SCR物模系统试验方法及相关仪器设备

SCR物模系统试验方法及相关仪器、设备1实验系统介绍SCR系统的测试目的是为了验证设计的合理性和掌握反应器内部的流场规律。从而为SCR的运行和结构优化提供一定的理论基础。本实验系统从锅炉省煤器出口到空气预热器进口处建立冷态模拟实验台。冷态模拟被认为是一种省时、省力的一种模化方法，被许多商家所采用。为保持和实际运行的一致性，此实验系统采用负压设计。1．省煤器；2．灰斗；3．喷氨格栅；4．多孔板；5催化剂；6稀释风机；7．引风机；B1－B7：导流板；V1－V7：风速测点；P1－P8：压力测点图1SCR系统流动模型冷态试验系统图实验系统主要由反应装置、供风系统、喷氨系统和测量系统组成。1反应装置：主要由烟道、整流装置、催化剂阻力模拟层等组成2供风系统：由引风机、稀释风机和链接管道组成3喷氨系统：由储气瓶、流量分配器、转子流量计、喷管和链接皮管组成4测量系统：主要由热线风速仪、烟气分析仪、皮托管、测试台架等组成反应器模型前烟道截面形状、尺寸及反应器模型形状、尺寸根据相似模化法则计算确定，计算结果见1表表1反应器冷态模型模化计算结果参数实际设计1：10模型气体流量1044178Nm3/h1044178Nm3/h（25℃）当量直径（m）9.310.931气体温度（℃）37725反应器内气体流速（m/s）1.671.66雷诺数56.261052.610在冷态试验中，导流板是按照数值模拟的状态进行调试，来均衡流速、流量。一般不进行调试，在试验中，导流板是采用有机玻璃板来进行模拟。在此试验中，整流层和催化剂层仅仅作为阻力元件影响气体流动，整流层采用有机玻璃板来进行模拟，催化剂层是采用海绵和网筛填充物来模拟，模拟的原则均是使冷态试验装置的模拟催化剂层和整流层的阻力系数与实际工程中催化剂层和整流层的阻力系数相等或基本一致。催化剂入口烟气氨浓度分布不均匀可导致反应不充分，氨注入装置的设计及注入点应保证催化剂入口烟气氨浓度分布尽可能均匀，以保证在氨氮摩尔比一定的条件下，达到最大的脱硝效率，因此，氨浓度分布的均匀性是重要的设计参数之一。喷氨系统简化图如2图2喷氨装置图在试验中，使用SO2来代替NH3完成试验。原因：（1）NH3在室温下极易和水结合，形成雾状，影响试验的可靠性；（2）液氨存储在液氨储罐中，置备为NH3需要料压缩机、蒸发槽蒸发等相关设备和过程，代价较高，经济性较差；（3）选用SO2后续处理比较容易。冷态试验采用的测试仪器设备主要包括速度测试仪器、压力测试仪器、示踪气体浓度测试仪器以及用于流场显示的相关设备。表4.2列出了主要仪器设备的规格型号。1速度测试仪器：主要采用毕托管、热线风速仪及与测试元件配套的数据采集、分析处理系统。2压力测试仪器：主要采用U型管压力计、微压计等。3示踪气体浓度测试仪器：本研究采用CO作为示踪气体模拟烟气中NH3的分布情况，CO浓度的测量采用testo350Pro烟气分析仪进行。4流场显示设备：流场显示采用丝线，在首层催化剂入口处，间隔50mm均匀悬挂下垂度良好的细丝线，用以直观显示流场流动分布特性，同时采用高速照相机拍照。表2测试仪器一览表仪器名称产地型号规格用途烟气取样分析仪德国testo350Pro浓度分布特性分析热线风速仪美国-速度分布特性分析微压计上海ZCYB-1000流动阻力特性分析毕托管上海流动阻力特性分析图3testo350Pro图4热线风速仪图5毕托管图6微压计2测试系统试验模拟过程中，使用热线风速仪V2－V6（见图4.1）位置处烟气的切向速度和法向速度，以得到试验台中线截面处的速度矢量以及试验台不同部件的压降，依然使用三孔圆柱探针测量试验台不同位置的流速，以此来模拟反应器内部的流场特性。其中V1、P1布点是为了测量省煤器进口烟气流速和进口压强，在实际脱硝设备中，这个地方流速过大会容易堵塞烟道，在满足试验要求的前提下，控制烟气流速。如果烟气流速过大，在实际脱硝设备中，要考虑是否增加除灰装置。2-7点布点测试是为了测量过程中烟气的流动特性，观察弯头处压损变化，校核导流板调试角度，对比冷态模型中整流层、催化剂模拟层和实际装置中的压损的一致性，如有不一致的地方可及时调整或更换模拟层，增强冷态试验模型的可靠性、可供参考性。使用热线风速仪测试喷氨系统上游和下游处的气流方向、压强和速度，便于优化喷氨系统模型。脱硝冷态模化试验烟花示踪照片3试验模拟要求冷态试验的目标通过试验，确定在管道和反应器中导流板和烟气混合装置的最佳形式、数量和位置。确定最佳的反应器入口烟道喷氨系统，从而来保证在指定负荷范围内可以达到均匀的气流条件(速度、NH3等)；确定并最小化由于SCR系统压降导致锅炉烟风系统压降增大的影响，必要时确定积灰情况。