CN210993779U - 一种火力发电厂脱硝scr反应器精准喷氨装置 - Google Patents
一种火力发电厂脱硝scr反应器精准喷氨装置 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及一种火力发电厂脱硝SCR反应器精准喷氨装置，包括烟气抽取分析系统和喷氨格栅分区系统，烟气抽取分析系统包括取样器；取样器与取样支管相连；分析支管从取样支管分出，进入分析仪；喷氨格栅分区包括喷氨总管，喷氨总管分出喷氨分区支管，喷氨分区支管上设氨流量计和分区调平阀，分区调平阀与旁路分区调平阀并联。本实用新型的脱硝SCR反应器精准喷氨装置，其取样测量值能够代表整个截面的平均NOX浓度以及NOX浓度分布，SCR系统自动跟踪的喷氨量符合现场实际需要的喷氨量。
Description
技术领域
本实用新型涉及环保技术领域，具体涉及一种火力发电厂脱硝SCR反应器精准喷氨装置。
背景技术
在烟气SCR(Selective Catalytic Reduction选择性催化还原)系统中，烟道从锅炉省煤器出来后变为两通道，又有连续的90°弯曲与横向倾斜扩张，烟气流场不均，容易使区域喷氨量与NOX量不匹配，导致出口烟道内有些区域NOX浓度超标，有些区域NH3逃逸率高。氨逃逸率测量技术难度大，氨逃逸不仅与SCR本身的设计特性相关，也与SCR运行条件密切相关，SCR反应器内烟气速度场、NOX浓度场、烟气温度场、喷氨量分布、SCR催化剂流通阻力分布、SCR催化剂有效分布等，负荷的变化、燃烧方式的不同(氧量、一次风率、煤种、磨组合方式、燃尽风比率等)均会导致SCR入口NOX浓度场分布规律变化。一般通过定期手动阀进行喷氨精准调整试验，(一般每季度调整一次或每年至少调整一次)。以上因素均会导致SCR反应器内整体NH3/NOX不匹配，导致局部脱硝效率差异较大，从而影响整体氨逃逸，使得氨逃逸偏大。
传统的SCR出口NOX单点取样、2-4个监测点位或多点取样测量，如申请号201520975504.5公布的方案，取样口设置在脱硝SCR反应区通道侧壁上，测量的是SCR反应区侧壁附近烟气组分，测量值不能代表整个截面的平均浓度以及浓度分布，CEMS(Continuous Emission Monitoring System烟气自动监控系统)采样管线较长，特别是机组升、降负荷阶段，SCR系统自动跟踪的喷氨量会滞后现场实际需要的喷氨量，测量迟滞时间一般达到2-3min。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种火力发电厂脱硝SCR反应器精准喷氨装置，取样测量值能够代表整个截面的平均NOX浓度以及NOX浓度分布，SCR系统自动跟踪的喷氨量符合现场实际需要的喷氨量。
为实现以上目的，本实用新型采取的技术方案是：
一种火力发电厂脱硝SCR反应器精准喷氨装置，包括SCR反应器、烟气抽取分析系统和喷氨格栅分区系统，所述烟气抽取分析系统设置在SCR反应器出口处，包括烟道内部取样管系统和烟道外分析系统；所述烟道内部取样管系统包括多个取样器，与取样器连接的取样支管，取样支管汇聚连接到取样混合器,取样混合器另一端接入空预器入口烟道；所述烟道外分析系统包括多个分析支管，分析支管汇聚连接到分析混合器，分析混合器另一端连接分析仪；所述分析支管入口设置在取样支管进入取样混合器前的管道上，每个分析支管上设有气动开关阀；所述分析仪的出口连入取样混合管或空预器入口烟道；所述喷氨格栅分区系统设置在SCR反应器入口处，包括喷氨总管、喷氨分区支管、喷氨分区次母管、喷氨支管、总量控制阀、分区调平阀、旁路分区调平阀和氨流量计；所述旁路分区调平阀与分区调平阀并联；所述氨流量计设在分区调平阀的上游支管处。为了得到单区域或全截面烟气组分，分析支管上所述气动开关阀可以同时打开或依次打开，同时打开时获取整个界面的烟气平均浓度，依次打开时获取每个分区烟气浓度，以实现实时监测出口NOX分布情况和总需氨量。取样混合器后可连接取样混合管，分析混合器后可连接分析混合管。
