CN215138492U - 一种基于cfd模型的脱硝喷氨调控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于CFD模型的脱硝喷氨调控系统，包括总管(1)、一级支管(2)、二级喷氨支管(3)和喷氨格栅(4)，所述的总管(1)连接有多根一级支管(2)，每根一级支管(2)设有调节阀组(5)且连接有多根二级喷氨支管(3)，每根二级喷氨支管(3)设有调节阀(6)且连接喷氨格栅(4)，所有的喷氨格栅(4)设置在反应器内且在反应器断面中均匀分布。与现有技术相比，本实用新型可以实现精准喷氨。

Description

一种基于CFD模型的脱硝喷氨调控系统

技术领域

本实用新型涉及环保设备制造技术领域，具体涉及一种基于CFD模型的脱硝喷氨调控系统。

背景技术

随着社会经济的不断发展，环保要求日益严格，煤电、钢铁、石化、化工、建材、纺织、造纸等行业排放废气需进行氮氧化物脱除(简称脱硝)或脱硝系统改造，同时控制脱硝系统氨逃逸。

选择性催化还原法(SCR)是脱除烟气中氮氧化物最为常用也是最为有效的方法，被广泛地应用于各工业烟气处理系统中，其主要原理是采用液氨或氨水作为还原剂，气化后，将其与空气混合后喷入SCR反应器上游的烟道中，在催化剂的作用下与烟气中的氮氧化物进行反应生成无害的氮气和水，从而达到脱硝效果，其中氨与氮氧化物的混合和分布效果是影响烟气脱硝效率的关键因素之一。目前普遍采用的是喷氨格栅的方法，喷氨格栅的主要作用是将含氨空气均匀地喷入烟气中。常用的喷氨格栅由多条平行的喷氨管组成，每根喷氨管上设置若干氨气喷嘴。然而，在实际运行中，由于管道的沿程阻力、烟道截面烟气流速分布不均等综合因素的影响，不同喷氨管上的不同氨气喷嘴的喷氨量相差较大，导致烟道截面上氨的分布极不均匀，严重影响了脱硝效率，并增大了氨逃逸率，且由于负荷变化较大，NOx变化也比较大，为保证达标排放，只能过量喷氨，而逸出的氨会与烟气中的SO₃和H₂O反应生成硫酸氢氨(ABS)，烟温降低后ABS易附着在后段设备的表面造成设备堵塞、系统阻力增大，进而被迫停产或减产进行设备清理，给系统的安全运行带来负面影响。

实用新型专利CN201520476953.5公开了一种用于工业烟气选择性催化还原脱硝装置的喷氨格栅，包括二级喷氨支管和喷氨格栅，喷氨格栅设置于脱硝装置的烟道内，烟道截面上分为面积相同的九个区域。该喷氨格栅既可保证喷氨的均匀性，又可以有效防堵防蚀，优化氨和烟气中氮氧化物的均匀混合效果，提高了脱硝效率，并有效降低了氨逃逸率。但是，该喷氨格栅的调节能力有限，较难实现对喷氨位置和喷氨量的精准控制。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于CFD模型的脱硝喷氨调控系统，可以实现精准喷氨。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于CFD模型的脱硝喷氨调控系统，包括总管、一级支管、二级喷氨支管和喷氨格栅，所述的总管连接有多根一级支管，每根一级支管设有调节阀组且连接有多根二级喷氨支管，每根二级喷氨支管设有调节阀且连接多根反应器内喷氨格栅，所有的喷氨格栅设置在反应器内且在反应器断面中均匀分布。

本实用新型系统采用分区设计控制思想，几根支管合并为一个分区，每个分区负责一部分反应器断面上氨气的喷洒并设有调节阀组进行调控，进一步地，每个分区内设有多根二级喷氨支管并分别设有调节阀对每根二级喷氨支管进行调控，可根据CFD模型模拟结果对各阀的开度进行调整，通过层层分级控制，进而精确调整系统喷氨量。

优选地，所述的总管一端连接一级支管，另一端连接氨空混合器，所述的氨空混合器连接有氨气管道和稀释风管道。

进一步优选地，所述的氨气管道上设有总氨气调节阀组。

更进一步优选地，所述的总氨气调节阀组包括总氨气阀前阀、总氨气电动调节阀、总氨气阀后阀和总氨气旁路调节阀。此种阀组设计方式可实现氨气通过量的精确稳定调节，易于检修并更为安全。

优选地，所述的调控系统还包括微型控制器，所述的微型控制器连接总氨气调节阀组。

优选地，所述的氨气管道和稀释风管道上均设有流量计。

优选地，所述的一级支管上均设有流量计。通过流量计数值调节电动调节阀(单座直通阀)开度，可以精确调节各一级支管通过的氨气量。

优选地，所述的总管连接3根以上一级支管，每根一级支管连接9根二级喷氨支管，每根二级喷氨支管连接2根喷氨格栅。可根据需求灵活设计总管上一级支管连接数量、一级支管上二级喷氨支管连接数量。

