CN109289517A - 选择性催化还原脱硝装置催化剂防磨方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种选择性催化还原脱硝装置催化剂防磨方法，包括：基于脱硝装置的尺寸和结构，建立包含锅炉省煤器出口和脱硝装置反应器的三维几何模型，并将三维几何模型离散化，创建网格模型；确定SCR脱硝入口气固两相流非均匀性边界条件，将所述非均匀性边界条件作为数值模拟的入口边界条件；数值模拟选择性催化还原脱硝装置内气固两相流场过程，分析催化剂上方截面气固两相流的不均匀性；在竖直烟道下部安装圆盘型气固两相均流装置；在进入催化剂前的弯折烟道中设置百叶窗导流板。本发明解决了选择性催化还原脱硝装置烟气流场模拟精度低、流场性能诊断与优化失准的问题，提高了脱硝装置的脱硝效率，降低了脱硝装置的氨逃逸率。

Description

选择性催化还原脱硝装置催化剂防磨方法

技术领域

本发明属于燃煤锅炉大气污染控制技术领域，尤其涉及一种选择性催化还原脱硝装置催化剂防磨方法。

背景技术

选择性催化还原脱硝技术是目前脱除烟气中氮氧化物最有效、应用最广泛的技术。采用数值模拟对选择性催化还原脱硝装置的实际烟气流动过程进行模拟，已成为脱硝装置设计、改造的重要手段与内容。

受锅炉与SCR脱硝反应器空间布置的限制，烟道的非对称渐扩、转弯、转弯处截面突变在燃煤机组SCR脱硝***中广泛应用，由此产生了锅炉省煤器出口至首层催化剂之间复杂的气固两相流动，出现的偏风、回流等问题导致烟道壁附近形成流动分离和烟道横截面上形成二次流动，在惯性作用下，烟尘聚集在烟道外侧，导致首层催化剂入口气固两相分布不均匀，局部催化剂严重磨损。并且现有的SCR脱硝流场优化改造方案，基于均匀的入口边界条件，脱硝烟气流场模拟精度低，流场性能诊断与优化失准。

发明内容

本发明的目的是提供一种选择性催化还原脱硝装置催化剂防磨方法，以解决现有选择性催化还原脱硝装置催化剂局部磨损、流场性能诊断与优化失准等问题。

本发明提供了一种选择性催化还原脱硝装置催化剂防磨方法，包括如下步骤：

步骤1，基于脱硝装置的尺寸和结构，建立包含锅炉省煤器出口和脱硝装置反应器的三维几何模型，并将三维几何模型离散化，创建网格模型；

步骤2，根据锅炉省煤器出口实际运行参数的工业性测试结果，结合相似准则、散点插值和图像分割，确定SCR脱硝入口气固两相流非均匀性边界条件，将该非均匀性边界条件作为数值模拟的入口边界条件；

步骤3，数值模拟选择性催化还原脱硝装置内气固两相流场过程，分析催化剂上方截面气固两相流的不均匀性；

步骤4，根据步骤3的分析结果，在竖直烟道下部安装圆盘型气固两相均流装置，用于提高气固两相流在竖直烟道中的均匀性；

步骤5，在进入催化剂前的弯折烟道中设置百叶窗导流板，用于避免大型圆弧直段导流板对烟尘的浓缩作用，促进烟气烟尘流动。

进一步地，步骤2包括：

1)根据GB/T 16157-1996《固定源排气中颗粒和气态污染物的采样方法》的规定，在机组省煤器出口位置进行现场测量；其中，现场测量的参数包括烟气流速、烟尘浓度、烟温；

2)基于获得到的参数数据，利用matlab软件散点插值得到连续分布的脱硝装置非均匀入口边界云图；其中，插值函数选用线性插值函数；

3)利用matlab软件对获得的烟气流速非均匀入口边界云图图片及烟尘浓度非均匀入口边界云图图片分别进行图像分割，将高低流速、高低烟尘浓度分成若干个子区域，将省煤器出口截面对应划分为多个入口，在数值模拟选择性催化还原脱硝装置内气固两相流场过程中为每一个入口设定不同的边界条件；