为了扩展取样区域，增加取样点位，使取样烟气组成反应实际情况，前述喷氨装置还包括垂直连接于取样器的取样器支管，所述取样器和取样器支管整体为耙式结构，取样器支管的自由端为取样口。
前述喷氨装置中，所述取样器支管的长度为0.5m-3m，相邻取样器支管的间距为1m-6m。
前述喷氨装置还包括反吹扫热风管道，所述反吹扫热风管道与分析仪、分析支管和取样支管连接，定时对取样支管、分析仪和分析支管进行吹扫，防止它们被烟气中的硫酸氢铵结晶或粉尘堵塞。
前述喷氨装置中，所述取样器与取样支管数量一致；取样支管的数量与喷氨格栅分区数量一致；所述分析支管的数量与取样支管的数量一致。
为了防止取样支管和分析支管被烟气中的硫酸氢铵结晶堵塞，前述喷氨装置的取样支管、分析支管和分析仪管道外还设有电热保温装置；此外，在取样混合器、取样混合管、分析混合器和分析混合管管道外，以及取样混合管进入空预器入口的管道外，分析仪进入空预器入口的管道外也可以设置电热保温装置。
采用上述装置的火力发电厂脱硝SCR反应器精准喷氨方法，包括如下步骤：
A.根据SCR出口烟道NOX浓度场分布情况，进行取样分区和喷氨格栅分区划分；
B.根据取样分析所得各分区及整个烟道截面平均的NOX浓度和NH3浓度，对总量控制阀和分区调平阀进行串联控制和调节；总量控制阀实时自动控制喷氨总量，分区调平阀根据SCR出口浓度场定时自动调节每个分区的喷氨量；
C.使用旁路分区调平阀作为分区调平阀冗余设计，旁路分区调平阀可与总量控制阀同时动作或总量控制阀失效时启动；
D.使用氨流量计记录喷氨量，校验分区调平阀调节效果。
前述喷氨方法中，步骤A所述取样分区和喷氨格栅分区划分的具体步骤如下：
A-1.通过实测机组流场条件，对机组流程使用CFD流场模拟软件模拟SCR反应器出口处烟气温度场、速度场和NOX浓度场；
A-2.根据步骤A-1中得到的SCR出口烟道流程模拟结果划分取样分区；
A-3.与步骤A-2中确定的取样分区对应，划分喷氨格栅分区。
进一步的，步骤A-2中，根据NOX浓度分布情况,沿SCR反应器烟道宽度方向划分取样分区。
进一步的，步骤A-3中，为使喷氨量的调整符合实际测量烟气数值，喷氨格栅分区与取样分区一一对应，数量一致。
与现有技术相比，本实用新型能实现的技术效果和有益之处是：
本实用新型提供一种火力发电厂脱硝SCR反应器精准喷氨装置，取样测量值能够代表整个截面的平均NOX浓度以及NOX浓度分布，SCR系统自动跟踪的喷氨量符合现场实际需要的喷氨量。
使用CFD流场模拟软件对SCR反应器出口烟道中的浓度分布进行模拟，根据测试和模拟结果对喷氨出入口烟道进行分区，以使各区域喷氨量更符合实际需要，SCR反应器内烟气流场、NOX浓度场、喷氨量分布等数据测量及时准确，取样测量值反映了截面的平均NOX浓度以及NOX浓度分布，进而使喷氨量符合实际需要。
耙式取样器结构简单，取样范围大，便于根据烟道尺寸和烟道烟气流场情况调整取样位置，从而得到能够代表每个分区实际工况的平均NOX浓度，及时反馈并调整喷氨量。
