CN100496671C - 用于尘粒分离的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于从烟道气流(F)分离微粒(MP)的装置(16)具有水平烟气管道(18)，烟道气流(F)经该水平烟气管道(18)从第一位置(P1)基本水平通到第二位置(P2)。在第一位置(P1)，装置(16)具有挡板配置(32)，该挡板配置(32)包括配置在烟气管道(18)内并且倾斜以便将微粒(MP)向下偏转到水平烟气管道(18)的下部(42)的至少一板(34，36，38)。在第二位置(P2)，该装置(16)具有收集手段(40)，该收集手段(40)配置在烟气管道(18)的下部(42)以便收集已经由板(34，36，38)向下偏转到烟气管道(18)的下部(42)的微粒(MP)。

Description

用于尘粒分离的方法及装置
技术领域
本发明涉及一种从在烟气管道内从第一位置基本水平通到第二位置的烟道气流分离微粒的方法。
本发明还涉及涉及一种从烟道气流分离微粒的装置，该装置具有水平的烟气管道，烟道气体经该管道从第一位置基本水平通到第二位置。
背景技术
特别用于燃煤以及燃油动力站、废品焚化设备等的烟道气体净化设备通常具有被称作SCR反应器的器件。SCR(选择性催化还原)反应器包括其中出现氮氧化物的催化诱导选择性还原的反应器。该SCR反应器具有催化剂，该催化剂经常配置成蜂窝结构或者配置为许多紧密间隔的板以便提供最大的反应面。许多SCR反应器的缺点在于在例如煤、油或废物的燃烧中形成的颗粒状灰尘粘在SCR反应器中并阻塞反应器。
以Kaneko等人名义的US5,687,656公开了一种减少到达并阻塞SCR反应器的灰尘数量的方法。在根据US5,687,656的方法中，烟道气体首先在水平烟气管道、随后在竖直烟气管道内传递并接着通过多孔板，该多孔板的气孔尺寸小于要分离的微粒。
根据US5,687,656的方法可以导致到达SCR反应器的灰尘数量的减小。然而，这种多孔板的问题是它被尘粒阻塞的风险。这种阻塞导致压降的增加，并因而导致增加的操作费用。
发明内容
本发明的目的是提供一种从烟道气体分离微粒的方法，该方法全部或部分消除了上述缺点。
本目的是通过一种从在烟气管道内从第一位置基本水平通到第二位置的烟道气流中分离微粒的方法实现的，所述方法的特征在于在第一位置微粒经受向下偏转而到烟气管道的下部并且在所述第二位置微粒收集在烟气管道的下部。
这种方法的优点在于在第一位置可以通过简单方式提供并具有低压降的偏转令人惊讶地在管道下部提供相当大的微粒高度集聚(up-concentrated)。特别是大微粒(例如大于大约1mm的微粒)剧烈并且以不再次分散在烟道气流中的方式偏转。第二位置中的收集出现在烟气管道的下部，即正好在微粒已经高度集聚的位置。这意味着收集不必出现在整个烟道气流，而是仅出现在微粒已经高度集聚的烟道气流的分流。
在优选实施例中，微粒与水平板成40-70°角向下偏转。已经发现40-70°角给出微粒的最佳偏转。以小于大约40°的角度，偏转将不是足够大，并且因而微粒将不会高度集聚在烟气管道的下部，而是再次分散在烟道气体中。以大于大约70°的角度，压降将增加。还存在偏转大得使微粒从烟气管道的底部弹回并再次分散在烟道气流中的风险。
在优选方法中，烟道气流在第二位置分成包含偏转微粒并从烟气管道的下部偏转并向下通入收集腔的第一分流以及第二分流。第一分流提供了通过少数活动部件去除从烟道气流高度集聚在烟气管道下部的微粒的简单并可靠的方法。
优选的是，使第一分流在收集腔内经受急转，微粒从第一分流甩出并分离在收集腔中。通过离心力从第一分流去除微粒的好处在于能够被轻易阻塞的网、多孔板以及其他装置不是微粒分离所必须的。这导致操作的高可靠性。
在优选方法中，在烟道气流从第一位置通到第二位置的同时烟道气流的速度以1.2到2.5的系数减小。这种情况的优点在于在第一位置已经偏转到烟气管道下部的微粒不会随着从第一位置通到第二位置再次分散到烟道气流内。相反，由于被指定为沉积效应的效应，减小气体速度将进一步导致微粒在管道下部的高度集聚。
