用于SCR冷态模化试验的非均匀性喷射装置及方法

摘要

本发明提供一种用于SCR冷态模化试验的非均匀性喷射装置，设置于一烟道内，包括：多组具有相同结构的喷射子单元；各喷射子单元包括：一NOx/示踪气稀释风入口管；连通该NOx/示踪气稀释风入口管的一支架管；设置于所述支架管的多个喷嘴；设置于喷嘴的喷口处的静态混合管。该装置可以实现SCR冷态模化试验中NOx/示踪气体的非均匀喷射，从而保证试验参数更加符合实际运行工况，提高了冷模试验的精度与可靠度。同时提供基于上述装置的喷射方法。

权利要求

1.一种用于SCR冷态模化试验的非均匀性喷射方法，其特征在于，依据一非均匀性喷射装置实现，该非均匀性喷射装置设置于一烟道内，包括：多组具有相同结构的喷射子单元；

各喷射子单元包括：一NOx/示踪气稀释风入口管；连通该NOx/示踪气稀释风入口管的一支架管；设置于所述支架管的多个喷嘴；设置于喷嘴的喷口处的静态混合管；所述支架管为一H型管，包括一对纵管；连通一对纵管的横管；所述喷嘴设置于所述纵管；所述NOx/示踪气稀释风入口管与横管连通；所述静态混合管有两根，与所述纵管平行设置；

所述非均匀性喷射方法包括以下步骤：

在烟道开设临时测孔，采用烟气分析仪测量获取多个离散测点位置上的烟气中的NOx浓度，采用毕托管获得各离散测点位置上的烟气速度，并以此作为所述非均匀性喷射装置中各个喷射子单元NOx/示踪气稀释风入口喷射速度v和入口烟气NOx浓度c的喷射依据；

对应临时测孔位置，在烟道内布置所述多组相同结构的喷射子单元，各喷射子单元的布置组数及尺寸依据烟道尺寸、缩放比例、临时测孔数目确定；

各喷射子单元依据不同的入口参数喷射NOx/示踪气体；各喷射子单元的入口参数为NOx/示踪气稀释风喷射速度v和NOx浓度c；现场运行参数为基于布置于烟道的临时测孔实际获得的各离散测点位置上的烟气速度和NOx浓度，各喷射子单元的入口参数由现场运行参数获得；两者的转换关系满足相似准则。

2.如权利要求1所述的非均匀性喷射方法，其特征在于，所述烟道为一SCR脱硝系统的入口水平烟道或入口垂直烟道。

3.如权利要求1所述的非均匀性喷射方法，其特征在于，任意相邻的NOx/示踪气稀释风入口管中心线横纵向间距不超过800mm，入口管径d1的取值范围为30mm‑50mm。

4.如权利要求1所述的非均匀性喷射方法，其特征在于，单个喷射子单元布置喷嘴总数不低于6个，所述喷嘴高度介于20mm‑30mm，为平口或斜口形式。

5.如权利要求1所述的非均匀性喷射方法，其特征在于，所述静态混合管正对喷嘴的喷射方向，为中空圆柱形，静态混合管中心线所在平面距喷嘴出口的距离介于100mm～400mm之间。

说明书

用于SCR冷态模化试验的非均匀性喷射装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于SCR冷态模化试验的非均匀性喷射装置及方法，具体地说是一种可以实现NOx/示踪气体非均匀喷射的SCR冷态模化试验装置及方法。

背景技术

[0002] 燃煤电站脱硝超低排放改造成为我国重点NOx气体减排重要技术措施之一。在我国，电站脱硝技术主流的工艺选择选择性催化还原法（Selective CatalyticReduction，SCR），选择性催化还原法是指在催化剂的作用下，利用还原剂（如NH3、液氨、尿素）来“有选择性”地与烟气中的NOx反应并生成无毒无污染的N2和H2O。

[0003] SCR脱硝技术对锅炉烟气NOx控制效果十分显著、技术较为成熟、稳定，目前已成为世界上应用最多、最有成效的一种烟气脱硝技术。在合理的布置及温度范围下，可达到80～90％的脱除率。因此，SCR脱硝技术被广泛应用于国内的燃煤电站。

[0004] 选择性催化还原脱硝SCR过程中NOx还原反应的效率直接决定于烟气中NOx与NH3的混合匹配度（达到合理当量比），即氨烟混合匹配度高则反应完全，否则将造成脱硝效率低或是NH3的过剩而形成氨逃逸，这对SCR脱硝系统甚至整个锅炉系统都是不利的。

[0005] 当前对SCR系统的优化基本上是采用数值模拟与冷态模化试验验证的双重技术策略，而冷态模化试验目前大多停留在“烟气”速度场分布特性的验证研究阶段。近年来，有部分研究者提出采用示踪气体来模拟还原剂氨在“烟气”中的流动与扩散，已取得了一些较有说服力的研究结果。值得说明的是，上述的研究仅仅考虑了还原剂氨的流动与扩散，并假定脱硝入口的氮氧化物（NOx）在经历过一系列的转弯烟道充分混合后是均匀分布的。然而又有研究者经过现场实测等手段发现，SCR系统入口的NOx浓度并非均匀分布，因此，采用上述研究策略存在一定的局限性。

