支管至少2m和或所述的混合管道的入口端与第一根喷氨支管之间设有至少2个弯头。

优选为，所述的喷氨母管沿流动方向逐渐缩小截面面积。

优选为，渐缩截面的数量至少为两个。

优选为，所述的精准喷氨系统适用于一进多出带盲端的混合管结构、中间进两个盲端的T型混合管结构和两进多出的混合管结构。

优选为，所述的混合管道的入口端距离第一根喷氨支管2至8米。

优选为，所述的混合管道的入口端与第一根喷氨支管之间设有2至4个弯头。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、大幅改善入口烟气速度和还原剂混合的均匀性，氨逃逸分布偏差降低50％，全负荷段SCR出口NO_x分布偏差小于15％，实现不同负荷下SCR脱硝系统达到更安全、更环保、更经济的运行工况。

2、本实用新型不需要数量多、精度高的烟气成分测量装置、电磁阀及控制系统等；仅对喷氨系统的结构进行优化，实现全负荷自适应调平，改造成本低，可靠性非常高。

附图说明

图1为典型燃煤机组SCR喷氨系统结构图；

图2为经数模计算试验验证得到的喷氨支管流量分配图；

图3为经数模计算试验验证得到的典型π型炉SCR入口烟气流速分布图；

图4为传统SCR脱硝系统各喷氨支管阀门全开后局部区域氨逃逸示意图；

图5为本实用新型的喷氨系统的各喷氨支管氨浓度分布图；

图6(a)为传统的喷氨系统的各喷氨支管氨浓度示意图；

图6(b)本实用新型喷氨系统的各喷氨支管氨浓度示意图；

图7为本实用新型的喷氨母管流通截面渐缩结构示意图；

图8为传统的喷氨系统喷氨格栅的喷嘴布置示意图；

图9(a)和图9(b)为本实用新型适应烟气流速的喷氨格栅的喷嘴结构示意图。

其中1为空气管道，2为氨气喷嘴，3为混合管道入口端，4为喷氨母管，5为喷氨支管，6为调节阀，7为喷氨格栅，8为混合器管道盲端。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例中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实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。

如图1和图7所示，一种全负荷自适应调平的精准喷氨系统，包括氨气喷嘴2、空气管道1、混合管道、喷氨母管4、喷氨支管5、调节阀6和喷氨格栅7，所述的氨气经过氨气喷嘴2喷射与空气管道1中的空气混合后到达混合管道的入口端3，所述的混合空气通过混合管道到达喷氨母管4，通过喷氨母管4分配至阵列布置的若干个喷氨支管5，再经过所述的调节阀6进入烟道内的喷氨格栅7，由喷氨格栅7的喷嘴喷出与烟气混合，发生脱硝还原反应，所述的混合管道的入口端3距离第一根喷氨支管至少2m和或所述的混合管道的入口端3与第一根喷氨支管之间设有2个以上弯头。

所述的喷氨母管4沿混合空气流动方向逐渐缩小截面面积，所述的渐缩截面的数量至少为两个，通过沿流动方向逐渐缩小流通面积实现各喷氨支管流量基本一致；必要时改变喷氨支管位置，保证偏差小于5％。

所述的精准喷氨系统适用于一进多出带盲端的混合管结构、中间进两个盲端的T型混合管结构和两进多出的混合管结构。

根据SCR入口烟道的实际烟气流速分布规律，调整喷氨支管5位置并分区域设有不同的喷氨格栅7的喷嘴结构以使各区域的喷氨量不同。

对应烟气流速低的区域，减小喷氨格栅5的喷嘴内径；对应烟气流速高的区域，增大喷氨格栅5的喷嘴内径。采用自适应烟气流速的喷氨格栅结构，改变简单的同一内径的氨喷嘴设计，根据实际烟气流速分布，调整支管位置并分区域设计不同的氨喷嘴结构，实现全负荷段自适应的精准喷氨。

所述的混合管道的入口端距离第一根喷氨支管2至8米。

所述的混合管道的入口端与第一根喷氨支管之间设有2至4个弯头。

以某600MW超超临界机组为例，SCR脱硝系统各喷氨支管阀门全开后局部区域氨逃逸明显增大，如图4所示，而传统喷氨调平手段无法根本解决这个问题。本专利的实施方案如下：

实施步骤1：优化图1中混合器入口端3的结构设计，增设3个弯头，距离第一根喷氨支管2.5m；氨/空气在进入喷氨支管前混合均匀度明显提高，优化效果如图5和图6所示。

实施步骤2：更改图1中喷氨母管4如图7所示，沿流动方向增加两个渐缩截面，减少盲端喷氨支管的流量，实现各喷氨支管流量基本一致。

实施步骤3：传统烟道内喷氨格栅7的喷嘴布置如图8所示，喷嘴为同一结构尺寸。基于SCR入口烟道的实际烟气流速分布规律，调整分区域的氨喷嘴内径如图9所示，对应烟气流速低的区域，减小喷嘴的内径，增大流动阻力，减小该区域的喷氨量；反之对应烟气流速高的区域，增大喷嘴的内径，减小流动阻力，增大该区域的喷氨量；最终实现全负荷段自适应的精准喷氨。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种全负荷自适应调平的精准喷氨系统，包括氨气喷嘴、空气管道、混合管道、喷氨母管、喷氨支管、调节阀和喷氨格栅，氨气经过氨气喷嘴喷射与空气管道中的空气混合后到达混合管道的入口端，即进入所述的喷氨母管，通过喷氨母管分配至阵列布置的若干个喷氨支管，再经过所述的调节阀进入烟道内的喷氨格栅，由喷氨格栅的喷嘴喷出与烟气混合，其特征在于，所述的混合管道的入口端距离第一根喷氨支管至少2m和或所述的混合管道的入口端与第一根喷氨支管之间设有至少2个弯头。

2.根据权利要求1所述的一种全负荷自适应调平的精准喷氨系统，其特征在于，所述的喷氨母管沿流动方向逐渐缩小截面面积。

3.根据权利要求2所述的一种全负荷自适应调平的精准喷氨系统，其特征在于，渐缩截面的数量至少为两个。

4.根据权利要求1所述的一种全负荷自适应调平的精准喷氨系统，其特征在于，所述的精准喷氨系统适用于一进多出带盲端的混合管结构、中间进两个盲端的T型混合管结构和两进多出的混合管结构。

5.根据权利要求1所述的一种全负荷自适应调平的精准喷氨系统，其特征在于，所述的混合管道的入口端距离第一根喷氨支管2至8米。

6.根据权利要求1所述的一种全负荷自适应调平的精准喷氨系统，其特征在于，所述的混合管道的入口端与第一根喷氨支管之间设有2至4个弯头。