本发明的进一步目的是提供用于从烟道气体有效分离微粒的装置，在该装置中上面提到的缺点全部或部分消除。
该目的是由通过介绍限定的那种类型并且特征在于该装置在第一位置具有挡板配置的装置实现，该挡板配置包括配置在烟气管道内并且倾斜以至于将微粒向下偏转到水平烟气管道下部的至少一个板，并且该装置在第二位置具有收集装置，该收集装置配置在烟气管道的下部以便收集已经由板向下偏转到烟气管道下部的微粒。这种装置的优点在于它在没有导致高压降或装置阻塞的风险的情况下提供认为会阻塞SCR反应器的微粒的有效分离。
在优选实施例中，所述至少一板与水平面成40-70°角。已经发现具有这种角度的板意味着微粒有效向下弹回到烟气管道的下部。
优选的是，收集装置具有偏转壁，该偏转壁与烟道气流的流动方向反向在其下部延伸到烟气管道内并且该偏转壁在烟气管道底部上方由偏转线终止，并且该壁配置为从烟道气流偏转包含偏转微粒并配置为通入到包括在收集装置内的收集腔内的分流。该偏转壁在不导致高压降或阻塞风险的情况下产生已经在第一位置偏转的微粒的有效收集。
适当的是，收集腔具有收集壁，收集壁从最靠近第一位置定位的收集腔部分在偏转线下方的水平处向偏转壁延伸。收集壁的优点在于它改进了微粒从分流的去除并且减小了已经分离在收集腔内的微粒被烟道气流夹带的风险。
该挡板配置适当包括至少三个斜板。利用至少三个斜板，可以提供具有低压降并且导致微粒在没有在板上弹回并偏转到烟气管道的下部的情况下通过挡板配置的风险很小的挡板配置。取决于烟气管道在竖直方向上的高度，使用甚至更多板通常是便利的，例如4、5或6个板或者甚至更多。
在优选实施例中，水平烟气管道的横截面积在第二位置是在第一位置的1.2-2.5倍。横截面积之间的这种关系意味着烟道气体速度减小，这样改进了微粒在第二位置的分离。烟气管道在第二位置的横截面积应至少是烟气管道在第一位置的横截面积的1.2倍，以便防止偏转到烟气管道下部的微粒再次分散到烟道气体中。以大于2.5的面积关系，提供了同样是非常小微粒的分离，这还不会导致例如SCR反应器的阻塞风险，而是更合理的在配置在SCR反应器之后的灰尘分离器内进行分离。
优选的是，烟气管道从第一位置到第二位置的长度是其在第一位置的特征截面尺寸的至少两倍，例如直径或高度。这一长度还为随着它们由挡板配置偏转接近烟气管道上部定位的微粒提供足够的时间向下移动到烟气管道下部以至分离在收集装置中。如果烟气管道的横截面积从第一位置到第二位置增加，上述长度对于烟道气体有时间在增加的横截面积内扩散并导致在这种情况下所需的速度减小同样是必须的。
通过后续描述以及附图本发明的附加特征以及优点显而易见。
附图说明
现在通过许多实施例并参照附图进一步描述本发明。
图1为示意性侧视图并显示装配有根据本发明的装置的动力站；
图2是侧视图并且更详细显示了根据本发明的装置；
图3是侧视图并且显示了在图2所示的装置中微粒如何偏转并收集；
图4是侧视图并且显示了在根据本发明的装置的备选实施例中微粒如何偏转并收集；
图5是侧视图并且显示了根据备选实施例的挡板配置；
图6是侧视图并且显示了根据另一备选实施例的挡板配置；
图7是侧视图并且显示了本发明的又一备选实施例。
具体实施方式
图1显示了动力站1。该动力站1具有锅炉2，在其中燃料(例如煤、油或废物)通过与供给的空气接触而燃烧。烟道气体F以及在燃烧中形成的微粒经管道4通到烟道气体冷却器(还称为节能装置)6。在烟道气体冷却器6中，随着它们竖直向下通过管8的包并且在此开始与锅炉2的给水间接接触而从烟道气体提取热量。烟道气体冷却器6在其下部10具有收集某些粗微粒的集尘斗12。排料装置14用于去除这种收集的粗微粒。在烟道气体冷却器6的下部10，烟道气体从竖直流动方向变成水平流动方向并且通入根据本发明的装置16。
