专利名称：一种scr法烟气脱硝流场冷态测试系统及方法
技术领域：
本发明涉及SCR法烟气脱硝工程，特别是一种SCR法烟气脱硝流场冷态测试系统及方法，流场模型试验研究作为SCR法烟气脱硝工程设计的核心部分，直接影响到脱硝工程设计和运行的优劣。
背景技术：
近年来随着我国经济的发展，对电的需求大幅度地增加，极大地增加了煤的消耗。大量煤在燃烧过程中释放出的S02、NOx等污染物带来严重的酸雨和其他环境污染问题。与SO2相比，NOx不但对酸雨的行程影响很大，而且还是光化学烟雾行程的催化剂，其对大气的污染要远大于SO2行程的污染。对于烟气脱硝技术，目前常用的有SCR法、SNCR法和SCR+SNCR法。SCR法脱硫技术与1972年在日本开始正式研究和开发，并于1978年实现了工业化。1979年工业规模的烟气脱硫装置在日本Kudamatsu发电厂率先投入运行，1983年在日本竹原电厂3号机组700丽全负荷应用成功，勵^兑除率达到80%。继日本之后，德国于1980年代中期引进了 SCR法脱硝技术。在1990年空气净化修正案的推动下，美国联邦政府、学术界和工业界也针对SCR法技术的研究、开发和推广增加资金投入和研究力度，1993年美国第一套燃煤系统SCR法脱硝装置在新泽西州的285MW热电厂建成投产，装置运转稳定。我国SCR法烟气脱硝工程是从2005年正式开始启动建设，已取得长足的发展。在脱硝装置进行装备之前，需要进行必要的冷态物理模型试验，该实验的目的是通过在冷态一定比例的物理模型中对脱硝装置烟道系统内流体的流场进行模拟和模化试验，对系统内包括流体调节装置及导流板、氨喷射系统、飞灰整流器等部件进行优化设计，以保证取得均匀的烟气流动分布，良好的混合并维持脱硝系统低的压降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种SCR法烟气脱硝流场冷态测试系统及方法，对SCR法烟气脱硝方法进行冷态数值模拟，在设计新反应器或新反应器投入运行时，可通过模化试验或冷态试验来了解，掌握其流动规律，验证和修改设计及运行方案；对已有运行不正常的设备，可通过模化或冷态试验找出其改正的措施。因此该发明是省时省力、效率高、灵活性强的一种试验方法。为实现上述目的，本发明采取的技术方案为:一种SCR法烟气脱硝流场冷态测试系统，包括与省煤器出口相连的转向室，转向室与弯管状的入口段I连接，入口段I通过竖直管状的氨喷射段与入口段II相连，入口段II连接SCR反应器的上端，SCR反应器的下端依次连接出口段I和出口段II，出口段II与空气预热器相连，SCR反应器由上而下包括导流段、整流层、催化剂反应室，导流段设导流板，整流层设整流板，整流层的整流板形成的整理格栅下游布置飘带，PDA系统对速度和浓度的测点均设在导流板和整流板之间，在导流板与出口段间设有压力测试点测量系统导流板到出口之间的压力损失，系统出口处有在线烟气分析仪连接点，示踪颗粒/气体在省煤器出口及氨喷射段设有其加入口，观察积灰并通过出口烟气分析仪分析出口气体分布。所述的整流层设静态混合器，催化剂反应室包括一层预留催化剂层、二层初始催化剂层。所述的氨喷射段内设有喷氨格栅。所述的转向室、入口段1、氨喷射段、入口段I1、导流段、整流层、催化剂反应室、出口端I和出口段II均采用不锈钢结合有机玻璃制作，它们之间采用法兰连接，法兰之间将加装密封垫圈，法兰和烟道之间采用环氧树脂粘结；烟道风机和烟道部分之间加装缓冲段；支架将采用碳钢。所述的PDA系统对流场气体速度进行测量，该系统采用的激光光源为氩离子激光器，最大输出功率为5W，输出功率持续可调。所述的压差测量系统压力降在导流板与出口间之间测量。压力测量在模型试验最大流量条件下进行。