专利名称：燃煤锅炉烟气选择性催化还原脱硝反应器综合物理模拟系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及火电厂烟气脱硝技术，为一种主要用于研究各种燃煤锅炉 烟气脱硝反应器内烟气流动场、氨气浓度场、飞灰浓度场的分布特性及脱硝反 应器结构参数与运行工况等对"三场"影响规律的综合物理模拟系统。
背景技术：
N0x是形成酸雨、酸雾的主要污染物之一。酸雨、酸雾对动植物的健康及 生长环境造成极大的破坏，还会引起建筑物及工程材料的腐蚀。氧化亚氮(&0) 在大气同温层中会破坏臭氧层，使较多的紫外线辐射到地面，增加皮肤癌的发 病率，并影响人的免疫系统。大气污染物中，90X以上的N0x源于煤、石油、
天然气等燃料的燃烧，其中70%来自于煤的燃烧，而我国火电厂发电用煤又占 了全国燃煤的70%。近年来，针对电站燃煤锅炉烟气的NOx去除(又称脱硝)技 术才刚刚起步，燃煤锅炉烟气脱硝主要采用选择性催化还原(SCR， Selective Catalyst Reduction)方法，其核心技术体现在两方面 一是高效、长寿命、抗 污染的脱硝催化剂技术；二是脱硝反应器内"三场"——烟气流动场、脱硝用 氨气浓度场及煤灰粒子浓度场的均匀分布技术。为解决此技术难题，研究开发 出一套用于脱硝反应器内"三场"均匀分布及优化设计的专用物理综合模拟系
统技术，为大型燃煤锅炉烟气脱硝反应系统的优化结构设计提供科学依据，作
用重大。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是，针对现有技术存在的不足，提出一种燃 煤锅炉烟气选择性催化还原脱硝反应器综合物理模拟系统，为用于研究燃煤锅炉烟气脱硝反应器内烟气流动阻力与速度分布、氨浓度分布、煤灰粒子分布的
特性、影响规律及相关新技术研究开发与优化设计的技术平台，适用于1000MW
及以下容量燃煤锅炉烟气脱硝反应器的物理模拟实验研究。
本实用新型的技术方案是，所述燃煤锅炉烟气选择性催化还原脱硝反应器 综合物理模拟系统由脱硝反应器综合物理模拟装置、喷氨模拟装置、飞灰模拟
装置组成，其中
a.所述脱硝反应器综合物理模拟装置的结构为(参见图1):水平进烟道的 后端经第一弯头同第一垂直烟道的下端连通，第一垂直烟道的上端经第二弯头 同上部水平烟道的一端连通，该上部水平烟道的另一端经第三弯头同第二垂直 烟道的上端连通；所述第二垂直烟道的下端经第四弯头同下部水平烟道的一端 连通而该下部水平烟道的另一端同引风机的进风口相接；第二垂直烟道的径向 截面面积大于上部水平烟道的径向截面面积；在所述第一弯头和第二弯头、第 三弯头处均安装有起均匀导流作用的导流板；在第二垂直烟道上部装有整流格 栅，该整流格栅下方设有至少二层催化剂模拟层；
b. 所述喷氨模拟装置的结构为(参见图2):至少两个高压液态C02气瓶分 别经对应的减压阀和调节阀同中间混合联箱连通，中间混合联箱经连通管同分 配联箱连接，而所述分配联箱上设(焊)有多根供气喷管，所述气喷管的前段 管体为开有喷气孔的喷气段管道；喷气段管道置于所述第一垂直烟道中；
c. 所述飞灰模拟装置的结构为(参见图3):装在机架上的螺旋输送机的进 料端设有灰斗，该螺旋输送机的出料端经分叉管同进风管顶部的进灰口连接， 且所述进灰口的下方设有位于进风管中的飞灰均布器；所述进风管的出风(灰) 口置于所述水平进烟道中。
以下对本实用新型做出进一步说明。本实用新型针对现有烟气脱硝反应器中催化剂前段烟气与氨混合不均的技术难题，提出了一套用于研究燃煤锅炉烟气脱硝反应器内烟气流动阻力与速度分布、氨浓度分布、煤灰粒子分布的特性、影响规律及相关新技术研究开发与优化设计的技术平台，其中
a. 所提出的综合物理模拟系统适用于目前国内1000MW及以下容量燃煤锅
炉烟气脱硝反应器的物理模拟实验研究，它主要由包含所述个烟道的脱硝反应器本体，引风(机)系统，进出口风道，氨气喷射模拟系统，飞灰输送分配系统，多级导流板，催化剂进口前端整流装置，多级催化剂模拟阻力层等组成，并配置风道进口空气流量、多点压力、流速、氨模拟气体浓度测量与计算机数