4)将步骤1)现场测量采集到的烟尘作为样品，利用激光粒度仪测定烟尘粒径分布，将测量结果拟合成Rosin-Rammler分布，并作为数值模拟烟尘的粒径分布。

进一步地，圆盘型气固两相均流装置由多个倾斜布置的圆盘组成。

进一步地，圆盘型气固两相均流装置中圆盘的直径、个数、布置角度基于数值模拟进行计算、比较、筛选来确定，确定的原则为尽可能地降低最上层催化剂上方0.5m截面处的烟尘浓度相对标准偏差。

进一步地，百叶窗导流板由多个弧形板相隔组成，每个弧形板的半径及长度小于大型圆弧直段导流板的半径及长度。

借由上述方案，通过选择性催化还原脱硝装置催化剂防磨方法，解决了选择性催化还原脱硝装置烟气流场模拟精度低、流场性能诊断与优化失准的问题；通过在竖直烟道下部加装圆盘型气固两相均流装置及百叶窗导流板改造降低了催化剂上方烟尘浓度的不均匀程度，提高大粒径烟尘掺混程度，缓解了催化剂的局部磨损，从而提高了脱硝装置的脱硝效率，降低了脱硝装置的氨逃逸率。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明选择性催化还原脱硝装置催化剂防磨方法的流程图；

图2为本发明选择性催化还原脱硝装置的结构示意图。

图中标号：

1-锅炉省煤器出口；2-第一弯折烟道；3-竖直烟道；4-第二弯折烟道；5-反应器；6-第三弯折烟道；21-第一导流板；31-喷氨格栅；32-圆盘型气固两相均流装置；41-百叶窗导流板；51-催化剂层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参图1及图2所示所示，本实施例提供了一种选择性催化还原脱硝装置催化剂防磨方法，包括如下步骤：

步骤S1，基于脱硝装置的尺寸和结构，建立包含锅炉省煤器出口1和脱硝装置反应器的三维几何模型，并将三维几何模型离散化，创建网格模型；

步骤S2，根据锅炉省煤器出口1实际运行参数的工业性测试结果，结合相似准则、散点插值和图像分割，确定SCR脱硝入口气固两相流非均匀性边界条件，将该非均匀性边界条件作为数值模拟的入口边界条件；

步骤S3，数值模拟选择性催化还原脱硝装置内气固两相流场过程，分析催化剂上方截面气固两相流的不均匀性；

步骤S4，根据步骤S3的分析结果，在竖直烟道下部安装圆盘型气固两相均流装置32，用于提高气固两相流在竖直烟道中的均匀性；

步骤S5，在进入催化剂前的弯折烟道(第二弯折烟道4)中设置百叶窗导流板41，用于避免大型圆弧直段导流板对烟尘的浓缩作用，促进烟气烟尘流动(更好地过渡烟气烟尘流动)。

该选择性催化还原脱硝装置催化剂防磨方法，通过在竖直烟道下部加装圆盘型气固两相均流装置及百叶窗导流板改造降低了催化剂上方烟尘浓度的不均匀程度，提高大粒径烟尘掺混程度，缓解了催化剂的局部磨损，从而提高了脱硝装置的脱硝效率，降低了脱硝装置的氨逃逸率。

在本实施例中，步骤S2非均匀性边界条件的确定方法包括如下步骤：

1)根据GB/T 16157-1996《固定源排气中颗粒和气态污染物的采样方法》的规定，在机组省煤器出口位置进行现场测量；其中，现场测量的参数包括烟气流速、烟尘浓度、烟温；

2)基于获得到的参数数据，利用matlab软件散点插值得到连续分布的脱硝装置非均匀入口边界云图；其中，插值函数选用线性插值函数；

3)利用matlab软件对获得的烟气流速非均匀入口边界云图图片及烟尘浓度非均匀入口边界云图图片分别进行图像分割，将高低流速、高低烟尘浓度分成若干个子区域，将省煤器出口截面对应划分为多个入口，在数值模拟选择性催化还原脱硝装置内气固两相流场过程中为每一个入口设定不同的边界条件；

