CN210752111U - 一种全负荷适应性scr喷氨系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种全负荷适应性SCR喷氨系统，包括喷氨装置、烟气大范围自混合装置、整流装置；喷氨装置包括多组喷氨组件，喷氨组件包括喷氨支管，每组喷氨组件中的喷氨支管按照伸入烟道内的长度从长到短依次沿着烟气流向从前到后布置，喷氨支管伸入烟道内的最长的长度规格与烟道的深度相等，喷氨支管伸入烟道内的最短的长度规格为烟道深度的1/2~1/3，每组喷氨组件还包括多个喷嘴，且位于前侧的喷氨支管上与位于后侧的喷氨支管不重叠的管段上设置有喷嘴。本实用新型结构简单，实施成本低，且能够使不同负荷下顶层催化剂入口的NH₃/NOx摩尔比分布相对标准偏差均≤4%。

Description

一种全负荷适应性SCR喷氨系统

技术领域

本实用新型具体涉及一种全负荷适应性SCR喷氨系统。

背景技术

当前NOx超低排放形势下，燃煤电厂NOx排放要降低到50mg/m³以下，SCR脱硝效率需提高到约90％。为控制氨逃逸浓度确保机组安全运行，不仅需要增加足够体积量的催化剂，对SCR反应器顶层催化剂入口的NH₃/NO摩尔比分布均匀性也提出了更高的要求。传统的SCR喷氨格栅仅能在假定SCR入口的NOx浓度分布均匀的设计工况下，使顶层催化剂入口的NH₃/NO摩尔比分布相对标准偏差≤5％。

实际运行过程中，SCR入口的NOx浓度和分布与炉内燃烧工况直接相关。机组负荷、磨组合变化和燃烧调整带来的炉内燃烧工况变化均会导致SCR入口NOx浓度分布发生明显改变，从而使喷氨格栅(AIG)的布氨量分布经常偏离最佳状态，脱硝出口氨逃逸上升。

为了满足NOx超低排放需求，SCR喷氨装置除了要具备高布氨均匀性、高调节灵活性外，还需具备高负荷适应性，以实现全负荷自适应喷氨功能。高负荷适应性是指不同负荷下NH₃/NO摩尔比分布均匀性均保持良好，顶层催化剂入口的NH₃/NOx摩尔比分布相对标准偏差均≤4％。

为了解决喷氨装置变工况适应性的问题，国内提出了两种技术路线。一种是通过流动混合提升AIG入口的NOx分布均匀性，另一种是通过分区自动喷氨控制系统适应AIG入口NOx分布的变化。

中国专利文献CN106823796A公开了一种在AIG前10～15m的水平烟道内布置1～3排直径为1～1.5m的圆形盘或星形盘静态混合器，对喷氨前烟气进行预混，以改善AIG入口的NOx浓度和烟气速度的分布均匀性，提高AIG的变工况适应性。但SCR入口烟道通常设计为矩形，宽度通常在9m以上，深度尺寸约为宽度的1/4，直径仅为1～1.5m的圆形盘或星形盘静态混合器无法实现整个宽度方向上两侧烟气充分掺混。因此，此技术方案虽然能改善AIG入口烟气的NOx分布均匀性，但无法有效降低宽度方向上NOx分布偏差，也无法达到适应全负荷工况。这个问题，中国专利文献CN106000087A也已明确指出。