该装置16具有水平烟气管道18，其在基本水平方向上将烟道气体从位于在烟气管道18到烟道气体冷却器6的下部10的连接点的第一位置P1通到烟道气体的方向变成竖直并且烟道气体在竖直烟气管道20在竖直向上传递的第二位置P2。烟道气体随后转过180°并通入到SCR反应器22内，反应器22倾向于选择性催化还原氮氧化物。在所示实施例中，SCR反应器22具有包含形成为蜂窝结构的催化剂的三个催化剂层24、26、28。烟道气体在催化剂内通过许多窄管道，其通常具有截面为4乘4mm的开口，同时烟道气体的氮氧化物含量减小。烟道气体经气体管道30离开SCR反应器22并随后进行进一步净化，例如在图1中未示的静电沉淀器以及烟道气体脱硫设备中，以使随后释放到大气中。
收集在集尘斗12中的微粒仅是最粗的微粒。因而离开烟道气体冷却器6的下部10的烟道气体将包含大量其尺寸使得如果接触到催化剂层24、26、28将阻塞蜂窝结构中的窄管道并导致增强的压降并且削弱的氮氧化物减少的微粒。出于避免这种问题的目的，装置16已经设置了挡板配置32，其在第一位置P1具有三个斜板34、36、38，而在第二位置P2具有收集装置40。
图2更详细显示了装置16。如上文所提到的，配置在第一位置P1的挡板配置32具有三个板34、36、38。对一个竖直放置在另一个上的这些板进行倾斜，以至于偏转烟道气流F形式的烟道气体，并且首要通过“弹回效应”将微粒向下偏转到烟气管道18的下部42。如图2显而易见的，在烟道气流F的流动方向上看，板34、36、38以与水平面倾斜大约45°角，并且因而在烟道气流F的流动方向上看朝上指向。如图2所示，烟气管道18具有在烟道气流的流动方向看去与水平面以角度β向上倾斜的上壁44。该角度β大约为10°。该角度意味着烟气管道18在第二位置P2的横截面积A2将是在第一位置P1的横截面积A1的大约1.5倍。烟气管道18的长度L是烟气管道18的尺寸D的3.5倍，该尺寸可以是根据在第一位置P1的管道形状的高度或直径。
配置在烟气管道18的下部42内的收集装置40位于第二位置P2。该收集装置40具有配置在烟气管道18下方并且形状为顶点指向下的等边三角形的收集腔46。收集腔46的壁与水平面形成大约60°角γ。排料装置48用于周期性清空收集腔46，其可以包括流化传送系统。该收集装置40进一步具有偏转壁50，该偏转壁50在与烟道气流的流动方向相反的方向上在其下部42延伸到烟气管道18内。如图2所示，壁50从收集腔46的在烟道气流方向上看是远端的端部开始，并且倾斜向上延伸到烟气管道18内。偏转壁50与水平面形成大约60°角δ并且由偏转线52终止，该偏转线在水平方向上与烟气管道18横向延伸。包括在竖直烟气管道20内的后壁54从偏转线52在烟道气流方向延伸。
收集腔46进一步具有收集壁56，该收集壁56从收集腔46最靠近第一位置P1的壁58向偏转壁50延伸，并且处于在竖直方向上位于偏转线52的水平面下方的水平面内，偏转线52的水平面转而位于烟气管道18的底部60的上方。
图3显示了在操作中烟道气体F和中等粗细的微粒MP如何按期望在装置16中动作。中等粗细的微粒在这里是指尺寸大于大约1mm但小于大约10mm的微粒，这是被认为是导致最大催化剂层24、26、28阻塞问题的微粒尺寸。粗微粒(指尺寸大于大约10mm的微粒)常常分离在烟道气体冷却器6的集尘斗12中，但在不出现这种情况的情况下，这些微粒也将在装置16中分离。细微粒(指尺寸小于1mm的微粒)仅在装置16中分离到有限程度。如上文提到的，在离开烟道气体冷却器6的下部10时，烟道气流F将转向到基本水平的流动方向。随着烟道气流F达到配置在第一位置P1的挡板配置32，烟道气流F将向下偏转到烟气管道18的下部42。烟道气流F在第一位置P1的速度为大约20m/s。在烟道气流F通到第二位置P2时，偏转效应减弱并且第二位置P2的烟道气流将具有相当均匀的气体速度线形。由于第二位置P2的横截面积A2大于第一位置P1的横截面积A1，烟道气流F的速度将逐步减小到变为第二位置P2的大约13m/s。
