SCR物模系統(tǒng)試驗(yàn)方法及相關(guān)儀器、設(shè)備

1、SCR物模系統(tǒng)試驗(yàn)方法及相關(guān)儀器、設(shè)備1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)介紹SCR系統(tǒng)的測試目的是為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性和掌握反應(yīng)器內(nèi)部的流場規(guī)律。從而為SCR的運(yùn)行和結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供一定的理論基礎(chǔ)。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)從鍋爐省煤器出口到空氣預(yù)熱器進(jìn)口處建立冷態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)。冷態(tài)模擬被認(rèn)為是一種省時(shí)、省力的一種?；椒?，被許多商家所采用。為保持和實(shí)際運(yùn)行的一致性，此實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用負(fù)壓設(shè)計(jì)。1省煤器；2灰斗；3噴氨格柵；4多孔板；5 催化劑；6 稀釋風(fēng)機(jī)；7 引風(fēng)機(jī)；B1B7：導(dǎo)流板；V1V7：風(fēng)速測點(diǎn)；P1P8：壓力測點(diǎn)圖 1 SCR 系統(tǒng)流動(dòng)模型冷態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng)圖實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由反應(yīng)裝置、供風(fēng)系統(tǒng)、噴氨系統(tǒng)和測量系統(tǒng)組成。1反應(yīng)裝置：主要

2、由煙道、整流裝置、催化劑阻力模擬層等組成2供風(fēng)系統(tǒng)：由引風(fēng)機(jī)、稀釋風(fēng)機(jī)和鏈接管道組成3噴氨系統(tǒng)：由儲(chǔ)氣瓶、流量分配器、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、噴管和鏈接皮管組成4測量系統(tǒng)：主要由熱線風(fēng)速儀、煙氣分析儀、皮托管、測試臺(tái)架等組成反應(yīng)器模型前煙道截面形狀、尺寸及反應(yīng)器模型形狀、尺寸根據(jù)相似?；▌t計(jì)算確定，計(jì)算結(jié)果見1表表 1 反應(yīng)器冷態(tài)模型?；?jì)算結(jié)果參數(shù)實(shí)際設(shè)計(jì)1：10 模型氣體流量1044178 Nm3/h1044178 Nm3/h（25）當(dāng)量直徑（m）9.310.931氣體溫度（）37725反應(yīng)器內(nèi)氣體流速（m/s）1.671.66雷諾數(shù)在冷態(tài)試驗(yàn)中，導(dǎo)流板是按照數(shù)值模擬的狀態(tài)進(jìn)行調(diào)試，來均衡流速、流量

3、。一般不進(jìn)行調(diào)試，在試驗(yàn)中，導(dǎo)流板是采用有機(jī)玻璃板來進(jìn)行模擬。在此試驗(yàn)中，整流層和催化劑層僅僅作為阻力元件影響氣體流動(dòng)，整流層采用有機(jī)玻璃板來進(jìn)行模擬，催化劑層是采用海綿和網(wǎng)篩填充物來模擬，模擬的原則均是使冷態(tài)試驗(yàn)裝置的模擬催化劑層和整流層的阻力系數(shù)與實(shí)際工程中催化劑層和整流層的阻力系數(shù)相等或基本一致。催化劑入口煙氣氨濃度分布不均勻可導(dǎo)致反應(yīng)不充分，氨注入裝置的設(shè)計(jì)及注入點(diǎn)應(yīng)保證催化劑入口煙氣氨濃度分布盡可能均勻，以保證在氨氮摩爾比一定的條件下，達(dá)到最大的脫硝效率，因此，氨濃度分布的均勻性是重要的設(shè)計(jì)參數(shù)之一。噴氨系統(tǒng)簡化圖如2圖2噴氨裝置圖在試驗(yàn)中，使用SO2來代替NH3完成試驗(yàn)。原因：（1

4、）NH3在室溫下極易和水結(jié)合，形成霧狀，影響試驗(yàn)的可靠性；（2）液氨存儲(chǔ)在液氨儲(chǔ)罐中，置備為NH3需要料壓縮機(jī)、蒸發(fā)槽蒸發(fā)等相關(guān)設(shè)備和過程，代價(jià)較高，經(jīng)濟(jì)性較差；（3）選用SO2后續(xù)處理比較容易。冷態(tài)試驗(yàn)采用的測試儀器設(shè)備主要包括速度測試儀器、壓力測試儀器、示蹤氣體濃度測試儀器以及用于流場顯示的相關(guān)設(shè)備。表4.2列出了主要儀器設(shè)備的規(guī)格型號(hào)。1速度測試儀器：主要采用畢托管、熱線風(fēng)速儀及與測試元件配套的數(shù)據(jù)采集、分析處理系統(tǒng)。2壓力測試儀器：主要采用U 型管壓力計(jì)、微壓計(jì)等。3示蹤氣體濃度測試儀器：本研究采用CO 作為示蹤氣體模擬煙氣中NH3 的分布情況，CO 濃度的測量采用testo 350P