4)将步骤1)现场测量采集到的烟尘作为样品，利用激光粒度仪测定烟尘粒径分布，将测量结果拟合成Rosin-Rammler分布，并作为数值模拟烟尘的粒径分布。

通过该非均匀性边界条件确定方法，能真实体现锅炉省煤器出口气固两相流的不均匀性，解决目前在选择性催化还原脱硝装置均匀入口边界条件下脱硝烟气流场模拟精度低、流场性能诊断与优化失准的问题。

在本实施例中，圆盘型气固两相均流装置32由多个倾斜布置的圆盘组成。圆盘型气固两相均流装置利用驻涡原理，在竖直烟道内产生连续的涡街，随着涡街的逐渐耗散，烟尘浓度逐渐变得均匀。安装圆盘型气固两相均流装置后，烟尘竖直烟道中得到强烈的掺混，整个反应器截面烟尘分布变得均匀。

在本实施例中，圆盘型气固两相均流装置32中圆盘的直径、个数、布置角度基于数值模拟进行计算、比较、筛选来确定，确定的原则为尽可能地降低最上层催化剂上方0.5m截面处的烟尘浓度相对标准偏差。

在本实施例中，百叶窗导流板41由多个弧形板相隔组成，每个弧形板的半径及长度小于大型圆弧直段导流板的半径及长度，可避免大型圆弧直段导流板对烟尘的浓缩作用，更好地过渡烟气烟尘流动。

下面针对某300MW机组选择性催化还原脱硝装置，采用本发明选择性催化还原脱硝装置催化剂防磨方法进行实施的步骤如下：

1)依据实际脱硝装置尺寸和结构，采用AutoCAD软件建立包含锅炉省煤器出口和脱硝装置反应器的三维几何模型，采用Gambit软件将几何模型离散化，创建网格模型。

2)根据GB/T 16157-1996《固定源排气中颗粒和气态污染物的采样方法》的规定，在机组省煤器出口位置现场测量，主要测试烟气流速、烟尘浓度、烟温等参数。

3)将试验获得到的数据，利用matlab软件散点插值得到连续分布的脱硝装置非均匀入口边界云图，插值函数选用线性插值函数。

4)将步骤2)得到的烟气流速、烟尘浓度非均匀入口边界云图图片分别利用matlab软件进行图像分割，将高低流速、高低烟尘浓度分成若干个子区域，将省煤器出口截面对应划分为多个入口，在数值模拟选择性催化还原脱硝装置内气固两相流场过程中为每一个入口设定不同的边界条件。

5)将步骤2)采集到的烟尘作为样品，利用激光粒度仪测定烟尘粒径分布，将测量结果拟合成Rosin-Rammler分布，并作为数值模拟烟尘的粒径分布。

6)根据步骤2)、5)确定边界条件，根据步骤1)确定物理模型，湍流模型采用RNGk-_ε方程，烟尘模拟采用DPM模型。数值模拟选择性催化还原脱硝装置内气固两相流场，分析催化剂上方截面气固两相流的不均匀性。

7)分析催化剂上方截面气固两相流的不均匀性，包括：烟气流速相对标准偏差≤15％、烟气与竖直方向夹角≤10°，尽可能降低烟尘浓度相对标准偏差，并考虑70μm以上大粒径烟尘在催化剂层不存在集中现象。

8)调整圆盘型气固两相均流装置中圆盘的直径、个数、布置角度，进行多工况数值模拟，尽可能地降低最上层催化剂上方0.5m截面处的烟尘相对标准偏差系数。

9)在进入催化剂前的第二弯折烟道中设置百叶窗导流板，百叶窗导流板由多个弧形板相隔组成，每个弧形板采用较小的半径及长度，避免大型圆弧直段导流板对烟尘的浓缩作用，更好地过渡烟气烟尘流动。

