CN102078767B - 用于选择性催化还原脱硝装置的v形混合格栅 - Google Patents

Abstract

一种烟气脱硝技术领域的用于选择性催化还原脱硝装置的V形混合格栅，包括：由下而上依次水平布置于烟道内的横向V形柱体混合格栅阵列和纵向V形柱体混合格栅阵列，横向V形柱体混合格栅阵列的两侧及纵向V形柱体混合格栅阵列的两侧均设有环套装置，该环套装置与烟道壁面固定连接，横向V形柱体混合格栅阵列设置于喷氨格栅上方。本发明通过加强湍流强度使氨气与烟气的混合更均匀，有提高SCR反应脱硝效率和降低氨逃逸率的应用前景。

Description

用于选择性催化还原脱硝装置的V形混合格栅

技术领域

本发明涉及的是一种烟气脱硝技术领域的装置，具体是一种用于选择性催化还原(SCR)脱硝装置的V形混合格栅。

背景技术

烟气脱硝方法包括选择性催化还原(SCR)技术、选择性非催化还原(SNCR)技术、SNCR/SCR联合烟气脱硝技术、液体吸收法、微生物吸收法、活性炭吸附法、电子束法等。目前应用最广、最有效的烟气脱硝主流技术是SCR技术，其脱硝效率在80％以上。选择性催化还原法的主要原理是利用氨气NH₃作为还原剂与烟气中的氮氧化物NO_x在催化剂的作用下发生氧化还原发应，生成氮气N₂和水H₂O，其主要SCR脱硝工艺流程是：氨气由喷氨格栅喷射入烟道，与省煤器排出的烟气经过混合格栅在烟道中经过充分混合后进入SCR脱硝反应器，在V₂O₅/WO₃及MoO₃等催化剂的作用下，氮氧化物被还原成氮气。选择性催化还原SCR工艺的关键指标是烟气进入脱硝反应器之前，烟气中的NO_x和NH₃的混合均匀度和烟气速度分布均匀度。SCR脱硝设备冷模试验结果表明：现有的脱硝装置烟气速度分布均匀度一般能被控制在合格范围，但是氨浓度分布均匀度的控制难度较大，一般只能勉强达到工艺设计要求。

目前，工程设计中常用的混合格栅是由直径为Φmm的横向间距a圆形钢管格栅与直径Φ′mm纵向间距b圆形钢管格栅构成的m×n阵列，横向格栅阵列与纵向格栅阵列相距Dmm，横纵两组圆柱体钢管成90°交叉两端固定在烟道壁。混合格栅安装在SCR脱硝系统的喷氨格栅上方Hmm处。

在对现有的技术文献检索后发现，朱乐敏，张彬，李岂凡在《南昌大学学报》1998年3月第22卷1期发表了“超滤器中的高跷格栅压力降和传质特性的分析”。该论文探讨了高跷格栅的压力损失与传质特性，通过实验定量测定流体强制对流流过高跷格栅的压力损失及传质系数，并讨论其影响因素，通过实验定量指出格栅的结构如固定角，自由缝隙等因素对压力损失和传质系数的相互影响。即固定角较小时，格栅的压力损失比较大，自由缝隙较小时，格栅压力损失比较小；并给出两组固定角的压力损失对比，找到了在压损较小的固定角情况下，传质系数最优的自由缝隙值。但该论文没有给出基于流场分布的格栅安装位置对传质特性的影响，也没有提出格栅本身柱体形状对压力损失和传值特性的CFD定量计算。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种用于选择性催化还原脱硝装置的V形混合格栅，通过加强湍流强度使氨气与烟气的混合更均匀，有提高SCR反应脱硝效率和降低氨逃逸率的应用前景。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：由下而上依次水平布置于烟道内的横向V形柱体混合格栅阵列和纵向V形柱体混合格栅阵列，其特征在于：横向V形柱体混合格栅阵列的两侧及纵向V形柱体混合格栅阵列的两侧均设有环套装置，该环套装置与烟道壁面固定连接，横向V形柱体混合格栅阵列设置于喷氨格栅上方。

所述的横向V形柱体混合格栅阵列和纵向V形柱体混合格栅阵列均由若干个V形格栅柱体以阵列方式排布组成。

所述的环套装置包括：内径与V形格栅柱体相一致的圆环以及与圆环固定连接的圆垫底座，其中：圆垫底座固定于烟道壁面上，V形格栅柱体嵌套固定于圆环中。

本发明实际工作时，氨气在V形混合格栅处由于格栅增加湍流的效果，氨气在撞击V形格栅柱体并沿锥面流动产生湍流使氨气成扇面状扩散，进而使氨浓度的均匀度得到改善。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为V形混合格栅安装位置示意图；

