考虑飞灰分布不均的燃煤电站SCR催化剂规格设计方法与流程

计算;推算;计数设备的制造及其应用技术考虑飞灰分布不均的燃煤电站scr催化剂规格设计方法技术领域1.本发明属于烟气处理技术领域，具体涉及考虑飞灰分布不均的燃煤电站scr催化剂规格设计方法。背景技术：2.火电厂scr系统大多采用高尘布置，催化剂极易堵塞、磨损。由于我国煤种的特性及成本的原因，电厂往往会燃用高钙煤、劣质煤。燃用这些煤种产生的飞灰含量高，粒径大，硬度高，更加剧了催化剂磨损。近年来，国内燃煤电厂催化剂积灰磨损问题日益突出，已成为继abs沾污堵塞后又一个影响scr脱硝及机组安全稳定运行的关键问题。3.现场勘察发现，催化剂层截面不同区域的积灰磨损程度差异很大。例如，π型锅炉的scr脱硝装置，炉前方向的催化剂积灰磨损严重，炉后方向较轻。研究表明，飞灰浓度分布不均是造成局部催化剂严重磨损堵塞的重要原因。但scr脱硝装置设计时，均是按照平均飞灰浓度进行催化剂规格设计，其中，蜂窝催化剂的选型按照烟气中的平均飞灰含量进行，如下表1的蜂窝催化剂设计表所示，灰分含量低则选用孔数多、节距小的催化剂，灰分含量高则选用孔数少、节距大的催化剂。每层催化剂采用统一规格型号，并不考虑飞灰浓度分布的差异。4.表15.技术实现要素：6.为解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供考虑飞灰分布不均的燃煤电站scr催化剂规格设计方法。7.为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：8.考虑飞灰分布不均的燃煤电站scr催化剂规格设计方法，首先计算不同粒径飞灰在scr脱硝装置内的浓度分布，随后计算顶层催化剂上游截面的全粒径飞灰的折算浓度分布，逐排或逐列设计scr催化剂的规格，下层催化剂的规格与顶层催化剂规格保持一致，使不同位置的催化剂抗堵塞、耐磨性能与飞灰浓度匹配。9.考虑飞灰分布不均的燃煤电站scr催化剂规格设计方法，具体包括以下步骤：10.(1)根据scr脱硝装置的结构和尺寸，采用三维建模软件按照1:1的比例进行scr脱硝装置3d全尺寸几何建模，建模范围从锅炉省煤器出口至scr反应器出口，该模型中至少包括scr反应器内的导流及整流装置、静态混合器和scr催化剂，将所得模型导入到适配软件中划分网格；11.(2)采用气固两相流数值模拟方法获得不同粒径di的飞灰在scr反应器内的浓度mi的分布规律；12.(3)模拟计算收敛后，在cfd模拟软件中定义折算灰浓度为wi＝di0.5*mi，计算每一代表粒径飞灰在顶层催化剂上游截面的折算灰浓度wi的分布；13.(4)根据各粒径飞灰的折算浓度wi的分布，计算得到全粒径飞灰在顶层催化剂上游截面的折算浓度∑wi分布；14.(5)根据全粒径飞灰在顶层催化剂上游截面的折算浓度∑wi分布，逐排或逐列设计scr催化剂的规格，包括壁厚和孔径，下层催化剂的规格与顶层催化剂规格保持一致，使不同位置的催化剂抗堵塞、耐磨性能与飞灰浓度匹配，提升整个截面上的催化剂使用寿命的一致性。15.进一步的，步骤(2)中，根据scr脱硝装置设计参数设置边界条件，采用cfd模拟软件进行scr脱硝装置内气固两相流模拟计算，模拟计算时，选择若干组代表粒径进行全粒径模拟计算，获得不同粒径飞灰在scr反应器内的浓度分布规律，代表粒径根据飞灰粒径分布测量结果设置。16.更进一步的，根据scr脱硝装置设计参数中的烟气量、成分、温度、飞灰浓度和粒径分布完成边界条件的设置。17.进一步的，步骤(5)中，全粒径飞灰在顶层催化剂上游截面的折算浓度∑wi越大，蜂窝催化剂的孔径、节距和壁厚越大。18.进一步的，根据全粒径飞灰在顶层催化剂上游截面的折算浓度∑wi分布，按照下表设计蜂窝催化剂的节距、孔径和壁厚，得到不同区域的催化剂规格：[0019][0020][0021]与现有技术相比，本发明的有益效果为：[0022]本发明公开了一种考虑飞灰分布不均的燃煤电站scr催化剂规格设计方法，包括以下步骤：先计算不同粒径飞灰在scr脱硝装置内的浓度分布，随后计算顶层催化剂上游截面的全粒径飞灰的折算浓度分布，逐排或逐列设计scr催化剂的规格，下层催化剂的规格与顶层催化剂规格保持一致。本发明提供的考虑飞灰分布不均的燃煤电站scr催化剂规格设计方法，针对scr反应器内飞灰分布不均的客观条件，提出每层催化剂都根据顶层催化剂上游截面的全粒径飞灰的折算浓度的实际分布，逐排或逐列设计scr催化剂壁厚和孔径的方法，使不同位置的催化剂抗堵塞、耐磨性能与飞灰浓度匹配，整个截面上的催化剂达到相同的使用寿命；本发明不仅考虑了飞灰浓度(通过数值模拟计算得到)，还计入了飞灰粒径的影响，结果更为准确。