优选地，所述的调节阀组包括阀前阀、电动调节阀、阀后阀和旁路调节阀。

优选地，每根二级喷氨支管上设置的调节阀为不锈钢手动球阀。手动球阀流通面积较现有技术中常使用的蝶阀大，同时手动球阀可以在0～100％开度范围内进行调节，蝶阀中部设有阀杆，调节不灵敏。

本实用新型系统结构设计和使用流程是，先做CFD模拟设计，根据CFD模拟设计结果调整喷氨格栅分区控制数量，微调每根二级喷氨支管上的手动球阀开度，反馈调整CFD模拟设计，进而精确调整每根二级喷氨支管通过的氨气量以及喷氨格栅的喷气量，过程中对位于反应器内部的喷氨格栅不做调整，只是调整外部的支管分区和阀门开度。

可基于CFD模型对本实用新型系统进行分区调节控制，通过CFD模拟结果，通过速度场和氨分布场预估反应器断面中污染物浓度分布，精准调节反应器前端喷氨格栅处电动调节阀(单座直通阀)和手动球阀，实现喷氨量分布与反应器断面中NOx浓度分布基本一致。通过增加微型控制器对总氨气电动调节阀的连锁控制，提前控制脱硝喷氨系统阀门动作趋势，减少氨逃逸率，节约氨喷入量，实现节能降耗与精准控制。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1.本实用新型系统以喷氨总量控制为主，分区喷氨控制为辅，设置联锁条件，根据初步CFD报告，设置喷氨分区，优化CFD模型及分区喷氨调节的速度及幅度，实现精准喷氨和节能降耗的目的；

2.本实用新型通过分区和分级控制思想，可实现喷氨量分布与反应器断面中NOx浓度分布基本一致，提高脱硝效率；

3.本实用新型通过增加微型控制器对总氨气调节阀组进行联锁控制，提前控制脱硝喷氨系统阀门动作趋势，减少氨逃逸率，节约氨喷入量，实现节能降耗与精准控制；

4.本实用新型通过手动球阀的选择，提高流通面积，可以在0～100％开度范围内进行调节，调节范围更大且更灵敏；

5.本实用新型通过流量计的设置，对管道内气体流量进行监测，配合调节阀精确调节各一级支管通过的氨气量；

6.本实用新型可确保氨逃逸达标排放，每年可以降低耗氨量8％～10％，减少稀释风机电耗8％～10％。

附图说明

图1为本实用新型基于CFD模型的脱硝喷氨调控系统的结构示意图；

图2为基于CFD模型对本实用新型系统进行设计和使用的流程图；

图中：1-总管，2-一级支管，3-二级喷氨支管，4-喷氨格栅，5-调节阀组，51-阀前阀，52-电动调节阀，53-阀后阀，54-旁路调节阀，6-调节阀，7-氨空混合器，8-氨气管道，9-稀释风管道，10-总氨气调节阀组，101-总氨气阀前阀，102-总氨气电动调节阀，103-总氨气阀后阀，104-总氨气旁路调节阀，11-流量计，12-稀释风机，13-氨气缓冲罐。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种基于CFD模型的脱硝喷氨调控系统，如图1所示，采用分区设计控制思想，将反应器断面均分为多个不同的分区，每个分区通过相应的一级支管2进行控制，在一级支管2上设有调节阀组5和流量计11，一级支管2一端连接总管1，另一端连接多根二级喷氨支管3，每根二级喷氨支管3上设有调节阀6并连接喷氨格栅4。多根一级支管2在总管1上汇合，总管1上设有氨空混合器7，氨空混合器7连接氨气管道8和稀释风管道9，氨气管道8连接氨气缓冲罐13并设有总氨气调节阀组10和流量计11，稀释风管道9连接稀释风机12并设有流量计11。

具体的，调节阀6为不锈钢手动球阀，调节阀组5包括阀前阀51、电动调节阀52、阀后阀53和旁路调节阀54，总氨气调节阀组10包括总氨气阀前阀101、总氨气电动调节阀102、总氨气阀后阀103和总氨气旁路调节阀104，系统中还设有微型控制器，微型控制器连接总氨气电动调节阀102。

实施例2

一种基于CFD模型的脱硝喷氨调控系统的设计及使用方法，如图2所示，具体包括以下步骤：

(1)根据项目的烟气量、烟气温度、NOx浓度、喷氨量和反应器前后段烟道布置、反应器本体布置、喷氨格栅、烟道导流板等布置方式，先进行初步的CFD模拟，根据C_V值的初步要求，得出初步的CFD报告。