所述的在线烟气分析仪器，快速获得装置内气体成分的分布情况，从而获得脱硝过程中氨气的分布规律。所述的飘带试验，是确定在第一层催化剂前的烟气流动方向满足催化剂入口速度分布的设计要求。一种SCR法烟气脱硝流场冷态测试方法，包括步骤如下(I)通过CFD即计算流体动力学，数值模拟计算工况评估脱硝装置在锅炉实际煤种锅炉最大连续蒸发量BMCR、额定出力工况THA、75%THA、35%BMCR和校核煤种100%THA、50%THA负荷下的运行状况，分别注入根据各工况计算的当量示踪颗粒/气体；(2)通过PDA系统对速度分布进行测量，得速度分布变化系数，以RMS均方根误差来定义，速度分布变化系数的RMS不超过15% ；(3)在系统入口借助标准DIN/IS0孔或文丘里管测量流量，除低负荷下的灰沉降试验要求流速较低外(灰分输运的相似性要求灰分沉降试验的流速较低)，其余试验中的模型内流速均要求雷诺数达到IO5数量级；(4)在各弯头、内部的导流段，整流段入口，第一层催化剂层入口(静压)，最后一层催化剂层出口，空气预热器入口的位置借助Testo520差压仪、毕托管进行压力和压差测量，在BMCR (锅炉最大连续蒸发量)工况、安装有催化剂层的条件下，测量省煤器出口与空气预热器之间的烟气总压降，脱硝总压降不超过SOOpa ；(5)对系统出口处的氨氮浓度分布采用在线烟气分析仪进行测量，得氨/氮摩尔比分布变化系数，以RMS均方根误差来定义，氨/氮摩尔比分布变化系数RMS不超过5%，(6)热电偶测量催化剂反应室入口温度T，入口测点温度全部在入口所有测点平均温度的±10°c范围内；(7)通过积灰试验，验证省煤器出口部分的烟道和导流板设计，模型烟道内不出现肉眼可视的积灰现象；(8)验证烟气均流装置的设计，速度分布变化系数，以RMS均方根误差来定义，不超过15%，烟气入射催化剂角度(与垂直方向的夹角)< 10°，保证各个工况下反应器入口烟气气流流动方向偏差；
(9)验证空气预热器入口部分烟道和导流板的设计，使空气预热器入口烟气速度分布在平均流速的± 15%以内，即入口通过PDA所得的所有速度测点数值在所有测点平均值的±15%以内，保证进入空气预热器的气流均匀；压降高于设置要求时，整体调整系统的导流、整流段(如尺寸、比例)；氨氮比不在设计范围内时，调整入口处的导流板(如尺寸、弧度)使得混合更均匀；系统内出现积灰时，可在前置灰斗与水平烟道相接处布置挡灰板，在上升烟道与水平烟道处设置锁气给粉器或吹灰管。改进后重复上述步骤直到符合条件。所述的均方根误差亦称标准误差，其定义为:i=l，2，3，…n，在有限测量次数中，
均方根误差常用下式表示
权利要求
1.一种SCR法烟气脱硝流场冷态测试系统，其特征是，包括与省煤器出口相连的转向室，转向室与弯管状的入口段I连接，入口段I通过竖直管状的氨喷射段与入口段II相连，入口段II连接SCR反应器的上端，SCR反应器的下端依次连接出口段I和出口段II，出口段II与空气预热器相连，SCR反应器由上而下包括导流段、整流层、催化剂反应室，导流段设导流板，整流层设整流板，整流层的整流板形成的整理格栅下游布置飘带，PDA系统对速度和浓度的测点均设在导流板和整流板之间，在导流板与出口段间设有压力测试点测量系统导流板到出口之间的压力损失，系统出口处有在线烟气分析仪连接点，示踪颗粒/气体在省煤器出口及氨喷射段设有其加入口，观察积灰并通过出口烟气分析仪分析出口气体分布。
2.根据权利要求1所述的一种SCR法烟气脱硝流场冷态测试系统，其特征是，所述的整流层设静态混合器，催化剂反应室包括一层预留催化剂层、二层初始催化剂层。
3.根据权利要求1所述的一种SCR法烟气脱硝流场冷态测试系统，其特征是，所述的氨喷射段内设有喷氨格栅。