分析仪通常设置在取样支管下游，在取样支管上取样分析各区烟气，由于分析其中一路时其他取样支管关闭，会造成烟气停滞堵塞，影响分析结果的实时性，还会使CEMS采样管线较长。本实用新型的分析系统与此不同，从取样支管引出烟气进入分析支管进行分析，同时取样支管中的烟气在取样管路中实时流动，类似若干小的烟道旁路。而分析支管作为取样支管的旁路，能够保持与烟道中烟气组成实时一致，从而避免由长时间关闭带来的烟气灰尘和硫酸氢铵结晶造成取样管的堵塞，同时缩短分析所需时间。
喷氨格栅分区增设的旁路分区调平阀和氨流量计。旁路分区调平阀防止分区调平阀卡死，保证分区喷氨调节安全稳定；氨流量计记录每个喷氨格栅分区的喷氨量，校核系统喷氨量和对应分区的脱销效果和效率。
SCR出口NOX浓度分布严重不均，可能导致烟囱处NOX排放浓度超标，长期运行过程中，由氨逃逸造成的空预器严重堵塞，可造成机组限负荷、引风机失速、炉膛负压波动，甚至被迫停机，导致环保事故。分区喷氨改造可降低氨逃逸浓度，保证机组的长期安全运行，减少硫酸氢铵的形成，减少大气污染。
附图说明
图1为本实用新型烟气抽取分析系统结构侧视示意图；
图2为本实用新型烟气抽取分析系统结构正视示意图；
图3为本实用新型取样器结构示意图；
图4为本实用新型喷氨格栅分区系统结构示意图；
图5为本实用新型SCR反应器、喷氨格栅分区及取样孔布置示意图。
附图标记：1-取样器，2-取样支管，3-取样混合器，4-取样混合管，5-分析支管，6-气动开关阀，7-分析混合器，8-分析混合管，9-分析仪，10-喷氨总管，11-喷氨分区支管，12-喷氨分区次母管，13-喷氨支管，14-总量控制阀，15-分区调平阀，16-旁路分区调平阀，17-氨流量计，18-取样器支管，19-取样口，20-空预器，21-反吹扫热风管道，22-空预器入口烟道，24-取样孔。
具体实施方式
以下结合实施例对本实用新型做进一步说明。
本实用新型的实施例1：如图1-5所示，一种火力发电厂脱硝SCR反应器精准喷氨装置，包括SCR反应器、烟气抽取分析系统和喷氨格栅分区系统，所述烟气抽取分析系统设置在SCR反应器出口处，包括烟道内部取样管系统和烟道外分析系统；所述烟道内部取样管系统包括10个取样器1，与取样器1连接的10个取样支管2，取样支管2汇聚连接到取样混合器3,取样混合器3另一端连接取样混合管4，烟气经过取样混合管4接入空预器入口烟道22；所述烟道外分析系统包括10个分析支管5，分析支管5汇聚连接到分析混合器7，分析混合器7另一端顺序连接分析混合管8和分析仪9；所述分析支管5入口设置在取样支管2进入取样混合器3前的管道上，每个分析支管5上设有气动开关阀6；所述分析仪9的出口连入取样混合管4或空预器入口烟道22；所述喷氨格栅分区系统设置在SCR反应器入口处，包括喷氨总管10、喷氨分区支管11、喷氨分区次母管12、喷氨支管13、总量控制阀14、分区调平阀15、旁路分区调平阀16和氨流量计17；所述旁路分区调平阀16与分区调平阀15并联；所述氨流量计17设在分区调平阀15的上游支管处；还包括垂直连接于取样器1的取样器支管18，所述取样器1和取样器支管18整体为耙式结构，取样器支管18的自由端为取样口19；所述取样器支管18的长度为0.5m，相邻取样器支管18的间距为1m；还包括反吹扫热风管道21，所述反吹扫热风管道21与分析仪9、分析支管5和取样支管2连接；所述取样器1与取样支管2数量一致；取样支管2的数量与喷氨格栅分区数量一致；所述分析支管5的数量与取样支管2的数量一致；取样支管2、分析支管5和分析仪9管道外还设有电热保温装置。