中国专利文献CN106000087A公开了一种基于分区混合调节的SCR超低排放控制系统，以解决无法采用静态混合器大范围内对SCR入口扁平烟道内烟气进行混合的问题。该控制系统包括SCR入口烟道、若干入口烟道隔板、若干出口烟道隔板、SCR出口烟道、DCS控制系统、氨气输入管道及SCR反应器。各入口烟道隔板位于SCR入口烟道的出口内，且各入口烟道隔板将SCR入口烟道的出口分为若干入口烟气通道。各出口烟道隔板位于SCR出口烟道的入口内，且各出口烟道隔板将SCR出口烟道的入口分为若干出口烟气通道。其中，各入口烟气通道内均设有喷氨格栅，氨气输入管道分别与各喷氨格栅的入口相连通，其中各喷氨格栅的入口处均设有调节阀。其中，一个入口烟气通道对应一个出口烟气通道。该专利提出的基于分区混合调节的SCR超低排放控制系统，通过将进出口烟道分成多个通道的方式，缩小了各通道(分区)的烟道宽度，进而在各通道分别设置静态混合器、喷氨格栅、氨气输送及流量控制系统、出口NOx浓度检测器，来实现全负荷适应性。此方案本质上是利用现有双通道SCR反应器的成熟技术，进一步增加烟道分区数量，从而提高区域喷氨量的调节灵活性和负荷适应性，技术上可行，但系统复杂，实施成本高，这也是火电厂普遍采用双通道SCR反应器脱硝装置的原因。

中国专利文献CN108310973A公开了一种自动喷氨装置及燃煤电站烟气系统。该自动喷氨装置包括喷氨源系统、多个与喷氨源系统连通的喷氨管路以及控制系统。每个喷氨管路上均设置有用于检测气体流量的检测装置和能够控制气体流量的调节阀。控制系统根据每个喷氨管路上的气体流量参数控制对应的喷氨管路上的调节阀开度，从而使喷氨装置更均匀地喷氨。该专利提出在常规喷氨格栅支管上增加流量监测与自动调节阀的方法保证每个喷氨管路喷氨量均匀。当地需氨量与当地的烟气速度和NOx浓度呈正比，随机组负荷、磨组合和燃烧工况动态变化。此方案仅能实现均匀喷氨，但无法做到自适应喷氨。

综上所述，目前已公开的旨在解决喷氨装置变工况适应性的问题的技术方案中，仅中国专利文献CN106000087A提出的基于分区混合调节的SCR超低排放控制系统技术上可达到适应全负荷工况的要求，但系统复杂，实施成本高。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构简单，实施成本低的全负荷自适应喷氨系统。

为实现上述目的，本实用新型采取如下技术方案：

本实用新型的目的是提供一种全负荷适应性SCR喷氨系统，其包括喷氨装置、设置在SCR脱硝装置的烟道内且位于所述的喷氨装置的下游的烟气大范围自混合装置、设置在所述的烟道内且位于所述的烟气大范围自混合装置的下游的整流装置；所述的喷氨装置包括沿着所述的烟道的宽度方向分布的多组喷氨组件，每组所述的喷氨组件包括沿着所述的烟道的深度方向伸入所述的烟道内且伸入所述的烟道内的长度具有多种长度规格的喷氨支管，每组所述的喷氨组件中的喷氨支管按照伸入所述的烟道内的长度从长到短依次沿着烟气流向从前到后布置，所述的喷氨支管伸入所述的烟道内的最长的长度规格与所述的烟道的深度相等，所述的喷氨支管伸入所述的烟道内的最短的长度规格为所述的烟道深度的1/2～1/3，每组所述的喷氨组件还包括设置在每根所述的喷氨支管的背风面上的多个喷嘴，且每组所述的喷氨组件中相邻的两根所述的喷氨支管中位于前侧的喷氨支管上与位于后侧的喷氨支管不重叠的管段上设置有所述的多个喷嘴。

优选地，所述的全负荷适应性SCR喷氨系统设置在所述的SCR脱硝装置的烟道的竖直段内。

优选地，所述的喷氨组件有10～30组。

优选地，每组所述的喷氨组件覆盖1～2m的烟道宽度。

优选地，每根所述的喷氨支管上设置5～10个所述的喷嘴。

优选地，所述的喷嘴与所述的喷氨支管的内径比≤0.4。

优选地，所述的喷嘴为螺旋喷嘴。

优选地，所述的喷氨装置还包括位于所述的烟道外且分别与伸入所述的烟道内的长度规格相同的喷氨支管相连通的连接管、与所述的连接管相连通的喷氨母管、设置在所述的连接管上的流量调节阀。

