一种火电厂SCR脱硝催化剂磨损预测计算方法技术

一种火电厂SCR脱硝催化剂磨损预测计算方法，建立尾部烟道数值模型，对尾部烟道数值模型内的催化剂床层内部的每个网格对应有飞灰颗粒信息；根据飞灰颗粒信息，判断飞灰颗粒的下一个时间步长飞灰颗粒的速度和位置，根据速度和位置判断是否与催化剂发生碰撞；若发生碰撞，根据飞灰颗粒信息计算催化剂的磨损量，再利用反弹系数方程计算该颗粒在下个时间步长的速度方向和位置；若未碰撞，重复上述过程，直至该颗粒通过催化剂层，完成磨损预测。本发明专利技术可预测燃煤电厂的催化剂磨损率，从而计算公式可预测实际催化剂使用寿命，为降低催化剂磨损提供指导，该方法经济便捷，可靠方便，计算时间周期短。

【技术实现步骤摘要】
一种火电厂SCR脱硝催化剂磨损预测计算方法
本专利技术属于火电厂SCR脱硝催化剂
，涉及一种火电厂SCR脱硝催化剂磨损预测计算方法。
技术介绍
由于尾部烟道的气固两相流动较为复杂，目前对SCR脱硝催化剂的磨损预测局限于小型实验台上，主要方法为：采用含灰高速烟气直接冲刷SCR脱硝催化剂，对冲刷前后进行称重来判断催化剂的整体磨损率。该方法仅能粗略得到催化剂的强度，无法考虑不同飞灰颗粒、飞灰入射角度、飞灰物理化学性质等影响，也不能反映催化剂在实际流场的磨损情况，从而无法得到在反应器断面的催化剂局部磨损差异。SCR脱硝催化剂布置在尾部烟道的脱硝反应器内，由于燃煤锅炉尾部烟道中存在大量的飞灰，飞灰的存在会导致SCR脱硝催化剂磨损至坍塌或穿孔，造成脱硝效率下降，氨逃逸量升高。因此该磨损预测计算方法，可以预测磨损位置。对预防催化剂磨损，以及改进催化剂磨损有着重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种火电厂SCR脱硝催化剂磨损预测计算方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种火电厂SCR脱硝催化剂磨损预测计算方法，包括如下步骤：1)建立尾部烟道数值模型，对尾部烟道数值模型进行网格划分，再进行数值模拟计算，得到飞灰颗粒信息；2)根据飞灰颗粒信息，判断飞灰颗粒的下一个时间步长飞灰颗粒的速度和位置，根据速度和位置判断是否与催化剂发生碰撞；3)若发生碰撞，根据飞灰颗粒信息计算催化剂的磨损量，再利用反弹系数方程计算该颗粒在下个时间步长的速度方向和位置；若未碰撞，返回步骤2)，直至该颗粒通过催化剂层，完成磨损预测。本专利技术进一步的改进在于，若每个网格对应没有飞灰颗粒信息，则进行中心插值计算，得到该网格对应的飞灰颗粒信息。本专利技术进一步的改进在于，飞灰颗粒信息包括飞灰速度、飞灰粒径、飞灰入射角度与密度。本专利技术进一步的改进在于，磨损量通过下式计算：E(α)＝g(α)E90(3)式中：n1、n2为指定系数；E(α)为磨损量，Hv为材料维氏硬度；Vp为粒子与壁面的相对速度；Vref为颗粒参考速度；dp为颗粒粒径；dref为颗粒参考粒径，k2为速度参考系数，k3为粒径参考系数，K1为设置值，ρw为飞灰密度。本专利技术进一步的改进在于，反弹系数方程如下：τN＝0.92-0.0147α+5.25×10-4α2-1.21×10-6α3(1)τT＝0.788-0.043α+4.33×10-4α2-2.26×10-6α3(2)式中：τN、τT为法相反弹系数和切向反弹系数；α为颗粒入射角度。本专利技术进一步的改进在于，反弹系数方程通过对实际飞灰进行飞灰冲刷试验得到。本专利技术进一步的改进在于，根据磨损量通过下式计算磨损时间：式中：t为磨损时间；ρ为冲蚀磨损的目标材料密度；S为目标材料磨损区域的表面积；d为目标材料厚度；er为磨损率。本专利技术进一步的改进在于，磨损率er通过下式计算：er＝ρwE(α)(7)式中，E(α)为磨损量，ρw为飞灰密度。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果：本专利技术通过对实际飞灰进行了飞灰冲刷试验，得到飞灰的反弹系数方程，该方程可以确保飞灰的流动与实际流动相同。本专利技术通过对比实际磨损位置与大小，修正反弹系数方程相关系数，得到反弹系数方程，使磨损方程与实际更相符合。本专利技术可预测燃煤电厂的催化剂磨损率，从而计算公式可预测实际催化剂使用寿命，为降低催化剂磨损提供指导，该方法经济便捷，可靠方便，计算时间周期短，该方法可以为优化流场、灰场及减小催化剂磨损提供指导，是一种有效的具有实际应用价值的预测计算方法。附图说明图1为本专利技术的流程图。图2为A侧(即锅炉中心线左侧)上层催化剂实际磨损统计图。图3为灰粒径体积微分分布。图4为颗粒粒径d与Yd的关系图。图5为CFD数值模拟的SCR系统整体结构设计图。图6为催化剂磨损分布图(仅展示1/3催化剂的磨损率结果)。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行详细说明。本专利技术利用CFD(计算流体动力学)以及Matlab软件，通过对实际锅炉尾部烟道及内部导流板、混合器、喷氨格栅以及整流格栅进行1:1建模，并设立与电厂实际运行参数一致的边界条件，研究省煤器出口至SCR出口的烟气流场和飞灰分布，通过监测首层催化剂上方500mm的飞灰速度、飞灰入射角度、飞灰粒子分布位置、飞灰浓度等参数，从而使用合适的磨损计算模型，对催化剂磨损进行预测和计算。通过该预测计算，可以更好的设计尾部烟道结构，从而达到延长催化剂使用寿命，减少电厂检修、更换催化剂的费用。具体的，以某实际电厂为例，本专利技术的一种火电厂SCR脱硝催化剂磨损预测计算方法，包括以下步骤：1)某实际电厂发生了催化剂磨损问题，收集电厂催化剂磨损相关情况，获取锅炉尾部烟道图纸，及相关边界条件和初始条件。试验煤样工业分析与元素分析参见表1-1。表1-1试验煤样工业分析与元素分析2)检测步骤1)中的煤样燃烧后的飞灰粒径分布、成分与密度，其中，飞灰成分见表1-2。表1-2试验飞灰成分/％参见图1，即该电厂灰粒径从0.375μm至2000μm的微分体积粒径分布图，该粒径分布平均径为285μm，中位径为240.9μm，峰值为356.1μm。该电厂灰粒径属于大颗粒灰，磨损性能强。飞灰的密度为1130kg·m-3。使用Rosin-Rammler(罗辛-拉姆勒)分布模型对如图3-1的飞灰粒径进行模拟，该模型需要知道颗粒粒径d与质量分数Yd对应关系，如表3-4所示。表3-4颗粒粒径d与质量分数Yd对应关系Rosin-Rammler分布函数假定颗粒粒径d与质量分数Yd只见存在这样一种指数关系：其中，dm为平均粒径(MeanDiameter)；n为传播系数(SpreadParameter)。为了获得上述颗粒粒径d与质量分数Yd，需要找到颗粒粒径d与质量分数Yd的关系。d和Yd的曲线关系如图3-2所示。Yd＝e-1≈0.368所对应的颗粒粒径d值即为平均粒径dm＝310μm。得到平均粒径dm后，根据式3-2可以得到式3-3；n＝ln(-lnYd)/ln(d/dm)(3-3)求得的传播系数n值分别为1.45、1.19、1.29、1.34、1.50、1.38、1.39，这7个传播系数n值的平均值为n＝1.36。使用飞灰的密度作为模拟条件，即取密度1130kg·m-3。3)通过飞灰冲刷试验，得到飞灰碰撞角度和飞灰磨损模型，根据飞灰磨损模型得到磨损量。由于飞灰颗粒的形状是不规则的，同时各金属壁面的表明也不是光滑的，因此这种碰撞是不均匀的，需要对飞灰粒子实际的反弹角进行描述，通过使用高速摄像机对颗粒碰撞进行研究得到反弹系数方程，具体如下：...