4.根据权利要求1所述的一种SCR法烟气脱硝流场冷态测试系统，其特征是，所述的转向室、入口段1、氨喷射段、入口段I1、导流段、整流层、催化剂反应室、出口端I和出口段II均采用不锈钢结合有机玻璃制作，它们之间采用法兰连接，法兰之间将加装密封垫圈。
5.一种利用权利要求1所述的系统进行SCR法烟气脱硝流场冷态测试的方法，其特征是，包括步骤如下:(1)通过CFD即计算流体动力学，数值模拟计算工况评估脱硝装置在锅炉实际煤种锅炉最大连续蒸发量BMCR、额定出力工况THA、75%THA、35%BMCR和校核煤种100%THA、50%THA负荷下的运行状况，分别注入根据各工况计算的当量示踪颗粒/气体；(2)通过PDA系统对速度分布 进行测量，得速度分布变化系数，以RMS均方根误差来定义，速度分布变化系数的RMS不超过15% ；(3)在系统入口借助标准DIN/ISO孔或文丘里管测量流量，除低负荷下的灰沉降试验要求流速较低外，其余试验中的模型内流速均要求雷诺数达到IO5数量级；(4)在各弯头、内部的导流段，整流段入口，第一层催化剂层入口，最后一层催化剂层出口，空气预热器入口的位置借助TestO520差压仪、毕托管进行压力和压差测量，在锅炉最大连续蒸发量工况、安装有催化剂层的条件下，测量省煤器出口与空气预热器之间的烟气总压降，脱硝总压降不超过SOOpa ；(5)对系统出口处的氨氮浓度分布采用在线烟气分析仪进行测量，得氨/氮摩尔比分布变化系数，以RMS均方根误差来定义，氨/氮摩尔比分布变化系数RMS不超过5% ；(6)热电偶测量催化剂反应室入口温度T，入口测点温度全部在入口所有测点平均温度的±10°C范围内；(7)通过积灰试验，验证省煤器出口部分的烟道和导流板设计，模型烟道内不出现肉眼可视的积灰现象；(8)验证烟气均流装置的设计，速度分布变化系数，以RMS均方根误差来定义，不超过15%，烟气入射催化剂角度与垂直方向的夹角< 10°，保证各个工况下反应器入口烟气气流流动方向偏差；(9)验证空气预热器入口部分烟道和导流板的设计，使空气预热器入口烟气速度分布在平均流速的土 15%以内，即入口通过PDA所得的所有速度测点数值在所有测点平均值的±15%以内，保证进入空气预热器的气流均匀；压降高于设置要求时，整体调整系统的导流整流系统；氨氮比不在设计范围内时，调整入口处的导流板使得混合更均匀；系统内出现积灰时，可在前置灰斗与水平烟道相接处布置挡灰板，在上升烟道与水平烟道处设置锁气给粉器或吹灰管。
6.根据权利要求5所述的SCR法烟气脱硝流场冷态测试的方法，其特征是，所述的均方根误差亦称标准误差，其定义为:i=l，2，3，…n，在有限测量次数中，均方根误差常用下式表示
全文摘要
本发明涉及一种SCR法烟气脱硝流场冷态测试系统及方法，PDA系统对速度和浓度的测点均设在导流板和整流板之间，在导流板与出口段间设有压力测试点测量系统导流板到出口之间的压力损失，系统出口处有在线烟气分析仪连接点，示踪颗粒/气体在省煤器出口及氨喷射段设有其加入口，观察积灰并通过出口烟气分析仪分析出口气体分布，评估脱硝装置在锅炉实际煤种BMCR、THA、75%THA、35%BMCR和校核煤种1THA、50%THA负荷下的运行状况。对SCR法脱硝工程烟气系统和气体的注入装置的优化设计起到有效的指导作用，从而有效保证脱硝项目设计的各项性能指标，节约建设成本。
文档编号G01M9/08GK103076151SQ201310019599
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月21日 优先权日2013年1月21日
发明者王志强, 于洲, 马春元 申请人:山东大学