发明内容

[0006] 针对上述问题，本发明的目的在于提供一种用于SCR冷态模化试验的非均匀性喷射装置及方法，该装置可以实现SCR冷态模化试验中NOx/示踪气体的非均匀喷射，从而保证试验参数更加符合实际运行工况，提高了冷模试验的精度与可靠度。

[0007] 为达上述目的，本发明采取的技术方案是：

[0008] 一种用于SCR冷态模化试验的非均匀性喷射装置，设置于一烟道内，包括：

[0009] 多组具有相同结构的喷射子单元；

[0010] 各喷射子单元包括：一NOx/示踪气稀释风入口管；连通该NOx/示踪气稀释风入口管的一支架管；设置于所述支架管的多个喷嘴；设置于喷嘴的喷口处的静态混合管。

[0011] 进一步地，所述烟道为一SCR脱硝系统的入口水平烟道或入口垂直烟道。

[0012] 进一步地，所述支架管为一H型管，包括一对纵管；连通一对纵管的横管；所述喷嘴设置于所述纵管；所述NOx/示踪气稀释风入口管与横管连通；所述静态混合管有两根，与所述纵管平行设置。

[0013] 进一步地，各喷射子单元的布置组数及尺寸依据烟道尺寸、缩放比例、临时测孔数目确定。

[0014] 进一步地，任意相邻入口中心线横纵向间距不超过800mm，入口管径d1的取值范围为30mm‑50mm。

[0015] 进一步地，各喷射子单元的入口参数为NOx/示踪气稀释风喷射速度v和NOx浓度c；现场运行参数为基于布置于烟道的临时测孔实际获得的各离散测点位置上的烟气速度和NOx浓度；各喷射子单元的入口参数由现场运行参数获得，两者的转换关系满足相似准则。

[0016] 进一步地，单个喷射子单元布置喷嘴总数不低于6个，所述喷嘴高度介于20mm‑30mm，为平口或斜口形式。

[0017] 进一步地，所述静态混合管正对喷嘴的喷射方向，为中空圆柱形，静态混合管中心线所在平面距喷嘴出口的距离介于100mm～400mm之间。

[0018] 一种用于SCR冷态模化试验的非均匀性喷射方法，包括以下步骤：

[0019] 在一烟道开设临时测孔，获取多个离散测点位置的烟气速度和NOx浓度；

[0020] 对应临时测孔位置在烟道内布置多组相同结构的喷射子单元；

[0021] 各喷射子单元依据不同的入口参数喷射NOx/示踪气体；

[0022] 其中，所述不同的入口参数依据多个离散测点位置的烟气速度和NOx浓度通过满足相似准则的转换获得。

[0023] 通过采取上述技术方案，本发明可实现冷态模化试验中NOx/示踪气的非均匀输入，从而保证试验参数更加符合实际运行工况，有助于提升冷模试验的精度与可靠度，有助于指导生产运行优化。

附图说明

[0024] 图1为本发明一实施例中用于SCR冷态模化试验的NOx浓度非均匀性喷射装置的安装位置示意图。

[0025] 图2为本发明一实施例中用于SCR冷态模化试验的NOx浓度非均匀性喷射装置的总体俯面布置示意图。

[0026] 图3为本发明一实施例中用于SCR冷态模化试验的NOx浓度非均匀性喷射装置中喷射子单元的立体结构示意图。

[0027] 图4为本发明一实施例中用于SCR冷态模化试验的NOx浓度非均匀性喷射装置中喷射子单元的侧视结构示意图。

[0028] 图5为基于本发明一实施例中用于SCR冷态模化试验的NOx浓度非均匀性喷射装置所开展的冷态模化试验结果（喷氨格栅前烟道截面内的NO通量分布特性）。

具体实施方式

[0029] 下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步的描述：

[0030] 针对某660MW级燃煤机组SCR系统，本实施例提供一种用于SCR冷态模化试验的非均匀性喷射装置，设置于一烟道内，如图1所示，安装于SCR系统入口水平烟道。其截面尺寸为5200mm×8400mm。该SCR系统入口水平烟道上部共预留有4个临时测孔。用于SCR冷态模化试验的NOx浓度非均匀性喷射装置安装位置依据SCR系统入口临时测孔的位置保持一致，在另外的实施例中，烟道可选SCR脱硝系统的入口垂直烟道，临时测孔也相应开设在入口垂直烟道。

[0031] 如图2所示，装置包括：多组具有相同结构的喷射子单元；图中虚线框所框选的为其中一个喷射子单元。各喷射子单元整体缩放比例与冷态模化试验设计缩放比例一致，根据临时测孔数量及每个测孔所布置离散测点数量确定本装置横纵向各喷射子单元的布置组数，并结合烟道尺寸，保证各喷射子单元能够均匀布满整个“烟道”截面。