本发明根据锅炉省煤器出口实际运行参数的工业性测试结果，结合相似准则、散点插值和图像分割，确定SCR脱硝入口气固两相流非均匀性的边界条件，将此非均匀性边界条件作为数值模拟的入口边界条件，模拟脱硝装置气固两相流动过程，获得脱硝装置内烟气流动和烟尘运动特性，基于脱硝装置内气固两相流运动特性分析催化剂上方截面气固两相流的不均匀性；基于脱硝装置气固两相流场分布的不均匀性分析结果，根据烟气流场、烟尘浓度场、大粒径烟尘的分布情况以及烟道内的导流构件形状、位置，通过在竖直烟道下部安装圆盘型气固两相均流装置，第二弯折烟道安装百叶窗导流板，尽可能地降低催化剂入口截面烟尘浓度相对标准偏差，提高气固两相流场的均匀性，防止局部高浓度烟尘气流冲刷催化剂层，造成催化剂磨损。解决了因气固两相流场不均，而造成的SCR脱硝催化剂局部磨损失效问题。以及在均匀入口边界条件下脱硝烟气流场模拟精度低、流场性能诊断与优化失准的问题。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种选择性催化还原脱硝装置催化剂防磨方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，基于脱硝装置的尺寸和结构，建立包含锅炉省煤器出口和脱硝装置反应器的三维几何模型，并将所述三维几何模型离散化，创建网格模型；

步骤2，根据锅炉省煤器出口实际运行参数的工业性测试结果，结合相似准则、散点插值和图像分割，确定SCR脱硝入口气固两相流非均匀性边界条件，将所述非均匀性边界条件作为数值模拟的入口边界条件；

步骤3，数值模拟选择性催化还原脱硝装置内气固两相流场过程，分析催化剂上方截面气固两相流的不均匀性；

步骤4，根据步骤3的分析结果，在竖直烟道下部安装圆盘型气固两相均流装置，用于提高气固两相流在竖直烟道中的均匀性；

步骤5，在进入催化剂前的弯折烟道中设置百叶窗导流板，用于避免大型圆弧直段导流板对烟尘的浓缩作用，促进烟气烟尘流动。

2.根据权利要求1所述的选择性催化还原脱硝装置催化剂防磨方法，其特征在于，所述步骤2包括：

1)根据GB/T16157-1996《固定源排气中颗粒和气态污染物的采样方法》的规定，在机组省煤器出口位置进行现场测量；其中，所述现场测量的参数包括烟气流速、烟尘浓度、烟温；

2)基于获得到的参数数据，利用matlab软件散点插值得到连续分布的脱硝装置非均匀入口边界云图；其中，插值函数选用线性插值函数；

3)利用matlab软件对获得的烟气流速非均匀入口边界云图图片及烟尘浓度非均匀入口边界云图图片分别进行图像分割，将高低流速、高低烟尘浓度分成若干个子区域，将省煤器出口截面对应划分为多个入口，在数值模拟选择性催化还原脱硝装置内气固两相流场过程中为每一个入口设定不同的边界条件；

4)将步骤1)现场测量采集到的烟尘作为样品，利用激光粒度仪测定烟尘粒径分布，将测量结果拟合成Rosin-Rammler分布，并作为数值模拟烟尘的粒径分布。

3.根据权利要求1所述的选择性催化还原脱硝装置催化剂防磨方法，其特征在于，所述圆盘型气固两相均流装置由多个倾斜布置的圆盘组成。

4.根据权利要求3所述的选择性催化还原脱硝装置催化剂防磨方法，其特征在于，所述圆盘型气固两相均流装置中圆盘的直径、个数、布置角度基于数值模拟进行计算、比较、筛选来确定，确定的原则为尽可能地降低最上层催化剂上方0.5m截面处的烟尘浓度相对标准偏差。

5.根据权利要求1所述的选择性催化还原脱硝装置催化剂防磨方法，其特征在于，所述百叶窗导流板由多个弧形板相隔组成，每个弧形板的半径及长度小于大型圆弧直段导流板的半径及长度。