CN101450278B - 整体机翼型均流与分区可调喷氨装置 - Google Patents

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Abstract

整体机翼型均流与分区可调喷氨装置，包括水平矩形烟道以及在其横截面内均布有一组机翼元件，各机翼元件内置有与氨气联箱相连通的喷嘴母管，烟气流经过喷嘴母管和机翼元件时被分割为多个狭缝气流流经相临两个机翼元件构成的长方型喉口和最外两侧由烟道壁面与机翼元件构成的半个长方型喉口，在喉口中心线上顺烟气流的方向均匀布置有横向相互交错的氨气下喷嘴和上喷嘴。本发明由机翼元件构成的喷氨截面由于烟气流场均匀，流场分布稳定性好，喷氨的均匀性非常容易得到保证，可抵御负荷的变化。喉口烟气加速后为下游氨气和烟气的混合提供了动力，大大缩短氨气和烟气的混合所需要的距离。

Description

整体机翼型均流与分区可调喷氨装置
技术领域
本发明涉及一种在燃煤锅炉高温高尘型烟气脱硝系统中关键技术，即在烟气脱硝系统的脱硝反应器上游向烟气中注入氨气的装置，具体涉及一种整体机翼型均流与分区可调喷氨装置。
背景技术
在燃煤锅炉高温高尘型烟气脱硝系统中，氨气是最常用的还原剂。氨气的喷射系统位于脱硝反应器上游。传统常用的喷射系统有喷氨格栅，它由一个给料总管和数个连接管组成，每一个连接管给一个分配管供应氨气。分配管给数个配有喷嘴的喷管供料。喷管在烟道横截面上排列成一排或与之垂直方向重叠一排，使喷管上的喷嘴均布于该横截面内。每个连接管上设有手动阀，以调整不同连接管中的氨气流量。一个连接管流量的调节将同时影响所有与之相连的喷管和喷嘴的流量。传统的喷氨格栅由于喷嘴数量多(常达数百个)，在喷嘴通畅的情况下喷氨的均匀性可以得到保证，但由于喷嘴直径小，流经此处的烟气流速通常较低，尤其在机组低负荷运行时烟气量减少，烟气流速更低，因此运行中喷嘴发生积灰堵塞人现象时有发生，造成氨喷射不均匀，直接影响脱硝反应器内的脱硝效率。此外这种喷氨系统调节比较复杂，有时给运行操作带来困难。
另一种典型的喷氨系统为涡流混合器喷氨系统。涡流混合器的混合原理是通过某种适当形状元件(三角形表面或者圆盘表面)使烟气流产生旋涡，在涡流区内部通入氨气，利用旋涡的作用使喷入的氨气与烟气进行混合。该系统的氨喷嘴数较少，通常为几个到10个，喷嘴口径大，具有很高的防堵塞性能。不足之处是由于该法是通过过于少量的大喷嘴喷入氨气利用涡流进行混合，每个喷嘴的喷氨量大，完全依赖涡流混合均匀所需的距离较长，需要L/D＝1.5-3的几何尺寸，这在很多应用场合是不能满足的。
综上所述，传统的两种喷氨系统要么存在喷嘴易被堵塞、调节复杂，要么调节简单，但要求较长的混合距离，实际应用场合通常难于实现等不足之处。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种喷嘴数量适中、在低负荷工况下也能防止喷嘴积灰堵塞、喷氨量分区可调、下游所需的混合距离极短的整体机翼型均流与分区可调喷氨装置。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括入口与上游烟气均流装置相连通、出口与下游静态混合装置相连通的水平矩形烟道，水平矩形烟道的横截面内均匀布置有一组机翼元件，各机翼元件内置有与氨气联箱相连通的喷嘴母管，烟气流经过喷嘴母管和机翼元件时被分割为多个狭缝气流流经相临两个机翼元件构成的长方型喉口和最外两侧由烟道壁面与机翼元件构成的半个长方型喉口，在喉口中心线上顺烟气流的方向均匀布置有横向相互交错的氨气下喷嘴和上喷嘴，其中下喷嘴是从机翼元件下方引出的喷嘴，上喷嘴是从机翼元件上方引出的喷嘴。
本发明的机翼形元件5的数量为2-20个；每个喷嘴母管通过分割板至少被均匀地分割为2至10个单独可调的管段，每个分割管段通过各自的氨气连通管与氨气联箱相连通，且在氨气连通管与氨气联箱相连通的管路上还设置有流量调节阀；氨气联箱的入口通过联箱流量调节阀与氨气供给总管相连通。