据自动采集系统，空气及飞灰粒子流动可视化示踪系统；
b. 所提出的综合物理模拟系统最好采用透明材料的模块化结构，可以根据实验研究与优化设计的需要，方便地调整该模拟系统的整体构成、局部结构及内部装置的结构型式与布置方式；
c. 所提出的综合物理模拟系统中飞灰输送装置采用螺旋输送机，配用变频无级调速驱动电机，模拟飞灰可以采用滑石粉或来自电厂现场锅炉的飞灰；
d. 所提出的综合物理模拟系统中喷氨模拟装置(系统)采用高压液态瓶装C02模拟，可在进入烟气挡板门后的垂直方向插入阵列式氨喷射模拟格栅(AIG)，在垂直管段(即第一垂直烟道2)方向上布置数排供气支管，每根开有多个喷口可供调节，以满足研究与优化设计实验的需要；
e. 所提出的综合物理模拟系统中设计布置了起均匀导流作用的多级导流板系统。该系统总共采用三级导流板101，其中，第一级布置在烟道入口(即第一弯头104处)，第二级布置在左上部(即第二弯头105处)，第三级布置在右上部(即第三弯头106处)；这些导流板的结构型线、布置位置、每级导流板的数量等均可按照实验研究与优化设计的需要进行调整；
f.所提出的综合物理模拟系统中催化剂阻力层(即催化剂模拟层103)及其进口前端整流装置可采用各种多孔介质进行模拟，所采用的这些多孔介质的厚度、孔隙率等可根据实验研究及优化设计的需要进行选择调整。
本实用新型所提出的综合物理模拟系统的优点在于，可以同时对不同容量、不同燃烧方式、不同煤种燃煤锅炉烟气脱硝反应器内的烟气流动场、飞灰浓度场和氨浓度场进行模拟，并可同时进行定量测试、自动数据采集与分析、可视化观察，是一个很好的实验研究通用平台，对火电厂烟气脱硝系统的均流新技术的研究开发与优化设计能起到很好的指导作用，是燃煤锅炉烟气脱硝反应器优化设计及相关新技术研究的技术平台。
图1是本实用新型一种实施例的脱硝反应器综合物理模拟装置结构示意图；图2是本实用新型一种实施例的喷氨模拟装置结构示意图；图3是本实用新型一种实施例的飞灰模拟装置结构示意图。在图中
l一水平进烟道， 2—第一垂直烟道， 3—上部水平烟道，
4一第二垂直烟道， 5—第四弯头， 6—下部水平烟道，
100—脱硝反应器综合物理模拟装置， 10 l—导流板，
102—整流格栅， 103—催化剂模拟层， 104—第一弯头，
105—第二弯头， 106—第三弯头， 107—引风机，
108—喷氨模拟装置，109—飞灰模拟装置，201—液态C02气瓶，202—减压阀， 203—调节阀， 204—中间混合联箱，
205—分配联箱， 206—喷气段管道，207—供气喷管，301—螺旋输送机， 302—灰斗， 303—分叉管，
304—进灰口， 305—飞灰均布器，306—进风管。
具体实施方式
如图1至图3所示，本实用新型所述燃煤锅炉烟气选择性催化还原脱硝反应器综合物理模拟系统由脱硝反应器综合物理模拟装置100、喷氨模拟装置108、飞灰模拟装置109组成，其中
a.所述脱硝反应器综合物理模拟装置100的结构为(参见图1):水平进烟道1的后端经第一弯头104同第一垂直烟道2的下端连通，第一垂直烟道2的上端经第二弯头105同上部水平烟道3的一端连通，该上部水平烟道3的另一端经第三弯头106同第二垂直烟道4的上端连通；所述第二垂直烟道4的下端经第四弯头5同下部水平烟道6的一端连通而该下部水平烟道6的另一端同引风机107的进风口相接；第二垂直烟道4的径向截面面积大于上部水平烟道3的径向截面面积；在所述第一弯头104和第二弯头105、第三弯头106处均安装有起均匀导流作用的导流板101;在第二垂直烟道上部装有整流格栅102，该整流格栅102下方设有至少二层催化剂模拟层103;
b. 所述喷氨模拟装置108的结构为(参见图2):至少两个高压液态C02气瓶201分别经对应的减压阀202和调节阀203同中间混合联箱204连通，中间混合联箱204经连通管同分配联箱205连接，而所述分配联箱205上设(焊)有多根供气喷管207，所述气喷管207的前段管体为开有喷气孔的喷气段管道206;喷气段管道206置于所述第一垂直烟道2中；