冷态试验要求及计算方法本实验主要测试的数据有喷氨格栅上下游的速度分布、喷氨格栅下游的浓度分布、第一层催化剂入口的速度分布和浓度分布、系统各处的压力。1速度测量方法在喷氨栅格的上游、喷氨栅格的下游、上层催化剂的入口、空预器的入口等测点测流速。2压力测量方法在喷氨栅格的上游和下游、上层催化剂入口、最后一层催化剂出口处等布置测点。3氨的分布测量方法采用合理的模拟气体代替氨的喷射，用模拟气体分析仪在上层催化剂入口处进行测量。4流动情况用测流丝来呈现流动情况。5确定积灰情况通过特殊的加灰装置模拟实际工况下飞灰运动轨迹，确定系统积灰情况。表3测试项目测试项目ab速度50mm≤50mm流量100mm≤100mm氨的分布50mm≤50mm图7测点布置测试目标如下：1喷氨栅格上游烟气速度分布的相对标准偏差：CV≤15%2上层催化剂(预留的或者初始的催化剂)入口的烟气流速分布的相对标准偏差：CV≤15%3上层催化剂(预留的或者初始的催化剂)入口NH3/NOx摩尔比分布的相对标准偏差：CV≤15%4上层催化剂（预留的或者初始的催化剂)入口烟气进入最大偏差角度（整个横截面）：-10°≤α≤+10°5空预器入口烟气速度分布要求：%20%100vvvv：单点速度(m/s)v：平均速度(m/s)(%)100/0VCVv(4.1))1/()(20nVViv(4.2)其中：0V:平均速度(m/s).n:侧点数量(-)iV:局部速度(m/s)v:标准偏差.(m/s)4测试结果分析导流板的设置和调整对测试结果有很大的影响。通过对多处导流板结构的调整，优化模型的流场分布。结果表明：反应器入口处的导流板起着决定性作用。导流板对催化剂入口速度分布的影响在导流板未调整前，催化剂入口的速度偏差较大，其CV值大于15%。从测流丝的偏角可以看到，此时测流丝的偏角很乱，部分偏向左边，部分偏向右方，在反应器的两边和四个角上，测流丝没有固定的偏向，一直在晃动。其速度分布图如8(a)。从图中不难看出X正方向上第15个测点所在列的速度偏小很多，整个图的左上角部分的速度偏大。如图8(b)，不难发现，经过导流板的调整后，其速度分布比较均匀，整个速度分布图中没有明显的速度偏差较大的区域。80%以上的数据在均值附近。说明导流板的调整起到了优化速度分布的作用。图8（a）导流板调整前催化剂图8（b）导流板调整后催化剂入口速入口速度分布图度分布图导流板多AIG上游速度的分布的影响从速度分布图中可以看到，此处的速度分布极不均匀。呈现中心大，四角小的趋势，中心区域速度高达20m/s以上，而四个角的速度则在10m/s以下，如此大的速度偏差是不允许的，根本不满足设计要求。说明此处的流场很不均匀，为了得到均匀的流场，我们调整了扩口处的导流板，原本是在此处采用均布式布置了7块导流板。然而，这样并不能很好的优化流场分布。其原因为此处是一个渐扩口，而且两边的偏角又不一样，采用均布式布置导流板后，在其中一边形成一个渐缩喷口，使流体加速，由于流体一直偏向上游，所以导致边上的流量很小，进而使得AIG上游速度分布图的左上角和右上角的速度偏小。在另一边却形成一个扩口，流体速度减低，最终反映到AIG上游速度分布图上的左下角和右下角的速度偏小。反应器流体被挤压到中间，故而AIG速度分布图的中心区域的速度特别大。经过对导流板的调整后，可以看到AIG上游的速度分布图中中心速度偏大的区域扩大很多，四周速度偏小的区域减小的很多，所以整个速度分布趋于均匀，及此处的流场分布得到了一定的改善。图9（a）导流板调整前AIG上图9（b）导流板调整后AIG上游游速度分布图速度分布图导流板对AIG下游速度分布的影响导流板对下游的影响同对上游速度分布的影响相似。而下游速度分布还受到喷氨格栅的影响，喷氨格栅安装在垂直烟道内，在整个截面上安置了七跟管子，每根管子由四个喷管向其供氨。所以在流体通过这些管子时，不可避免的会发生圆柱绕流，还会形成不稳定的卡门涡街，从而对下游的速度分布产生一定的影响。在未调整导流板时的速度分布如图4.10(a)，不难看出其速度的分布非常不均匀，很乱，没有明显的特点。图10(b)是导流板调整后的速度分布，其分布较为均匀，除了中心有几个小区域的速度偏大，其他的数据均在平均值附近。导流板的调整起到了均匀流场的作用。图10（a）导流板调整前AIG图10（b）导流板调整后AIG下下游速度分布图游速度分布图5小结本章开展了SCR反应器内部流场的性能和结构优化试验，了解了反应器流场特性和影响因素，并对反应器内部分结构型进行了优化，通过试验分析可以得到如下结论：1通过加装导流板优化了反应器内部的流场，使得催化剂入口速度偏差＜15％；速度流向偏角偏差100，能够满足SCR反应系统运行要求。2省煤器出口烟气在其下游流动过程中速度分布不均匀，这会影响到进入喷氨装置的烟气速度分布，在水平烟道安装导流装置可以在AIG入口位置得到良好的速度分布。