5、ro 煙氣分析儀進(jìn)行。4流場顯示設(shè)備：流場顯示采用絲線，在首層催化劑入口處，間隔50mm 均勻懸掛下垂度良好的細(xì)絲線，用以直觀顯示流場流動(dòng)分布特性，同時(shí)采用高速照相機(jī)拍照。表2 測試儀器一覽表儀器名稱產(chǎn)地型號(hào)規(guī)格用途煙氣取樣分析儀德國testo 350Pro 濃度分布特性分析熱線風(fēng)速儀 美國 -速度分布特性分析 微壓計(jì)上海ZCYB-1000 流動(dòng)阻力特性分析畢托管 上海 流動(dòng)阻力特性分析圖3 testo 350Pro圖4 熱線風(fēng)速儀圖5 畢托管圖6 微壓計(jì)2 測試系統(tǒng)試驗(yàn)?zāi)M過程中，使用熱線風(fēng)速儀V2V6（見圖4.1）位置處煙氣的切向速度和法向速度，以得到試驗(yàn)臺(tái)中線截面處的速度矢量以及試驗(yàn)臺(tái)不

6、同部件的壓降，依然使用三孔圓柱探針測量試驗(yàn)臺(tái)不同位置的流速，以此來模擬反應(yīng)器內(nèi)部的流場特性。其中V1、P1布點(diǎn)是為了測量省煤器進(jìn)口煙氣流速和進(jìn)口壓強(qiáng)，在實(shí)際脫硝設(shè)備中，這個(gè)地方流速過大會(huì)容易堵塞煙道，在滿足試驗(yàn)要求的前提下，控制煙氣流速。如果煙氣流速過大，在實(shí)際脫硝設(shè)備中，要考慮是否增加除灰裝置。2-7點(diǎn)布點(diǎn)測試是為了測量過程中煙氣的流動(dòng)特性，觀察彎頭處壓損變化，校核導(dǎo)流板調(diào)試角度，對比冷態(tài)模型中整流層、催化劑模擬層和實(shí)際裝置中的壓損的一致性，如有不一致的地方可及時(shí)調(diào)整或更換模擬層，增強(qiáng)冷態(tài)試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷目煽啃?、可供參考性。使用熱線風(fēng)速儀測試噴氨系統(tǒng)上游和下游處的氣流方向、壓強(qiáng)和速度，便于優(yōu)化噴氨

7、系統(tǒng)模型。脫硝冷態(tài)?；囼?yàn)煙花示蹤照片3試驗(yàn)?zāi)M要求冷態(tài)試驗(yàn)的目標(biāo)通過試驗(yàn)，確定在管道和反應(yīng)器中導(dǎo)流板和煙氣混合裝置的最佳形式、數(shù)量和位置。確定最佳的反應(yīng)器入口煙道噴氨系統(tǒng)，從而來保證在指定負(fù)荷范圍內(nèi)可以達(dá)到均勻的氣流條件(速度、NH3等)；確定并最小化由于SCR系統(tǒng)壓降導(dǎo)致鍋爐煙風(fēng)系統(tǒng)壓降增大的影響，必要時(shí)確定積灰情況。冷態(tài)試驗(yàn)要求及計(jì)算方法本實(shí)驗(yàn)主要測試的數(shù)據(jù)有噴氨格柵上下游的速度分布、噴氨格柵下游的濃度分布、第一層催化劑入口的速度分布和濃度分布、系統(tǒng)各處的壓力。1 速度測量方法在噴氨柵格的上游、噴氨柵格的下游、上層催化劑的入口、空預(yù)器的入口等測點(diǎn)測流速。2 壓力測量方法在噴氨柵格的上游和

8、下游、上層催化劑入口、最后一層催化劑出口處等布置測點(diǎn)。3 氨的分布測量方法采用合理的模擬氣體代替氨的噴射，用模擬氣體分析儀在上層催化劑入口處進(jìn)行測量。4 流動(dòng)情況用測流絲來呈現(xiàn)流動(dòng)情況。5 確定積灰情況通過特殊的加灰裝置模擬實(shí)際工況下飛灰運(yùn)動(dòng)軌跡，確定系統(tǒng)積灰情況。表3 測試項(xiàng)目測試項(xiàng)目ab速度50mm50mm流量100mm100mm氨的分布50mm50mm圖7 測點(diǎn)布置測試目標(biāo)如下：1 噴氨柵格上游煙氣速度分布的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差：15%2上層催化劑(預(yù)留的或者初始的催化劑)入口的煙氣流速分布的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差：15%3上層催化劑(預(yù)留的或者初始的催化劑)入口NH3/NOx摩爾比分布的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差：1