c. 所述飞灰模拟装置109的结构为(参见图3):装在机架上的螺旋输送机301的进料端设有灰斗302，该螺旋输送机301的出料端经分叉管303同进风管306顶部的进灰口 304连接，且所述进灰口 304的下方设有位于进风管306中的飞灰均布器305;所述进风管306的出风(灰)口置于所述水平进烟道l中。
本实用新型的燃煤锅炉烟气SCR脱硝反应器综合物理模拟系统能对不同工况下的多点气流速度、压力和C02浓度进行测试并通过计算机自动采集数据且
分析，能拍摄模拟氨气及飞灰在模型中的分布情况进行可视化观察。
a. 在第一弯头104、第二弯头105、第三弯头106处布置导流板101，根据实验具体要求确定导流板101的结构型线、布置位置、每级导流板101的数量。开启引风机107，待流动稳定后启动计算机数据自动采集系统，可根据实验研究与优化设计的需要分别在不同的锅炉负荷工况下采集各典型截面的气流速度与压力分布；
所述脱硝反应器综合物理模拟装置100中的脱硝反应器及其进出口风道均可采用模块化结构，并由钢或铝合金结构与透明材料板组成；所述模拟系统脱硝反应器本体结构、风道及其中各级导流挡板的型线、结构尺寸及安装位置可根据所模拟锅炉的容量、结构、燃烧方式灵活地进行调整。
b. 开启喷氨模拟装置(系统)2中的高压液态C02气瓶201， C02由气瓶201经减压阀202减压，调节阀203调节流量后，进入中间混合联箱204，再通过出口管分配联箱205，分配联箱205上焊有多个供气喷管207，由供气喷管207分排均匀的向喷气段管道206供气，计算机数据自动采集系统可采集不同负荷模拟工况下各典型截面的模拟氨气浓度分布。
喷气段管道206由阵列(错列或顺列)式布置的C02喷管组(通常为3排，具体数量可根据实验研究需要进行设置)等组成;每个喷气段管道206上在背风面位置开有喷孔；阵列(错列或顺列)式布置的C02喷管组布置在脱硝反应器进口垂直段烟道(即第一垂直烟道206)内，其上下位置可以根据实际需要进行调整。
c. 可将彩色烟雾发生机布置在脱硝模拟系统风道的进口，彩色烟雾发生机产生的彩色烟雾示踪剂与空气混合后进入脱硝反应模拟系统，其流动图像由
CCD摄像头记录并送入计算机自动记录保存与处理。
d.如图3所示，开启螺旋输送机301，将滑石粉或煤灰由灰斗302送入，滑石粉或煤灰经分叉管303，进灰口 304在飞灰均布器305作用下均匀落入进风管306，在风机出口加布袋收集排出的飞灰，可观察催化剂模拟层上飞灰沿风道方向的分布均匀性。如果实验达不到要求，则调整各弯头的导流挡板和喷氨装置喷口的布置，直至达到目标要求为止。
本实用新型中，所述整流格栅102可采用1 2级均布多孔板或喷口式整流装置；做为催化剂模拟介质的催化剂模拟层103设计布置2 3层，布置在脱硝模拟系统的尾部垂直段风道(即第二垂直烟道4)内，催化剂模拟介质可采用各种型式的均匀多孔材料，其厚度取决于模拟介质的开孔率与流动阻力的控制要求。
所述飞灰模拟装置所用飞灰模拟介质既可采用煤粉锅炉的飞灰，也可采用滑石粉；所述飞灰输送分配系统采用变频无级调速电机驱动的螺旋输送机301输送飞灰模拟介质，并在风机出口加装除尘布袋收集排出的飞灰模拟介质。
所述脱硝反应器综合物理模拟装置(系统)中的空气及飞灰粒子流动可视化示踪系统可采用各种已有彩色烟雾示踪剂模拟显示风道中空气与飞灰粒子的分布，其流动图像由CCD摄像头记录并送入计算机自动记录保存与处理；彩色烟雾发生机布置在脱硝模拟系统风道(即水平进烟道1)的进口，烟雾发生机产生的彩色烟雾示踪剂与空气混合后进入脱硝反应模拟系统。
所述脱硝反应器综合物理模拟装置(系统)中所述各种参数，如进口空气流量、多点气体压力及流速、氨模拟气体(C02)浓度的测量结果均可采用现有计算机数据自动采集、记录与分析处理技术实现。