附图说明[0023]图1为本发明的流程图；[0024]图2为本发明实施例1的顶层催化剂上游500mm截面的全粒径浓度分布图。具体实施方式[0025]下面对本发明进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。[0026]以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。[0027]如图1所示，考虑飞灰分布不均的燃煤电站scr催化剂规格设计方法，包括以下步骤：[0028](1)根据scr脱硝装置的结构和尺寸，采用三维建模软件按照1:1的比例进行scr脱硝装置3d全尺寸几何建模，建模范围从锅炉省煤器出口至scr反应器出口，该模型中至少包括scr反应器内的导流及整流装置、静态混合器和scr催化剂，将所得模型导入到icem等适配软件中划分网格；[0029](2)燃煤电站的scr脱硝装置截面积大(百平米量级)，直接测量飞灰浓度分布难度很大，因此，本发明采用气固两相流数值模拟方法获得不同粒径di的飞灰在scr反应器内的浓度mi的分布规律。具体为，根据scr脱硝装置设计参数中的烟气量、成分、温度、飞灰浓度、粒径分布等数据作为边界条件，采用cfd模拟软件进行scr脱硝装置内气固两相流模拟计算，本发明采用拉格朗日模型进行飞灰运动轨迹的模拟计算。模拟计算时，选择若干组代表粒径进行全粒径模拟计算，获得不同粒径飞灰在scr反应器内的浓度分布规律。代表粒径di根据飞灰粒径分布测量结果设置，通常为1～10组，i＝1～10；[0030](3)根据国外学者研究，飞灰对单位质量催化剂磨损的经验公式为：[0031]m＝k1*∑imi*di0.5*k2*vi3[0032]其中，k1为已堵塞的催化剂质量分数，mi为飞灰颗粒尺寸间隔i内的质量百分数，di为平均粒径直径，k2为催化剂的磨损指数，与飞灰磨损特性有关，vi为飞灰颗粒的线速度。由上可知，飞灰粒径越大越粗，磨损越严重，尤其高浓度大粒径区域的催化剂磨损会更严重。此外，飞灰粒径越大，其惯性越大，分布越不均匀。假设飞灰平均浓度不变，某一区域的飞灰浓度高，则其它区域的飞灰浓度必然较低，在飞灰浓度高的区域催化剂积灰磨损严重，飞灰浓度低的地方催化剂磨损较轻，在催化剂规格相同的条件下，磨损严重的区域先损坏，寿命短，而磨损轻的地方催化剂使用寿命较长，造成催化剂寿命的不一致。但是现有催化剂选型和设计时通常不考虑飞灰粒径的影响，也不考虑其浓度不均匀的影响，造成催化剂经常出现局部严重积灰磨损不得不提前更换的问题。为解决这一技术难题，本发明首创性提出在催化剂规格设计时既要考虑飞灰浓度，也要计入飞灰粒径的影响，因此，在模拟计算收敛后，在cfd模拟软件中定义折算灰浓度为wi＝di0.5*mi，统计顶层催化剂上游截面的飞灰浓度mi分布，计算每一代表粒径的顶层催化剂上游截面的折算灰浓度wi的分布；[0033](4)根据各粒径飞灰的折算浓度wi的分布，计算得到全粒径飞灰在顶层催化剂上游截面的折算浓度∑wi分布；[0034](5)根据全粒径飞灰在顶层催化剂上游截面的折算浓度∑wi分布，按照表2的蜂窝催化剂节距壁厚设计表逐排或逐列设计scr催化剂的规格，包括节距、壁厚和孔径等，下层催化剂的规格与顶层催化剂规格保持一致，使不同位置的催化剂抗堵塞、耐磨性能与飞灰浓度匹配，提升整个截面上的催化剂使用寿命的一致性，同时减少设计的复杂程度。[0035]表2[0036][0037]本发明提出的折算灰浓度同时考虑飞灰浓度与粒径尺寸，灰浓度高和粒径大均会增加折算灰浓度，相对于现有技术中仅依据飞灰浓度设计催化剂规格的方法更合理。[0038]实施例1[0039]某350mw燃煤发电机组，省煤器出口湿烟气量为1030290m3/h，氧量为3.2％，烟气湿度为8.7％，烟尘浓度约35g/m3，飞灰平均粒径为54μm。顶层催化剂上游500mm截面的全粒径飞灰折算浓度∑wi分布模拟结果如图2所示，前后方向上飞灰浓度偏差很大。故按照前后方向逐排统计折算灰浓度，设计scr催化剂的节距、壁厚和孔径，设计结果如表3的折算灰浓度统计及催化剂规格设计表所示，炉前方向的高灰浓度区域，采用大孔径大壁厚催化剂。[0040]表3[0041][0042]本发明给出了根据催化剂进口折算飞灰浓度的实际分布，逐排或逐列设计scr催化剂壁厚和孔径的方法，使不同位置的催化剂抗堵塞、耐磨性能与飞灰浓度匹配，可显著提升整个截面上的催化剂使用寿命的一致性。[0043]本发明未具体描述的部分或结构采用现有技术或现有产品即可，在此不做赘述。[0044]以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。









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