如从图3显而易见的，中等粗细的微粒MP将撞击到板34、36、38内并向下弹回到烟气管道的下部42。图3通过虚线显示了这些微粒MP的典型运动图案。如图3所示，在离开烟道气体冷却器6的下部10时，某些微粒MP具有倾斜向上指向的运动，但是这些微粒MP同样由板34、36、38向下偏转。因而在向下弹回到烟气管道18的下部42后，中等粗细的微粒MP将不会再次分散在烟道气流F中，而是继续沿管道18的底部60移动。挡板配置32在烟气管道18内的烟道气流F的速度线形上具有均衡效应并且减小从下部42旋起微粒MP的漩涡的形成。烟道气流F的速度从第一位置P1到第二位置P2降低的事实进一步减小了烟道气流F再次控制(get hold of)中等粗细的微粒MP并夹带它们的趋势。相反，由于这种速度的减小实现了沉淀效应，其中中等粗细的微粒MP越来越靠近管道18的底部60移动。在第二位置P2，在其中形成停滞点的偏转线52将偏转由偏转壁50向下通入到收集腔46内的第一分流FP。偏转线52应设置在底部60上方的水平面并且偏转壁50与水平面所成的角度δ使得第一分流FP在形成在收集腔46的驻漩涡内获得最大大约的5-6m/s的气体速度。烟道气流的剩余部分作为第二分流FF由壁54向上偏转并进入到竖直烟气管道20内。偏转的第一分流FP夹带中等粗细的微粒MP并将它们向下压到收集腔46内。在收集腔46中，使微粒流FP产生急转，因而使得中等粗细的微粒MP被离心力压出到腔46的壁58上并因而进行分离。收集壁56贡献迫使分流FP形成并进一步增加从分流FP去除的微粒MP数量的急转。此外，收集壁56减小微粒从收集腔46被夹带并再次分散在烟道气体内的风险。如从图3显而易见的，分流FP将在急转后再次通过收集壁56与烟道气流混合。根据收集装置40的设计，分流FP能够利用与主烟道气流的更大或更小的气体交换在收集腔46内形成更稳定或更不稳定的漩涡。与气体交换无关，然而分流FP夹带微粒MP向下进入收集腔46内。
图4显示了装置116形式的本发明的备选实施例。装置116具有水平烟气管道118，该管道118将烟道气流F在水平方向上从定位在烟气管道118到烟道气体冷却器(图4中未图示)的连接点的第一位置P1通到第二位置P2，之后将烟道气流F继续在水平烟气管道120内水平通到图4未图示的SCR反应器。装置116进一步在第一位置P1具有挡板配置132，该挡板配置132具有斜板134、136、138并且是与上文所示的挡板配置32相同类型的。在挡板配置132中，中等粗细的微粒MP向下偏转、“弹回”到烟气管道118的下部142。在第二位置P2中，装置116具有收集装置140，其具有与图2所示腔46相同类型的收集腔146。收集装置140进一步具有在与烟道气流F的流动方向相反的方向上延伸到烟气管道118内并且由偏转线152终止的水平偏转壁150，该偏转线152位于烟气管道118的底部160上方。在收集腔146中，安装与收集壁56相同类型并在偏转壁150下方的水平面延伸的收集壁。如图4所示，因而与水平面成0°角的偏转壁150在偏转线152位置偏转分流FP，该分流FP向下通入腔146内并且在此进行急转，同时对中等粗细的微粒MP进行分离。由分流FF所表示的烟道气流的剩余部分继续到水平烟气管道120。应该知道，分流FF也包含离开腔146的烟道气体，这意味着分流FF将与供应到烟气管道118的烟道气流F是相同尺寸的。腔146内的偏转分流FP形成与烟道气流进行或多或少交换的驻漩涡。象图2所示的烟气管道18一样，烟气管道118具有在烟道气流的流动方向上看与水平面向上倾斜的上壁144。因而，烟道气流的速度在第二位置P2低于第一位置P1，这减小了已经向下弹回到下部142的微粒MP再次分散在烟道气体中的风险。在备选实施例中，偏转壁150在其附着点设置有铰链并因而可枢轴转动(在图4由虚线指示)以便调整壁150与水平面的角度，并且因而调整适当第一分流FP的角度。
图5显示了根据备选实施例的挡板配置232。配置在与上述烟气管道18相同类型的烟气管道218内的挡板配置232具有五个斜板234、235、236、237、238。这些板沿与水平面倾斜大约45°角ε的线延伸，并且因而该线在烟道气流F的流动方向上看是向上倾斜的。因而，板234、235、236、237、238没有一个竖直放置在另一个的上方。如从图5显而易见的，在水平方向上看，板234和235彼此重叠距离O(剩余板相应地彼此重叠)。这种重叠减小了由MP所表示的微粒在没有碰撞板234，235，236，237，238的情况下通过挡板配置232的风险，这在图5还利用中等粗细的微粒MP的两个典型运动路径进行了图示。
