CN101371969A - 一种用于sncr法脱硝的还原剂喷嘴 - Google Patents

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宋正华
陈开明
杨正平
何美华
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Abstract

本发明提供一种用于SNCR法脱硝的还原剂喷嘴。其包括主管、副管、卡套、液流管和喷嘴，卡套及副管通过螺纹相连形成相对密闭的空间，主管的前端装有喷嘴，且置于副管内，喷嘴的前端与卡套相接触；主管的后端与带有压力表的液流管I相通连；副管与带有压力表的液流管II相通连；在喷嘴上设有沿主管轴向贯通的混合孔，并开设有若干个连通混合孔及副管的支孔；在混合孔出液口处的喷嘴及卡套上开设有橄榄形喷出口。本发明结构合理，可使还原剂在炉内穿透时，温度区间窄，穿透性能好，射程远，并能有效地控制还原剂的雾化颗粒的粒度和雾化液滴蒸发时间，还原剂与烟气中的NOx的混合均匀，提高烟气脱硝的效率。

Description

一种用于SNCR法脱硝的还原剂喷嘴
技术领域
本发明涉及一种烟气净化脱硝装备，特别是一种用于SNCR法脱除烟气中NOx的喷射还原剂的喷嘴。
背景技术
目前，人们为了净化烟气中NOx，实现脱硝排放所采取的措施主要分有两种：燃烧控制和燃烧后控制。其中，燃烧后控制消除烟气中NOx的方法又以选择性催化还原法(SCR)和选择性非催化还原法(SNCR)在工业生产中得到较为广泛的应用。SCR与SNCR法都是以NHx为还原剂喷入反应炉内有“选择性”的在催化剂或无催化剂的作用下，与烟气中的NOx反应，生成无毒无污染的氮气(N2)和水(H2O)。反应公式如下：
4NH3+4NO+O2＝4N2+6H2O
8NH3+6NO2＝7N2+12H2O
在SCR法中，催化剂费用通常占到SCR系统初始投资的一半左右，且催化剂在使用过程中会因中毒、磨蚀失效等原因而需更换，因而存在着运行费用高、设备投资大的缺点。而SNCR法是将含有NHx基的还原剂(如氨、尿素)喷入反应炉中，在温度为800～1100℃的区域，还原剂迅速分解成NH3，与烟气中的NOx进行反应生成N2。化学机理研究表明：在混合良好的情况下，氨和尿素等氮还原剂和NOx的反应在0.3秒内基本达到平衡，反应脱硝率大于90％。因此对于实际应用来说，SNCR法属于快反应，其反应的制约因素在于混合的好坏和快慢。目前，从工程应用SNCR法的情况来看，多数采用气力雾化喷射装备，如喷枪和墙式喷嘴；喷枪直接插入反应炉内，可达炉膛长度的一半左右，将氮还原剂直接送入炉内，但需配备水冷、自动机械回撤、转动除灰、高温恒湿、断水警报等配套设备，使得费用上升、且维护困难。墙式喷嘴虽结构简单，操作和维护方便，不容易损坏，但是喷雾液滴难以深入到炉内。上述两种装备所采用喷嘴的喷出口均为嗽叭状，从而使得喷出的还原剂雾滴形状通常为实心圆锥形，在向低温和高温区方向穿透时，雾滴分布不均，射程短，脱硝效率低；同时，喷嘴还存在着易堵塞、喷射射流的动量不足，喷雾穿透力不强和混合不均的现象。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足之处，提供一种用于SNCR法脱硝的还原剂喷嘴，其结构合理，可使还原剂在炉内穿透时温度区间窄，穿透性能好，射程远，并能有效地控制还原剂的雾化颗粒的粒度和雾化液滴蒸发时间，还原剂与烟气中的NOx的混合均匀，提高烟气脱硝的效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括主管、副管、卡套、液流管和喷嘴，卡套及副管通过螺纹相连形成相对密闭的空间，主管的前端装有喷嘴，且置于副管内，喷嘴的前端与卡套相接触；主管的后端与带有压力表的液流管I相通连；副管与带有压力表的液流管II相通连；在喷嘴上设有沿主管轴向贯通的混合孔，并开设有若干个连通混合孔及副管的支孔；在混合孔出液口处的喷嘴及卡套上开设有橄榄形喷出口。
上述喷出口的中心宽度与混合孔的出液口直径的比例为1：1～1.15；混合孔出液口的直径与喷出口的长度的比例为1：2.5～3.5；喷出口的中心深度与混合孔的出液口直径的比例为2～2.5：1。
上述支孔和混合孔均为锥形，其进液口与出液口的直径比为1：1.1～1.2。