实施例2：如图1、2和4所示，一种火力发电厂脱硝SCR反应器精准喷氨装置，包括SCR反应器、烟气抽取分析系统和喷氨格栅分区系统，所述烟气抽取分析系统设置在SCR反应器出口处，包括烟道内部取样管系统和烟道外分析系统；所述烟道内部取样管系统包括12个取样器1，与取样器1连接的12个取样支管2，取样支管2汇聚连接到取样混合器3,取样混合器3另一端接入空预器入口烟道22；所述烟道外分析系统包括12个分析支管5，分析支管5汇聚连接到分析混合器7，分析混合器7另一端连接分析仪9；所述分析支管5入口设置在取样支管2进入取样混合器3前的管道上，每个分析支管5上设有气动开关阀6；所述分析仪9的出口连入取样混合管4或空预器入口烟道22；所述喷氨格栅分区系统设置在SCR反应器入口处，包括喷氨总管10、喷氨分区支管11、喷氨分区次母管12、喷氨支管13、总量控制阀14、分区调平阀15、旁路分区调平阀16和氨流量计17；所述旁路分区调平阀16与分区调平阀15并联；所述氨流量计17设在分区调平阀15的上游支管处。
实施例3：如图1-4所示，一种火力发电厂脱硝SCR反应器精准喷氨装置，包括SCR反应器、烟气抽取分析系统和喷氨格栅分区系统，所述烟气抽取分析系统设置在SCR反应器出口处，包括烟道内部取样管系统和烟道外分析系统；所述烟道内部取样管系统包括8个取样器1，与取样器1连接的8个取样支管2，取样支管2汇聚连接到取样混合器3,取样混合器3另一端接入空预器入口烟道22；所述烟道外分析系统包括8个分析支管5，分析支管5汇聚连接到分析混合器7，分析混合器7另一端连接分析仪9；所述分析支管5入口设置在取样支管2进入取样混合器3前的管道上，每个分析支管5上设有气动开关阀6；所述分析仪9的出口连入取样混合管4或空预器入口烟道22；所述喷氨格栅分区系统设置在SCR反应器入口处，包括喷氨总管10、喷氨分区支管11、喷氨分区次母管12、喷氨支管13、总量控制阀14、分区调平阀15、旁路分区调平阀16和氨流量计17；所述旁路分区调平阀16与分区调平阀15并联；所述氨流量计17设在分区调平阀15的上游支管处；还包括垂直连接于取样器1的取样器支管18，所述取样器1和取样器支管18整体为耙式结构，取样器支管18的自由端为取样口19；所述取样器支管18的长度为3m，相邻取样器支管18的间距为6m。
实施例4：如图1-4所示，一种火力发电厂脱硝SCR反应器精准喷氨装置，包括SCR反应器、烟气抽取分析系统和喷氨格栅分区系统，所述烟气抽取分析系统设置在SCR反应器出口处，包括烟道内部取样管系统和烟道外分析系统；所述烟道内部取样管系统包括10个取样器1，与取样器1连接的10个取样支管2，取样支管2汇聚连接到取样混合器3,取样混合器3另一端接入空预器入口烟道22；所述烟道外分析系统包括10个分析支管5，分析支管5汇聚连接到分析混合器7，分析混合器7另一端连接分析仪9；所述分析支管5入口设置在取样支管2进入取样混合器3前的管道上，每个分析支管5上设有气动开关阀6；所述分析仪9的出口连入取样混合管4或空预器入口烟道22；所述喷氨格栅分区系统设置在SCR反应器入口处，包括喷氨总管10、喷氨分区支管11、喷氨分区次母管12、喷氨支管13、总量控制阀14、分区调平阀15、旁路分区调平阀16和氨流量计17；所述旁路分区调平阀16与分区调平阀15并联；所述氨流量计17设在分区调平阀15的上游支管处；还包括垂直连接于取样器1的取样器支管18，所述取样器1和取样器支管18整体为耙式结构，取样器支管18的自由端为取样口19；所述取样器支管18的长度为1.5m，相邻取样器支管18的间距为3m；还包括反吹扫热风管道21，所述反吹扫热风管道21与分析仪9、分析支管5和取样支管2连接；所述取样器1与取样支管2数量一致；取样支管2的数量与喷氨格栅分区数量一致；所述分析支管5的数量与取样支管2的数量一致；取样支管2、分析支管5和分析仪9管道外还设有电热保温装置。