图6显示了根据另一备选实施例的挡板配置332。配置在与上述烟气管道18相同类型的烟气管道318内的挡板配置332具有三个可倾斜板334、336、338。在图6中由对应虚线板指示的每个板334、336、338可在相关水平轴335、337、339上枢轴转动。水平轴335、337、339附着到示意性标识并配置在烟气管道318外部的促动器341，促动器341包括连接到马达345的导轨343。导轨343在竖直方向上的位置可以由马达设定，并因而板334，336，338可以枢轴转动到与水平面成所需角度α。因而，通过试验测试出什么角度α给出足够的中等粗细的微粒分离以便在不导致在挡板配置332上的不必要的高压降的情况下防止SCR反应器的阻塞。挡板配置332还可以以板枢轴转动到与水平面成90°角度的方式进行配置，在这种情况下挡板配置332还可以作为截流挡板。
图7显示了根据又一备选实施例的装置416。该装置416(与图2所示的装置非常相同并且因而将不描述所有细节)连接在烟道气体冷却器406后面，其在图7中仅部分显示。烟道气体冷却器406经过向上指向的竖直烟道气流F。在烟道气体冷却器406的上部410，烟道气流F变成水平流动方向并且流入到装置416内。该装置具有烟气管道418以及配置于其中的具有三个斜板434、436、438的挡板配置432。如从图7显而易见的，中等粗细的微粒MP将在板434、436、438上弹回并剧烈向下偏转到管道418的下部442。挡板配置432还偏转烟道气流F并对使得管道418内速度线形均匀作出贡献，这样减小偏转微粒MP再次分散在烟道气流F中的风险。装置416进一步具有收集装置440，其具有偏转壁450。偏转壁450将以参照图3所描述的类似的方式偏转将中等粗细的微粒MP向下通到收集腔446内的分流FP。
应该知道，可以在所附权利要求的范围内对上文描述的实施例进行修改。
例如，应该知道可以通过在数量、尺寸以及板与水平面的角度方面通过选择适当的挡板配置的板调整由该装置所执行的微粒分离，以使在装置内的压降不必太高的情况下将其尺寸存在阻塞有关催化剂层风险的微粒分离到所需程度。催化剂内的开口具有可以指定为dH的尺寸。经验规律是尺寸等于或大于0.5*dH的微粒的大部分应该在它们到达催化剂之前分离。在图1所示的实例中，开口是侧边为4mm的正方形，即dH＝4mm，这意味着尺寸为2mm以及更大的微粒应在催化剂之前进行分离。
收集腔46的壁不必必须与水平面成大约60°角γ。以实现收集腔46内分流FP的适当流量比并使得分离的微粒能够向下滑到收集腔46底部的排料装置48的方式选择角度γ。已经发现在许多情况下大约40-70°角γ非常好地满足了这些标准。
如从上文所声明的显而易见，偏转壁50、150可以与水平面成不同角度δ。在许多情况下，大约0-70°角δ对于提供适当的第一分流FP是优选的。
烟道气流在烟气管道18、118中的速度可以在宽范限度内变化。然而，烟道气流F在第一位置P1的速度为大约13-25m/s是特别优选的，因而这个范围内的速度意味着中等粗细的微粒MP有效撞到板34、36等上，向下到达烟气管道18、118的下部42、142。

Claims (13)

1.一种从烟道气流(F)分离微粒(MP)的方法，所述烟道气流(F)在烟气管道(18；118)内基本水平地从第一位置(P1)通到第二位置(P2)，其特征在于：在所述第一位置(P1)所述微粒(MP)经受向下偏转而到所述烟气管道(18；118)的下部(42；142)，并且在所述第二位置(P2)所述微粒收集在所述烟气管道(18；118)的下部(42；142)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述微粒(MP)与水平面成40-70°角向下偏转。