本发明由机翼元件构成的喷氨截面由于烟气流场均匀，流场分布稳定性好，喷氨的均匀性非常容易得到保证，可抵御负荷的变化。喉口烟气加速后为下游氨气和烟气的混合提供了动力，大大缩短氨气和烟气的混合所需要的距离。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是图1在顺烟气流动方向的视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1，2，本发明包括入口与上游烟气均流装置相连通、出口与下游静态混合装置相连通的水平矩形烟道1，水平矩形烟道1的横截面内均匀布置有2-20个机翼元件5，各机翼元件5内置有与氨气联箱11相连通的喷嘴母管3，烟气流2经过喷嘴母管3和机翼元件5时被分割为多个狭缝气流流经相临两个机翼元件5构成的长方型喉口和最外两侧由烟道壁面与机翼元件5构成的半个长方型喉口，烟气2流经喉口时部分静压能转变为动压，烟气流速增加，但通过喉口后，相临两个机翼元件构成的通道以及最外两个通道逐渐扩张至与烟道原有流通面积相同，烟气动压又重新转变为静压，流速降低至原有水平。机翼型设计的喉口固有的阻力损失很低。这种在矩形烟道的一个横截面上排列的多个机翼布置于烟道中，在烟气加速和随后的减速过程中，对烟气流场再一次起到了均流的作用，使得在其上游初步均流后的烟气流场更加均匀，在喉口中心线上顺烟气流的方向均匀布置有横向相互交错的氨气下喷嘴7和上喷嘴8，喉口的中心线上烟气速度最高，喷嘴不会因积灰堵塞，其中下喷嘴7是从机翼元件5下方引出的喷嘴，上喷嘴8是从机翼元件5上方引出的喷嘴，每个喷嘴母管3通过分割板9至少被均匀地分割为2至10个单独可调的管段，每个分割管段通过各自的氨气连通管4与氨气联箱11相连通，且在氨气连通管4与氨气联箱11相连通的管路上还设置有流量调节阀10，氨气联箱11的入口通过联箱流量调节阀12与氨气供给总管13相连通。由这样一组机翼元件构成的喷氨截面由于烟气流场均匀，流场分布稳定性好，喷氨的均匀性非常容易得到保证，可抵御负荷的变化。喉口烟气加速后为下游氨气和烟气的混合提供了动力，大大缩短氨气和烟气的混合所需要的距离。分区可调的功能可以应对由锅炉炉膛内不均匀燃烧导致的氮氧化物浓度不均匀性一直向下游延伸问题。
本发明的原理是，在上游经过初步均流后的烟气流2进入水平布置的矩形烟道1。烟气流2经过喷嘴母管3和机翼元件5时被分割为多个狭缝气流流经相临两个机翼构成的长方型喉口和最外两侧由烟道壁面与近壁机翼构成的半个长方型喉口，在喉口中心线上均匀布置了氨气下喷嘴7和上喷嘴8，其中下喷嘴7是从机翼下方引出的喷嘴，上喷嘴8是从机翼上方引出的喷嘴，相临两个机翼中位于上方的机翼下方引出的一排喷嘴7和位于下方机翼上方引出的一排喷嘴8在喉口中心线上，横向相互错列，构成一排完整的喷嘴。其他喉口内喷嘴的布置方式相同，最外两侧喉口位置布置的喷嘴数量为中间完整喉口内喷嘴数量的一半，喷嘴位置在喉口的中心线上。通过各喷嘴喷入的氨气6与流经喉口的烟气在气动力作用下实现初步混合，以进入下游的静态混合装置。为应对由于锅炉炉膛内不均匀燃烧导致的氮氧化物浓度分布不均匀性一直向下游延伸的问题，机翼中内置的每个喷嘴母管3用分割板9进行均匀分段，每个分割管段与各自的氨气连通管4相连，使得从氨气联箱11经由氨气连通管4至喷嘴母管各分割管段的氨气流量可以通过流量调节阀10进行调节，从而可以根据实际需要调节与某一分割管段相连的喷嘴的喷氨流量，实现烟道断面上喷氨量分区可调的目的，分区可调是保证烟气在进入脱硝反应器前达到氨/氮摩尔比均匀性的关键因素之一。来自氨气供给总管13的总流量通过流量调节阀12进行控制，当系统停运时，流量调节阀12可以切断氨气的供给。
使用中将本发明的水平烟道1入口与来自上游烟气均流装置的烟气相连通，水平烟道1出口与下游静态混合装置相连，静态混合装置后依次连通有急转烟道均流装置和脱硝反应器。其基本工作原理是：来自省煤器的烟气通过上游的烟气均流装置后，部分飞灰被分离排出系统，烟气从垂直向下流动转为水平方向，在有限的距离内在水平烟道整个截面上达到流速均匀，进入本发明的整体机翼型均流与分区可调喷氨装置，氨气量与烟气量相比极其微量，喷入氨气后的烟气流经烟气/氨气混合装置充分混合，之后通过急转烟道均流装置，使烟气再次从水平方向转为垂直向下流动，转向后的烟气在几何尺寸更大的垂直烟道整个截面上分布均匀，进入烟气脱硝反应器，烟气中的氮氧化物在反应器内催化剂的作用下与氨气发生还原反应，生成无害的水和氮气，实现烟气脱硝的目的，脱硝反应器出来的烟气进入整个脱硝系统的下游设备空气预热器。