[0032] 参考图3及图4，各喷射子单元包括：NOx/示踪气稀释风入口管1；连通NOx/示踪气稀释风入口管1的支架管2；设置于支架管2的多个喷嘴3；设置于喷嘴3的喷口处的静态混合管4。

[0033] 支架管2为一H型管，包括一对纵管；连通一对纵管的横管；喷嘴3设置于纵管；NOx/示踪气稀释风入口管1与横管连通；静态混合管4有两根，与纵管平行设置。

[0034] 各喷射子单元的布置组数及尺寸依据烟道尺寸、缩放比例、临时测孔数目确定。

[0035] 各喷射子单元的NOx/示踪气稀释风入口参数可基于现场运行参数非均匀自定义，具体而言，各喷射子单元的入口参数为NOx/示踪气稀释风喷射速度v和NOx浓度c，现场运行参数为基于布置于烟道的临时测孔实际获得的各离散测点位置上的烟气速度和NOx浓度，各喷射子单元的入口参数由现场运行参数获得，两者的转换关系满足相似准则。

[0036] 静态混合管正对喷嘴的喷射方向，为中空圆柱形。

[0037] 基于上述装置实现的用于SCR冷态模化试验的非均匀性喷射方法，包括以下步骤：

[0038] 在一烟道开设临时测孔，获取多个离散测点位置的烟气速度和NOx浓度；

[0039] 对应临时测孔位置在烟道内布置多组相同结构的喷射子单元；

[0040] 各喷射子单元依据不同的入口参数喷射NOx/示踪气体；

[0041] 其中，所述不同的入口参数依据多个离散测点位置的烟气速度和NOx浓度通过满足相似准则的转换获得。

[0042] 本实施例中由SCR系统入口水平烟道预留的测孔直接测量获取各定负荷工况下的入口NOx浓度非均匀分布情况，即采用烟气分析仪获得各离散测点位置上烟气中的NOx浓度，采用毕托管获得各离散测点位置上的烟气速度，并以此作为NOx浓度非均匀性喷射装置中4个喷射子单元NOx/示踪气稀释风入口喷射速度v和入口烟气NOx浓度的喷射依据，从而实现与现场运行工况较为一致的非均匀入口输入，因每个测孔共测量3个深度的运行特性，故布置3×4组结构完全相同，入口参数不同的喷射子单元。每组喷射子单元均包括NOx/示踪气稀释风入口、支架管、喷射喷嘴、静态混合管四部分。

[0043] 本实施例中SCR冷态模化试验的缩放比例为1:12，符合相似准则相关要求。

[0044] 所述各喷射子单元任意两相邻入口中心线横向间距为800mm，纵向间距为600mm，入口管径d1的取值为50mm；在另外的实施例中，任意相邻入口中心线横纵向间距不超过800mm，入口管径d1的取值范围为30mm‑50mm。

[0045] 所述喷射子单元支架管内部中空，使得NOx/示踪气稀释风入口边界与喷射喷嘴连通，单个喷射子单元布置喷嘴总数为8个，喷嘴高度为20mm；在另外的实施例中，单个喷射子单元布置喷嘴总数不低于6个，喷嘴高度介于20mm‑30mm，为平口或斜口形式。

[0046] 所述喷射子单元静态混合管位于喷射喷嘴的正上方，静态混合管中心线所在平面距喷射喷嘴出口平面的高度为250mm；在另外的实施例中，静态混合管中心线所在平面距喷嘴出口的距离介于100mm 400mm之间。~

[0047] 本实施案例中NOx浓度非均匀性喷射装置由多组具有相同结构的喷射子单元共同组成，不同喷射子单元具有不同的入口参数，保证了试验参数更加符合实际非均匀的运行工况。

[0048] 基于本实施例中的一种适用于SCR冷态模化试验的NOx浓度非均匀性喷射装置开展了100％负荷、90％负荷、75％负荷、60％定负荷工况下的冷模试验研究，截取获得了喷氨格栅截面内的NO通量场分布特性，如附图4所示。NO通量场分布特性的获得克服了传统假设入口NOx浓度均匀分布的固有弊端，有助于精确地指导喷氨，对生产运行调整给出了有力的指导建议。这说明本发明所公开的一种适用于SCR冷态模化试验的NOx浓度非均匀性喷射装置，可实现冷态模化试验中NOx/示踪气的非均匀输入，从而保证试验参数更加符合实际运行工况，有助于提升冷模试验的精度与可靠度，有助于指导生产运行优化。

[0049] 如上所述，为更加真实的反映SCR系统的流动和扩散特性，提高冷模试验的精度与可靠度，本发明提供的适用于SCR冷态模化试验的NOx浓度非均匀性喷射装置及方法，基于现场实测参数实现冷态模化试验中NOx/示踪气的非均匀输入，从而更加全面的研究系统内NOx/与NH3的扩散过程。

[0050] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不是本发明的全部实施例，不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

[0051] 除说明书所述技术特征外，其余技术特征均为本领域技术人员已知技术。