(2)根据CFD报告中的速度场分布情况设计如实施例1所述的基于CFD模型的脱硝喷氨调控系统。

(3)通过CFD模拟报告中催化剂上游氨浓度场分布示意图，根据规律，设计调整各个二级喷氨支管3的调节阀6(手动球阀)开度参数，与对应分区的调节阀组5配合。

(3)输入分区组数和手动球阀开度的定值，重新进行CFD模拟，控制CFD速度场分布C_V值＜10％，氨浓度场分布C_V值≤3％，并得出最终的CFD模型。

(4)通过模拟烟气流量、NOx浓度等变量，通过物料平衡计算及分析历史数据得出不同模拟工况下的喷氨量、一体化设计中调节阀的开度等数据，形成操作曲线，同时分配至各个分区的调节阀开度和流量等操作曲线，设置微型控制器，将其与总氨气调节阀组10联锁。

(5)以喷氨总量控制为主，分区喷氨控制为辅，设置联锁条件，优化分区喷氨调节的速度及幅度，实现精准喷氨和节能降耗的目的。

(6)通过CFD深度优化模拟和分区设置喷氨格栅和控制系统，以喷氨总量控制为主，分区喷氨控制为辅，精准控制系统喷氨量，同时根据CFD深度优化模拟结果布设氨逃逸测量点，可确保氨逃逸达标排放，每年可以降低耗氨量8％～10％。减少稀释风机电耗8％～10％。

实施例3

一种基于CFD模型的脱硝喷氨调控系统的设计及使用方法，具体包括以下步骤：

(1)输入系统负荷、烟气量、温度、污染物浓度等数据，根据原系统氨氮摩尔比系数等数据，建立初步CFD模拟。

(2)初步设计分区的基于CFD模型的脱硝喷氨调控系统，将反应器断面等分为多个分区，分区数N为正整数且N≥3，每一个分区连接一根一级支管2并设置一个调节阀组5，每根一级支管连接多根二级喷氨支管3并在每根二级喷氨支管3上设置调节阀6，多根一级支管2连接同一个总管1，总管1连接一个氨空混合器7，氨空混合器7连接氨气管道8和稀释风管道9，氨气管道8上设有总氨气调节阀组10，调节阀6的开度根据初步CFD结果进行确定，调节阀组5的开度变化趋势与总氨气调节阀组10的开度变化趋势一致。

(3)按照100％负荷工况，根据初步CFD模拟结果，调整各分区中的调节阀6，重新进行CFD模拟，直至在最终的CFD模拟中氨浓度场分布情况基本与速度场趋势相似。

总氨气调节阀组10的变化如果仅受出口NOx浓度和氨逃逸监测数据影响，在实际运行中会造成喷氨量的延迟，容易出现超喷或少喷的情况，通过加入内有模拟操作曲线的微型控制器对总氨气调节阀组10进行提前控制，可避免测试仪表数据上传造成的喷氨延迟，从而实现精准喷氨和节能降耗的目的。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于CFD模型的脱硝喷氨调控系统，其特征在于，包括总管(1)、一级支管(2)、二级喷氨支管(3)和喷氨格栅(4)，所述的总管(1)连接有多根一级支管(2)，每根一级支管(2)设有调节阀组(5)且连接有多根二级喷氨支管(3)，每根二级喷氨支管(3)设有调节阀(6)且连接喷氨格栅(4)，所有的喷氨格栅(4)设置在反应器内且在反应器断面中均匀分布。

2.根据权利要求1所述的基于CFD模型的脱硝喷氨调控系统，其特征在于，所述的总管(1)一端连接一级支管(2)，另一端连接氨空混合器(7)，所述的氨空混合器(7)连接有氨气管道(8)和稀释风管道(9)。

3.根据权利要求2所述的基于CFD模型的脱硝喷氨调控系统，其特征在于，所述的氨气管道(8)上设有总氨气调节阀组(10)。

4.根据权利要求3所述的基于CFD模型的脱硝喷氨调控系统，其特征在于，所述的总氨气调节阀组(10)包括总氨气阀前阀(101)、总氨气电动调节阀(102)、总氨气阀后阀(103)和总氨气旁路调节阀(104)。

5.根据权利要求3所述的基于CFD模型的脱硝喷氨调控系统，其特征在于，所述的调控系统还包括微型控制器，所述的微型控制器连接总氨气调节阀组(10)。

6.根据权利要求3～5任一项所述的基于CFD模型的脱硝喷氨调控系统，其特征在于，所述的氨气管道(8)和稀释风管道(9)上均设有流量计(11)。

7.根据权利要求1所述的基于CFD模型的脱硝喷氨调控系统，其特征在于，所述的一级支管(2)上均设有流量计(11)。

8.根据权利要求1所述的基于CFD模型的脱硝喷氨调控系统，其特征在于，所述的总管(1)连接3根以上一级支管(2)，每根一级支管(2)连接9根二级喷氨支管(3)，每根二级喷氨支管(3)连接2根喷氨格栅(4)。

9.根据权利要求1所述的基于CFD模型的脱硝喷氨调控系统，其特征在于，所述的调节阀组(5)包括阀前阀(51)、电动调节阀(52)、阀后阀(53)和旁路调节阀(54)。

10.根据权利要求1所述的基于CFD模型的脱硝喷氨调控系统，其特征在于，所述的调节阀(6)为不锈钢手动球阀。

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