优选地，所述的长度规格有2～3种。

本实用新型中，所述的烟气大范围自混合装置的具体结构参见CN106731827A。

优选地，所述的烟气大范围自混合装置中相邻两层烟气通道在所述的烟道的深度方向上的间距为0.6～1.5m。

优选地，所述的全负荷适应性SCR喷氨系统还包括设置在所述的烟气大范围自混合装置的烟气出口处的绕流元件。

优选地，所述的整流装置包括沿着所述的烟道的宽度方向分布的多块导流板，所述的导流板的长度与所述的烟道的深度相等，沿着烟气流向上的宽度为0.5～0.8m，相邻两块所述的导流板的间距为0.6～1.2m。

优选地，所述的喷氨装置和所述的烟气大范围自混合装置的布局距离在1m以上，所述的烟气大范围自混合装置和所述的整流装置的布局距离在1m以上。

由于以上技术方案的实施，本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

本实用新型的结构简单，实施成本低，且能够使不同负荷下顶层催化剂入口的NH₃/NOx摩尔比分布相对标准偏差均≤4％，大幅降低了机组负荷、磨组合对催化剂入口NH₃/NO摩尔比分布均匀性的影响。

附图说明

图1为具体实施方式的左视图；

图2为具体实施方式的前视图；

其中，1、喷氨组件；2、烟气大范围自混合装置；3、整流装置；4、烟道；5、SCR反应器；6、SCR催化剂层；7、喷氨支管；8、喷嘴；9、导流板；10、烟气通道；11、绕流元件。

具体实施方式

以下将通过具体实施例进一步阐述本实用新型，但并不用于限制本实用新型的保护范围。本领域技术人员可在权利要求范围内对制备方法和使用仪器作出改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

如图1和2所示的全负荷适应性SCR喷氨系统设置在SCR脱硝装置烟道4的竖直段，包括喷氨装置、烟气大范围自混合装置2和整流装置3，优选地，喷氨装置和烟气大范围自混合装置2的布局距离在1m以上，烟气大范围自混合装置2和整流装置3的布局距离在1m以上。喷氨装置具有在SCR脱硝装置烟道4的深度方向和宽度方向上的喷氨量分区调节功能，以匹配喷氨装置入口的不均匀烟气流场。烟气大范围自混合装置2布置在喷氨装置的下游，对烟道4宽度方向上两侧烟气中的NOx和NH₃进行掺混，不但大幅减低机组负荷、磨组合变化和燃烧调整引起的SCR入口NOx浓度分布变化，而且还通过NOx和NH₃的大范围混合，降低了喷氨装置初始布氨量偏离最佳分布时对催化剂入口的NH₃/NO摩尔比分布均匀性的影响。整流装置3布置在烟气大范围自混合装置2的下游且位于烟道4的末端，整流装置3可以单独设置，也可以与顶部转向处的导流板组一体设置，以减小烟气大范围自混合装置2对催化剂入口烟气入射角的影响。

喷氨装置包括沿着烟道4的宽度方向分布的多组喷氨组件1，优选地，喷氨组件1有10～30组，每组覆盖1～2m宽的烟道4，喷氨组件1布置在SCR入口烟道4上游。

每组喷氨组件1均包括多根喷氨支管7以及多个喷嘴8，下面以一组喷氨组件1为例进行说明，喷氨支管7沿着烟道4的深度方向插入烟道4内，并且位于烟道4内的喷氨支管7具有多种不同的长度规格，优选地长度规格有2～3种，最长的长度规格与烟道4的深度相等，即最长的长度规格的喷氨支管7贯穿烟道4的深度方向，最短的长度规格为烟道4深度的1/2～1/3。多根喷氨支管7按照伸入烟道4内的长度从长到短依次沿着烟气流向从前到后布置，即在烟道4的高度方向上，较长长度规格的喷氨支管7位于较短长度规格的喷氨支管7的前侧。多个喷嘴8布置在位于烟道4内的喷氨支管7的背风面上，并且，相邻的两根喷氨支管7中位于前侧的喷氨支管7上与位于后侧的喷氨支管7不重叠的管段上设置有多个喷嘴8，即，若长度规格有2种，则较短的喷氨支管7上设置多个喷嘴8，而较长的喷氨支管7仅在未被较短喷氨支管7重叠段的管段上设置有多个喷嘴8，而与较短喷氨支管7重叠的管段上不设置有喷嘴8；从而使喷嘴8不重复地覆盖到整个入口烟道4截面。每根喷氨支管7上设置5～10个喷嘴8。为了保证每根喷氨支管7上各喷嘴8出气的均匀性，喷嘴8与喷氨支管7的内径比≤0.4。为了预防下游积灰坍塌堵塞喷嘴8出口，优选地，喷嘴8为螺旋喷嘴8。优选地，喷氨支管和喷嘴均均匀布置。