其中：1整体烟道壁面、2横向V形格栅阵列、3纵向V形格栅阵列、4V形格栅柱体、5喷氨格栅装置、6环套装置。

图3为未加装V形混合格栅喷氨格栅后不同距离截面氨浓度相对标准差分布曲线。

图4为原始圆形混和格栅与V形混个格栅局部速度分布云图；

其中：(a)圆形混合格栅；(b)V形混合格栅。

图5为距离喷氨格栅4000mm处烟道考察截面氨浓度分布云图；

其中：(a)现有技术；(b)实施例。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1和图2所示，为某火力电站SCR脱硝装置喷氨格栅和混合格栅部分，其烟道外壁尺寸为15700×3600×4800mm，其V形混合格栅包括：横向V形格栅阵列2，纵向V形格栅阵列3，横纵两组V形柱体成90°交叉两端固定在烟道壁。

所述的V形格栅混合器，横向V格栅阵列2与纵向V格栅阵列3相距Dmm，由横纵两组V形柱体钢管组成m×n阵列，V形格栅柱体4为钢结构，两端由壁面柱体环套装置固定在烟道壁面。

所述的V形格栅混合器的安装方式，根据烟道的具体几何尺寸与其内部的流场情况确定由CFD软件仿真的出，将V形格栅混合器根据前文所确定的最优位置安装到距离喷氨格栅5上方Hmm处。

所述的V形格栅混合器的结构，在保证压力损失46Pa和孔隙率0.364的前提下，结构设计如图1和图2所示，横向V形格栅阵列2间距a柱体横截面长度Ψmm，高度hmm。纵向V形格栅阵列3间距b柱体截面长度Ψ′mm，高度h′mm。V形格栅柱体4的横截面长度Φ＝Φ′＝Ψ＝Ψ′，高度h＝h′，柱体长度Lmm横向与L′mm纵向和柱体钢体厚度λmm。

其中：

Φ＝Φ′＝Ψ＝Ψ′＝40mm；

h＝h′＝35mm；

a＝310mm，b＝255mm；

D＝300mm；

H＝550mm；

L＝3600mm，L′＝15700mm；

λ＝10mm；

实施结果

如图3-图5所示，在上述实施例子的喷氨格栅烟道中，烟气入口速度：12.6m/s，喷氨速度：13.4m/s，烟气出口静压力：-50pa，温度设定为648K。用Fluent6.24软件进行CFD仿真计算。原始设计距离喷氨格栅4000mm处烟道截面处的氨浓度相对标准差为7.22％，相应的氨浓度分布云图见附图4(a)；在采用了V形混合格栅装置优化设计后，距离喷氨格栅4000mm处烟道截面处的氨浓度相对标准差降低至5.42％，相应的氨浓度分布图见附图4(b)，氨浓度相对标准差降幅达24.93％。

	改善效果优化指标氨浓度相对标准差
		原始设计	7.22％
优化设计	5.42％

CFD仿真结果表明采用了混合格栅优化设计后距离喷氨格栅出4000mm处烟道截面的氨浓度分布均匀度有了明显的改善。这说明上述的V形混合格栅设计方案可以使SCR脱硝反应有更高的脱硝效率和更低的氨逃逸率。

Claims (1)

1.一种用于选择性催化还原脱硝装置的V形混合格栅，包括：由下而上依次水平布置于烟道内的横向V形柱体混合格栅阵列和纵向V形柱体混合格栅阵列，其特征在于：横向V形柱体混合格栅阵列的两侧及纵向V形柱体混合格栅阵列的两侧均设有环套装置，该环套装置与烟道壁面固定连接，横向V形柱体混合格栅阵列设置于喷氨格栅上方；

所述的横向V形柱体混合格栅阵列与喷氨格栅之间距离为550mm；所述的横向V形柱体混合格栅阵列和纵向V形柱体混合格栅阵列之间距离为300mm；

所述的横向V形柱体混合格栅阵列和纵向V形柱体混合格栅阵列均由若干个V形格栅柱体以阵列方式排布组成；

所述的V形格栅柱体的柱体长度为3600-15700mm ，横截面长度40mm，高度35mm，柱体钢体厚度10mm，两两柱体相距255-310mm；

所述的环套装置包括：内径与V形格栅柱体相一致的圆环以及与圆环固定连接的圆垫底座，其中：圆垫底座固定于烟道壁面上，V形格栅柱体嵌套固定于圆环中。

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