Claims (4)

1.整体机翼型均流与分区可调喷氨装置，包括入口与上游烟气均流装置相连通、出口与下游静态混合装置相连通的水平矩形烟道(1)，其特征在于：水平矩形烟道(1)的横截面内均匀布置有一组机翼元件(5)，各机翼元件(5)内置有与氨气联箱(11)相连通的喷嘴母管(3)，烟气流(2)经过喷嘴母管(3)和机翼元件(5)时被分割为多个狭缝气流流经相邻两个机翼元件(5)构成的长方型喉口和最外两侧由烟道壁面与机翼元件(5)构成的半个长方型喉口，在喉口中心线上顺烟气流的方向均匀布置有横向相互交错的氨气下喷嘴(7)和上喷嘴(8)，其中下喷嘴(7)是从机翼元件(5)下方引出的喷嘴，上喷嘴(8)是从机翼元件(5)上方引出的喷嘴。
2.根据权利要求1所述的整体机翼型均流与分区可调喷氨装置，其特征在于：所说的机翼形元件(5)的数量为2-20个。
3.根据权利要求1所述的整体机翼型均流与分区可调喷氨装置，其特征在于：所说的每个喷嘴母管(3)通过分割板(9)被均匀地分割为2至10个单独可调的管段，每个分割管段通过各自的氨气连通管(4)与氨气联箱(11)相连通，且在氨气连通管(4)与氨气联箱(11)相连通的管路上还设置有流量调节阀(10)。
4.根据权利要求1所述的整体机翼型均流与分区可调喷氨装置，其特征在于：所说的氨气联箱(11)的入口通过联箱流量调节阀(12)与氨气供给总管(13)相连通。
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Assignee: Suzhou Huarui Nengtai Power Generation Technology Co., Ltd.

Assignor: Xi'an Thermal Power Research Institute Co., Ltd.

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Denomination of invention: Whole wing type current sharing and partition adjustable ammonia-gas spraying device

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License type: Exclusive License

Open date: 20090610

Record date: 20110704

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Granted publication date: 20110406

Termination date: 20181222

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