本发明所述的喷嘴的喷出口形状为橄榄形，其工作机理是液膜破碎法，射流被喷嘴出口机械的整形为窄的液膜而射出。液膜受到不稳定的表面波作用，在边缘处剥离出宽度为表面波半波长的丝、带，这些丝带很快在表面张力的作用下收缩成球形，出现液滴的破碎。在加入了雾化空气以后，雾化空气和液体在喷嘴内进行两相扩散和动量交换。喷出后气流不但对液膜直接冲击，而且两相的速度差大，表面剪切、摩擦引起的液膜表面失稳更促进了液膜的进一步破碎。因此，经过喷嘴的喷出的液滴雾化粒度为50-300μm，一部分速度高的直径大的液滴集中在喷嘴的中心位置，以50m/s的喷射速度抵达反应炉的炉膛深处；另一部分直径小的液滴分散在喷嘴周围，以较低的速度在喷入点及炉膛壁面附近就可以充分地与烟气混合反应。
本发明的有益效果在于：其结构合理，可使还原剂在炉内穿透时温度区间窄，穿透性能好，射程远，并能有效地控制还原剂的雾化颗粒的粒度和雾化液滴蒸发时间，还原剂与烟气中的NOx的混合均匀，提高烟气脱硝的效率。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为图1的A-A剖视图；
图3为图2的A向视图。
图中：1为喷嘴、2为卡套、3为副管、4为主管、5为液流管I、6为液流管II、7为压力表、8为混合孔、9为支孔、10为喷出口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明：
本发明包括主管4、副管3、卡套2、液流管I5、液流管II6和喷嘴1，卡套2及副管3通过螺纹相连形成相对密闭的空间，主管4的前端装有喷嘴1，且置于副管3内，喷嘴1的前端与卡套2相接触；主管4的后端与带有压力表7的液流管I5相通连；副管3与带有压力表7的液流管II6相通连；在喷嘴1上设有沿主管4轴向贯通的混合孔8，该混合孔8呈锥形，其进液口和出液口的直径分别为2.8和3.2mm；在喷嘴1上还开设有四干个连通混合孔8及副管3的支孔9，该支孔9也呈锥形，其进液口和出液口的直径分别为2.8和3.2mm。在混合孔8出液口处的喷嘴1和卡套2上开设有橄榄形喷出口10。所述的喷出口10的中心宽度为2.8mm，与混合孔10的出液口直径的比例为1：1.15；喷出口10的长度为9.6mm，与混合孔8的出液口直径的比例为3：1；喷出口10的中心深度为6.4mm，与混合孔8的出液口直径的比例为2：1；喷出口10两侧窄端以半径为1.5-1.6mm小圆弧过渡。
工作时，若干个本发明均匀地安装于反应炉内壁上，液流管I5、II6与外设的供液和供气站相连。液体的催化剂和压缩空气分别从液流管I5、II6进入主管4和副管3内，主管4中液气压力为0.3Mpa的压力进入混合孔8中，而副管3中的液气则以0.25Mpa的压力进入混合孔内，进行两相扩散和动量交换，并由于橄榄形喷出口10宽度小于混合孔8的直径，不能完全覆盖混合孔8，而橄榄形喷出口10的长度大于混合孔8出液口的直径，压力液气经过橄榄形喷出口的整流能形成较好的扇形喷雾，加大射流中心流量，增加穿透动量，增加中心喷雾液滴的粒度，形成了椭圆球状的喷射流进入炉膛。此外，混合孔8及支孔9的锥形设计，消除了阻塞现象，并可允许最大的液体流通过。
通过实验测得本发明喷嘴，在0.3Mpa的压力下，最远喷射距离在6m以上，雾化粒度当液流量达到200kg/h时为100μm左右。并且，喷雾中心液滴雾化粒度大、两侧液滴粒度小，具有大颗粒液滴的穿透距离大、蒸发慢和小颗粒液滴混合均匀、蒸发快的特点，达到了近壁面和炉膛中心区域都能做到较好的氮还原剂分布效果，形成理想的SNCR催化剂喷嘴雾化效果形式。

Claims (3)

1.一种用于SNCR法脱硝的还原剂喷嘴，包括主管、副管、卡套、液流管和喷嘴，卡套及副管通过螺纹相连形成相对密闭的空间，主管的前端装有喷嘴，且置于副管内，喷嘴的前端与卡套相接触；主管的后端与带有压力表的液流管I相通连；副管与带有压力表的液流管II相通连；在喷嘴上设有沿主管轴向贯通的混合孔，并开设有若干个连通混合孔及副管的支孔；其特征在于：在混合孔出液口处的喷嘴及卡套上开设有橄榄形喷出口。
2.根据权利要求1所述的一种用于SNCR法脱硝的还原剂喷嘴，其特征在于：上述喷出口的中心宽度与混合孔的出液口直径的比例为1：1～1.15；混合孔出液口的直径与喷出口的长度的比例为1：2.5～3.5；喷出口的中心深度与混合孔的出液口直径的比例为2～2.5：1。
3.根据权利要求1所述的一种用于SNCR法脱硝的还原剂喷嘴，其特征在于：上述支孔和混合孔均为锥形，其进液口与出液口的直径比为1：1.1～1.2。
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