【技术保护点】
1.一种火电厂SCR脱硝催化剂磨损预测计算方法，其特征在于，包括如下步骤：/n1)建立尾部烟道数值模型，对尾部烟道数值模型进行网格划分，再进行数值模拟计算，得到飞灰颗粒信息；/n2)根据飞灰颗粒信息，判断飞灰颗粒的下一个时间步长飞灰颗粒的速度和位置，根据速度和位置判断是否与催化剂发生碰撞；/n3)若发生碰撞，根据飞灰颗粒信息计算催化剂的磨损量，再利用反弹系数方程计算该颗粒在下个时间步长的速度方向和位置；/n若未碰撞，返回步骤2)，直至该颗粒通过催化剂层，完成磨损预测。/n

【技术特征摘要】
1.一种火电厂SCR脱硝催化剂磨损预测计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)建立尾部烟道数值模型，对尾部烟道数值模型进行网格划分，再进行数值模拟计算，得到飞灰颗粒信息；
2)根据飞灰颗粒信息，判断飞灰颗粒的下一个时间步长飞灰颗粒的速度和位置，根据速度和位置判断是否与催化剂发生碰撞；
3)若发生碰撞，根据飞灰颗粒信息计算催化剂的磨损量，再利用反弹系数方程计算该颗粒在下个时间步长的速度方向和位置；
若未碰撞，返回步骤2)，直至该颗粒通过催化剂层，完成磨损预测。


2.根据权利要求1所示的一种火电厂SCR脱硝催化剂磨损预测计算方法，其特征在于，若每个网格对应没有飞灰颗粒信息，则进行中心插值计算，得到该网格对应的飞灰颗粒信息。


3.根据权利要求1所示的一种火电厂SCR脱硝催化剂磨损预测计算方法，其特征在于，飞灰颗粒信息包括飞灰速度、飞灰粒径、飞灰入射角度与密度。


4.根据权利要求1所示的一种火电厂SCR脱硝催化剂磨损预测计算方法，其特征在于，磨损量通过下式计算：
E(α)＝g(α)E90(3)









式中：n1、n2为指定系数；E(α)为磨损量，Hv为材料维氏硬度；Vp为粒子与壁面的...

【专利技术属性】
技术研发人员：周梦伟，蒋珂，杨永林，谭增强，常磊，牛国平，
申请(专利权)人：西安西热锅炉环保工程有限公司，贵州盘江电投发电有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61