喷氨装置还包括位于烟道4外且分别与伸入烟道4内的长度规格相同的喷氨支管7相连通的连接管、与连接管相连通的喷氨母管、设置在连接管上的流量调节阀。喷氨支管7和连接管可以通过三通或小联箱等进行连接，连接管上还可以设置有膨胀节。

烟气大范围自混合装置2的具体结构参见CN106731827A，烟气大范围自混合装置2中相邻两层烟气通道10在烟道4的深度方向上的间距为0.6～1.5m。

全负荷适应性SCR喷氨系统还包括设置在烟气大范围自混合装置2的烟气出口处的绕流元件11，以加强烟气大范围自混合装置2中的奇偶层中的烟气在混合器出口及下游的相互掺混。

整流装置3包括沿着烟道4的宽度方向分布的多块导流板9，导流板9的长度与烟道4的深度相等，沿着烟气流向上的宽度为0.5～0.8m，相邻两块导流板9的间距为0.6～1.2m。

整流装置3优选布置在SCR入口烟道4的末端，可以单独设置，也可以与顶部转向处的导流板9一体设置。

应用例：

采用本实用新型的SCR全负荷自适应喷氨装置，对某600MW燃煤发电机组的SCR脱硝装置进行了入口流场优化设计与改造。喷氨组件1在宽度方向上分成12个组，每组设置2根φ76mm的喷氨支管7，在宽度方向上，每组喷氨支管7覆盖1.3m宽的烟道4。喷氨支管7分长短两种规格，长款喷氨支管7在烟道4内的长度为3.0m，短款喷氨支管7在烟道4内的长度为1.5m。每根喷氨支管7的背风面上布置6个φ19mm的螺旋喷嘴8。烟气大范围自混合装置2采用4通道设置，每层烟气通道10深度方向上的间距为0.8m。整流装置3由15片与烟道4走向平行的导流板9组成。每片导流板9宽0.8m，间距约1.0m。

采用本实用新型提出的SCR全负荷自适应喷氨装置，在实测入口烟气条件下，CFD模拟结果显示，高、中、低负荷下，顶层催化剂上方500mm高度截面的速度分布相对标准偏差CV值均为6.7％，最大入射角均为8°，温度分布最大偏差分别为3℃、8℃、9℃。在高负荷平衡喷氨条件下，NH₃/NO摩尔比分布相对标准偏差CV值为3.2％，脱硝系统增加了140Pa。在与高负荷相同的喷氨量分配条件下，中、低负荷NH₃/NO摩尔比分布相对标准偏差CV值分别1.6％、3.2％。优化设计结果如表1所示(高负荷平衡喷氨)。

表1

参数	性能指标	550MW	450MW	300MW
					首层催化剂层上游速度分布相对标准偏差	≤15％	6.7％	6.7％	6.7％
首层催化剂层上游NH3浓度分布相对标准偏差	≤5％	3.2％	1.6％	3.2％
					首层催化剂层上游烟气入射角	＜10°	＜8°	＜8°	＜8°
首层催化剂入口的温度分布最大绝对偏差	＜±10℃	±2℃	±4℃	±5℃

2018年11月完成SCR入口烟气流场优化改造后，脱硝出口与烟囱处的NOx浓度偏差从改造前的18mg/m³降低到了3mg/m³左右，在常规PID控制逻辑下实现了全负荷脱硝自动喷氨运行。