实施例5：如图1-4所示，一种火力发电厂脱硝SCR反应器精准喷氨装置，包括SCR反应器、烟气抽取分析系统和喷氨格栅分区系统，所述烟气抽取分析系统设置在SCR反应器出口处，包括烟道内部取样管系统和烟道外分析系统；所述烟道内部取样管系统包括10个取样器1，与取样器1连接的10个取样支管2，取样支管2汇聚连接到取样混合器3,取样混合器3另一端接入空预器入口烟道22；所述烟道外分析系统包括10个分析支管5，分析支管5汇聚连接到分析混合器7，分析混合器7另一端连接分析仪9；所述分析支管5入口设置在取样支管2进入取样混合器3前的管道上，每个分析支管5上设有气动开关阀6；所述分析仪9的出口连入取样混合管4或空预器入口烟道22；所述喷氨格栅分区系统设置在SCR反应器入口处，包括喷氨总管10、喷氨分区支管11、喷氨分区次母管12、喷氨支管13、总量控制阀14、分区调平阀15、旁路分区调平阀16和氨流量计17；所述旁路分区调平阀16与分区调平阀15并联；所述氨流量计17设在分区调平阀15的上游支管处；还包括垂直连接于取样器1的取样器支管18，所述取样器1和取样器支管18整体为耙式结构，取样器支管18的自由端为取样口19；所述取样器支管18的长度为1m，相邻取样器支管18的间距为2m；还包括反吹扫热风管道21，所述反吹扫热风管道21与分析仪9、分析支管5和取样支管2连接；所述取样器1与取样支管2数量一致；取样支管2的数量与喷氨格栅分区数量一致；所述分析支管5的数量与取样支管2的数量一致。
以实施例1为例，说明本实用新型的工作原理：
火力发电厂脱硝SCR反应器精准喷氨装置，包括SCR反应器、烟气抽取分析系统和喷氨格栅分区系统，烟气抽取分析系统设置在SCR反应器出口处，包括烟道内部取样管系统和烟道外分析系统；烟道内部取样管系统包括多个取样器1，为了扩展取样区域，增加取样点位，使取样烟气组成反应实际情况，还包括垂直连接于取样器1的取样器支管18，所述取样器1和取样器支管18整体为耙式结构，取样器支管18的自由端为取样口19；取样器支管的长度为0.5m-3m，相邻取样器支管的间距为1m-6m，使取样测量值能够代表整个截面的平均NOX浓度以及NOX浓度分布；烟气从取样器1进入取样管系统，经过与取样器1连接的取样支管2，取样器1与取样支管2数量一致，取样支管2汇聚连接到取样混合器3,取样混合器3另一端连接取样混合管4，烟气经过取样混合管4接入空预器入口烟道22；烟道外分析系统包括多个分析支管5，分析支管5的数量与取样支管2数量一致，分析支管5汇聚连接到分析混合器7，分析混合器7另一端顺序连接分析混合管8和分析仪9；分析支管5入口设置在取样支管2进入取样混合器3前的管道上，每个分析支管5上设有气动开关阀6，为了得到单区域或全截面烟气组分，气动开关阀6可以同时打开或依次打开，同时打开时获取整个界面的烟气平均浓度，依次打开时获取每个分区烟气浓度，以实现实时监测SCR反应器出口NOX分布情况和总需氨量，由此得到需要的分区烟气成分测量值；烟气从取样支管2内分流进入分析支管5，由气动开关阀6控制进入分析仪9；分析仪9出口连接取样混合管4或进入空预器入口烟道22，分析后的烟气经此通路汇入取样烟气；所述喷氨装置还包括反吹扫热风管道21，反吹扫热风管道21与分析仪9、分析支管5和取样支管2连接，定时对取样支管2、分析仪9和分析支管5进行吹扫，防止它们被烟气中的粉尘堵塞。