权利要求1、一种燃煤锅炉烟气选择性催化还原脱硝反应器综合物理模拟系统，其特征是，它由脱硝反应器综合物理模拟装置(100)、喷氨模拟装置(108)、飞灰模拟装置(109)组成，其中a.所述脱硝反应器综合物理模拟装置(100)的结构为水平进烟道(1)的后端经第一弯头(104)同第一垂直烟道(2)的下端连通，第一垂直烟道(2)的上端经第二弯头(105)同上部水平烟道(3)的一端连通，该上部水平烟道(3)的另一端经第三弯头(106)同第二垂直烟道(4)的上端连通；所述第二垂直烟道(4)的下端经第四弯头(5)同下部水平烟道(6)的一端连通而该下部水平烟道(6)的另一端同引风机(107)的进风口相接；第二垂直烟道(4)的径向截面面积大于上部水平烟道(3)的径向截面面积；在所述第一弯头(104)和第二弯头(105)、第三弯头(106)处均安装有起均匀导流作用的导流板(101)；在第二垂直烟道上部装有整流格栅(102)，该整流格栅(102)下方设有至少二层催化剂模拟层(103)；b.所述喷氨模拟装置(108)的结构为至少两个高压液态C02气瓶(201)分别经对应的减压阀(202)和调节阀(203)同中间混合联箱(204)连通，中间混合联箱(204)经连通管同分配联箱205连接，而所述分配联箱(205)上设有多根供气喷管(207)，所述气喷管(207)的前段管体为开有喷气孔的喷气段管道(206)；喷气段管道(206)置于所述第一垂直烟道(2)中；c.所述飞灰模拟装置(109)的结构为装在机架上的螺旋输送机(301)的进料端设有灰斗(302)，该螺旋输送机(301)的出料端经分叉管(303)同进风管(306)顶部的进灰口(304)连接，且所述进灰口(304)的下方设有位于进风管(306)中的飞灰均布器(305)；所述进风管(306)的出风口置于所述水平进烟道(1)中。
2、根据权利要求1所述燃煤锅炉烟气选择性催化还原脱硝反应器综合物理 模拟系统，其特征是，所述脱硝反应器综合物理模拟装置(100)中配置有空气 及飞灰粒子流动可视化示踪系统以及进口空气流量、多点气体压力及流速、氨 模拟气体浓度测量与计算机数据自动采集系统。
3、 根据权利要求1所述燃煤锅炉烟气选择性催化还原脱硝反应器综合物理 模拟系统，其特征是，所述脱硝反应器综合物理模拟装置采用模块化结构，并 由钢或铝合金结构与透明材料板组成。
4、 根据权利要求1所述燃煤锅炉烟气选择性催化还原脱硝反应器综合物理模拟系统，其特征是，所述催化剂模拟层(103)为2 3层，该催化剂模拟层 (103)采用均匀多孔材料制作。
5、 根据权利要求1所述燃煤锅炉烟气选择性催化还原脱硝反应器综合物理 模拟系统，其特征是，所述飞灰模拟装置(109)采用煤粉锅炉的飞灰或滑石粉 做飞灰模拟介质。
6、 根据权利要求1所述燃煤锅炉烟气选择性催化还原脱硝反应器综合物理 模拟系统，其特征是，所述飞灰模拟装置(109)的螺旋输送机(301)采用变 频无机调速电机驱动，并在引风机(107)出口加装收集排出的飞灰模拟介质的 除尘布袋。
7、 根据权利要求2所述燃煤锅炉烟气选择性催化还原脱硝反应器综合物理 模拟系统，其特征是，所述的空气及飞灰粒子流动可视化示踪系统采用不同彩色 烟雾示踪剂模拟显示风道中空气与飞灰粒子的分布，其流动图像由CCD摄像头记 录并送入计算机自动记录保存与处理；彩色烟雾发生机布置在水平进烟道(1)的 进口，烟雾发生机产生的彩色烟雾示踪剂与空气混合后进入脱硝反应模拟系统。
专利摘要本实用新型公开了一种燃煤锅炉烟气选择性催化还原脱硝反应器综合物理模拟系统，它由脱硝反应器综合物理模拟装置(100)、喷氨模拟装置(108)、飞灰模拟装置(109)组成；适用于研究1000MW及以下燃煤锅炉机组烟气脱硝反应器内烟气速度场、飞灰浓度场、氨气浓度场分布特性及影响规律，可为不同结构型式与燃烧方式燃煤锅炉烟气脱硝反应器的优化设计提供科学依据。本实用新型提出的“燃煤锅炉烟气SCR脱硝反应器综合物理模拟系统”是一燃煤锅炉烟气脱硝反应器均流新技术研究开发与优化设计的通用技术平台。
文档编号B01D53/56GK201431856SQ20092006517
公开日2010年3月31日 申请日期2009年4月29日 优先权日2009年4月29日
发明者冯延林, 刘小波, 曾昭良, 陈冬林 申请人:湖南永清环保股份有限公司;长沙理工大学