此案例说明，本实用新型提出的SCR全负荷自适应喷氨装置，在常规PID控制逻辑控制喷氨总量，连接管上的流量调节阀开度保持不变时，高中低负荷的SCR脱硝装置流场各项性能指标均大幅优于常规设计要求，实际改造效果显示，变工况适应性优秀。

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

Claims (10)

1. 一种全负荷适应性SCR喷氨系统 ，其特征在于：其包括喷氨装置、设置在SCR脱硝装置的烟道（4）内且位于所述的喷氨装置的下游的烟气大范围自混合装置（2）、设置在所述的烟道（4）内且位于所述的烟气大范围自混合装置（2）的下游的整流装置（3）；所述的喷氨装置包括沿着所述的烟道（4）的宽度方向分布的多组喷氨组件（1），每组所述的喷氨组件（1）包括沿着所述的烟道（4）的深度方向伸入所述的烟道（4）内且伸入所述的烟道（4）内的长度具有多种长度规格的喷氨支管（7），每组所述的喷氨组件（1）中的喷氨支管（7）按照伸入所述的烟道（4）内的长度从长到短依次沿着烟气流向从前到后布置，所述的喷氨支管（7）伸入所述的烟道（4）内的最长的长度规格与所述的烟道（4）的深度相等，所述的喷氨支管（7）伸入所述的烟道（4）内的最短的长度规格为所述的烟道（4）深度的1/2~1/3，每组所述的喷氨组件（1）还包括设置在每根所述的喷氨支管（7）的背风面上的多个喷嘴（8），且每组所述的喷氨组件（1）中相邻的两根所述的喷氨支管（7）中位于前侧的喷氨支管（7）上与位于后侧的喷氨支管（7）不重叠的管段上设置有所述的多个喷嘴（8）。

2. 根据权利要求1所述的全负荷适应性SCR喷氨系统 ，其特征在于：所述的喷氨组件（1）有10~30组。

3. 根据权利要求1所述的全负荷适应性SCR喷氨系统 ，其特征在于：每根所述的喷氨支管（7）上设置5~10个所述的喷嘴（8）。

4. 根据权利要求1所述的全负荷适应性SCR喷氨系统 ，其特征在于：所述的喷嘴（8）与所述的喷氨支管（7）的内径比≤0.4。

5. 根据权利要求1所述的全负荷适应性SCR喷氨系统 ，其特征在于：所述的喷嘴（8）为螺旋喷嘴（8）。

6. 根据权利要求1所述的全负荷适应性SCR喷氨系统 ，其特征在于：所述的喷氨装置还包括位于所述的烟道（4）外且分别与伸入所述的烟道（4）内的长度规格相同的喷氨支管（7）相连通的连接管、与所述的连接管相连通的喷氨母管、设置在所述的连接管上的流量调节阀。

7. 根据权利要求1所述的全负荷适应性SCR喷氨系统 ，其特征在于：所述的长度规格有2~3种。

8. 根据权利要求1所述的全负荷适应性SCR喷氨系统 ，其特征在于：所述的烟气大范围自混合装置（2）中相邻两层烟气通道（10）在所述的烟道（4）的深度方向上的间距为0.6~1.5m。

9. 根据权利要求1或8所述的全负荷适应性SCR喷氨系统 ，其特征在于：所述的全负荷适应性SCR喷氨系统 还包括设置在所述的烟气大范围自混合装置（2）的烟气出口处的绕流元件（11）；所述的整流装置（3）包括沿着所述的烟道（4）的宽度方向分布的多块导流板（9），所述的导流板（9）的长度与所述的烟道（4）的深度相等，沿着烟气流向上的宽度为0.5~0.8m，相邻两块所述的导流板（9）的间距为0.6~1.2m。

10. 根据权利要求1所述的全负荷适应性SCR喷氨系统 ，其特征在于：所述的喷氨装置和所述的烟气大范围自混合装置（2）的布局距离在1m以上，所述的烟气大范围自混合装置（2）和所述的整流装置（3）的布局距离在1m以上。

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