为了防止取样支管2和分析支管5被烟气中的硫酸氢铵结晶发生堵塞，还在取样支管2、分析支管5和分析仪9管道外设有电热保温装置，对烟道外烟气管道进行保温。喷氨格栅分区系统设置在SCR反应器入口处，包括喷氨总管10、喷氨分区支管11、喷氨分区次母管12、喷氨支管13、总量控制阀14、分区调平阀15、旁路分区调平阀16和氨流量计17，NH3经喷氨格栅喷入SCR反应器，喷氨量根据取样分析得到的实时烟气组分自动调整；取样支管2的数量与喷氨格栅分区数量一致，旁路分区调平阀16与分区调平阀15并联，旁路分区调平阀16与总量控制阀14可同时动作或在总量控制阀14失效时启动；氨流量计17设置在分区调平阀15的上游支管处，记录喷氨量，校验分区调平阀15调节效果，对系统喷氨量和分区脱硝效率进行校核。
Claims (6)
1.一种火力发电厂脱硝SCR反应器精准喷氨装置，其特征在于：包括SCR反应器、烟气抽取分析系统和喷氨格栅分区系统，所述烟气抽取分析系统设置在SCR反应器出口处，包括烟道内部取样管系统和烟道外分析系统；所述烟道内部取样管系统包括多个取样器(1)，与取样器(1)连接的取样支管(2)，取样支管(2)汇聚连接到取样混合器(3),取样混合器(3)另一端接入空预器入口烟道(22)；所述烟道外分析系统包括多个分析支管(5)，分析支管(5)汇聚连接到分析混合器(7)，分析混合器(7)另一端连接分析仪(9)；所述分析支管(5)入口设置在取样支管(2)进入取样混合器(3)前的管道上，每个分析支管(5)上设有气动开关阀(6)；所述分析仪(9)的出口连入取样混合管(4)或空预器入口烟道(22)；所述喷氨格栅分区系统设置在SCR反应器入口处，包括喷氨总管(10)、喷氨分区支管(11)、喷氨分区次母管(12)、喷氨支管(13)、总量控制阀(14)、分区调平阀(15)、旁路分区调平阀(16)和氨流量计(17)；所述旁路分区调平阀(16)与分区调平阀(15)并联；所述氨流量计(17)设在分区调平阀(15)的上游支管处。
2.根据权利要求1所述的火力发电厂脱硝SCR反应器精准喷氨装置，其特征在于：还包括垂直连接于取样器(1)的取样器支管(18)，所述取样器(1)和取样器支管(18)整体为耙式结构，取样器支管(18)的自由端为取样口(19)。
3.根据权利要求2所述的火力发电厂脱硝SCR反应器精准喷氨装置，其特征在于：所述取样器支管(18)的长度为0.5m-3m，相邻取样器支管(18)的间距为1m-6m。
4.根据权利要求1所述的火力发电厂脱硝SCR反应器精准喷氨装置，其特征在于：还包括反吹扫热风管道(21)，所述反吹扫热风管道(21)与分析仪(9)、分析支管(5)和取样支管(2)连接。
5.根据权利要求1所述的火力发电厂脱硝SCR反应器精准喷氨装置，其特征在于：所述取样器(1)与取样支管(2)数量一致；取样支管(2)的数量与喷氨格栅分区数量一致；所述分析支管(5)的数量与取样支管(2)的数量一致。
6.根据权利要求1所述的火力发电厂脱硝SCR反应器精准喷氨装置，其特征在于：取样支管(2)、分析支管(5)和分析仪(9)管道外还设有电热保温装置。
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