9、5%4上層催化劑（預(yù)留的或者初始的催化劑)入口煙氣進(jìn)入最大偏差角度（整個(gè)橫截面）：-10°+10°5 空預(yù)器入口煙氣速度分布要求： ： 單點(diǎn)速度 (m/s)： 平均速度 (m/s) (4.1) (4.2)其中： :平均速度 (m/s). : 側(cè)點(diǎn)數(shù)量 (-) : 局部速度 (m/s) : 標(biāo)準(zhǔn)偏差. (m/s)4 測試結(jié)果分析導(dǎo)流板的設(shè)置和調(diào)整對測試結(jié)果有很大的影響。通過對多處導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)的調(diào)整，優(yōu)化模型的流場分布。結(jié)果表明：反應(yīng)器入口處的導(dǎo)流板起著決定性作用。導(dǎo)流板對催化劑入口速度分布的影響在導(dǎo)流板未調(diào)整前，催化劑入口的速度偏差較大，其CV值大于15%。從測流絲的偏角可以看

10、到，此時(shí)測流絲的偏角很亂，部分偏向左邊，部分偏向右方，在反應(yīng)器的兩邊和四個(gè)角上，測流絲沒有固定的偏向，一直在晃動(dòng)。其速度分布圖如8(a)。從圖中不難看出X正方向上第15個(gè)測點(diǎn)所在列的速度偏小很多，整個(gè)圖的左上角部分的速度偏大。如圖8(b)，不難發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過導(dǎo)流板的調(diào)整后，其速度分布比較均勻，整個(gè)速度分布圖中沒有明顯的速度偏差較大的區(qū)域。80%以上的數(shù)據(jù)在均值附近。說明導(dǎo)流板的調(diào)整起到了優(yōu)化速度分布的作用。 圖8（a）導(dǎo)流板調(diào)整前催化劑 圖8（b）導(dǎo)流板調(diào)整后催化劑入口速入口速度分布圖 度分布圖導(dǎo)流板多AIG上游速度的分布的影響從速度分布圖中可以看到，此處的速度分布極不均勻。呈現(xiàn)中心大，四角小的趨

11、勢，中心區(qū)域速度高達(dá)20m/s以上，而四個(gè)角的速度則在10m/s以下，如此大的速度偏差是不允許的，根本不滿足設(shè)計(jì)要求。說明此處的流場很不均勻，為了得到均勻的流場，我們調(diào)整了擴(kuò)口處的導(dǎo)流板，原本是在此處采用均布式布置了7塊導(dǎo)流板。然而，這樣并不能很好的優(yōu)化流場分布。其原因?yàn)榇颂幨且粋€(gè)漸擴(kuò)口，而且兩邊的偏角又不一樣，采用均布式布置導(dǎo)流板后，在其中一邊形成一個(gè)漸縮噴口，使流體加速，由于流體一直偏向上游，所以導(dǎo)致邊上的流量很小，進(jìn)而使得AIG上游速度分布圖的左上角和右上角的速度偏小。在另一邊卻形成一個(gè)擴(kuò)口，流體速度減低，最終反映到AIG上游速度分布圖上的左下角和右下角的速度偏小。反應(yīng)器流體被擠壓到中間

12、，故而AIG速度分布圖的中心區(qū)域的速度特別大。經(jīng)過對導(dǎo)流板的調(diào)整后，可以看到AIG上游的速度分布圖中中心速度偏大的區(qū)域擴(kuò)大很多，四周速度偏小的區(qū)域減小的很多，所以整個(gè)速度分布趨于均勻，及此處的流場分布得到了一定的改善。圖9（a）導(dǎo)流板調(diào)整前AIG上 圖9（b）導(dǎo)流板調(diào)整后AIG上游游速度分布圖 速度分布圖 導(dǎo)流板對AIG下游速度分布的影響導(dǎo)流板對下游的影響同對上游速度分布的影響相似。而下游速度分布還受到噴氨格柵的影響，噴氨格柵安裝在垂直煙道內(nèi)，在整個(gè)截面上安置了七跟管子，每根管子由四個(gè)噴管向其供氨。所以在流體通過這些管子時(shí)，不可避免的會(huì)發(fā)生圓柱繞流，還會(huì)形成不穩(wěn)定的卡門渦街，從而對下游的速度分布產(chǎn)生一定的影響。在未調(diào)整導(dǎo)流板時(shí)的速度分布如圖4.10(a)，不難看出其速度的分布非常不均勻，很亂，沒有明顯的特點(diǎn)。圖10(b)是導(dǎo)流板調(diào)整后的速度分布，其分布較為均勻，除了中心有幾個(gè)小區(qū)域的速度偏大，其他的數(shù)據(jù)均在平均值附近。導(dǎo)流板的調(diào)整起到了均勻流場的作用。圖10（a）導(dǎo)流板調(diào)整前AIG 圖10（b）導(dǎo)流板調(diào)整后AIG下下游速度分布圖 游速度分布圖5 小結(jié)本章開展了SCR反應(yīng)器內(nèi)部流場的性能