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述烟道气流(F)在所述第二位置(P2)分成第一分流(FP)以及第二分流(FF)，所述第一分流(FP)包含偏转微粒(MP)并从所述烟气管道(18；118)的下部(42；142)偏转并向下通入到收集腔(46；146)内。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：使所述第一分流(FP)在所述收集腔(46；146)内经受急转，由此将所述微粒(MP)甩出所述第一分流(FP)并分离在所述收集腔(46；146)内。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的方法，其特征在于：在所述烟道气流(F)从所述第一位置(P1)通到所述第二位置(P2)的同时，所述烟道气流(F)的速度以1.2到2.5的系数减小。
6.一种用于从烟道气流(F)分离微粒(MP)的装置，所述装置(16；116)具有水平烟气管道(18；118)，所述烟道气流(F)经所述烟气管道(18；118)基本水平地从第一位置(P1)通到第二位置(P2)，其特征在于：所述装置(16；116)在所述第一位置(P1)具有挡板配置(32；132)，所述挡板配置(32；132)包括配置在所述烟气管道(18；118)内并且倾斜以便将微粒(MP)向下偏转到所述水平烟气管道(18；118)的下部(42；142)的至少一个板(34，36，38；134，136，138)，并且所述装置(16；116)在所述第二位置(P2)具有收集装置(40；140)，所述收集装置(40；140)配置在所述烟气管道(18；118)的下部(42；142)以便收集已经由所述板(34，36，38；134，136，138)向下偏转到所述烟气管道(18；118)下部(42；142)的微粒(MP)。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述至少一个板(34，36，38；134，136，138)与水平面成40-70°角(α)。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述收集装置(40；140)具有偏转壁(50；150)，所述偏转壁(50；150)与所述烟道气流(F)的流动方向相对，在所述烟气管道(18；118)的下部(42；142)延伸到所述烟气管道(18；118)内，并且在所述烟气管道(18；118)的底部(60；160)上方由偏转线(52；152)终止，并且所述壁(50；150)配置为从所述烟道气流(F)偏转分流(FP)，所述分流(FP)包含偏转微粒(MP)并配置为通入包括在所述收集装置(40；140)的收集腔(46；146)内。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：所述收集腔(46；146)具有收集壁(56；156)，所述收集壁(56；156)从所述收集腔(46；146)的最靠近所述第一位置(P1)定位的部分(58；158)，在所述偏转线(52；152)下方的水平处，向偏转壁(50；150)延伸。
10.根据权利要求6-9中任意一项所述的装置，其特征在于：所述挡板配置(32；132)包括至少三个斜板(34，36，38；134，136，138)。
11.根据权利要求6-9中任意一项所述的装置，其特征在于：所述水平烟气管道(18；118)的横截面积(A1；A2)在所述第二位置(P2)是在所述第一位置(P1)的1.2-2.5倍。
12.根据权利要求6-9中任意一项所述的装置，其特征在于：所述烟气管道(18；118)从所述第一位置(P1)到所述第二位置(P2)的长度(L)是其在所述第一位置(P1)的直径或高度的至少两倍。
13.根据权利要求6-9中任意一项所述的装置，其特征在于：所述挡板配置(332)设有用于设定所述板(334，336，338)相对水平面的角度(α)的促动器(341)。
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