CN102132096A

CN102132096A - 排烟脱硝装置

Info

Publication number: CN102132096A
Application number: CN2009801330025A
Authority: CN
Inventors: 和田敏通; 矢代克洋; 石崎昌典
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2008-08-25
Filing date: 2009-08-21
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2029-08-21
Also published as: PL2320142T3; ES2452301T3; WO2010023852A1; US8784740B2; JP2010048537A; US20110150716A1; EP2320142A4; JP5171479B2; EP2320142A1; EP2320142B1; CN102132096B

Abstract

本发明提供一种排烟脱硝装置，其向在主流通道(16)中流通而被节煤器(22)降温后的主流排气与在绕过节煤器(22)的旁通通道(24)中流通而保持高温的旁通排气(28)的合流排气供给氨气，其后利用后脱硝反应器进行脱硝。特别地，在主流通道(16)内的主流排气(26)与旁通排气(28)的合流部设置有三张分隔板(44)，三张分隔板(44)与主流排气(26)的流通方向并行且将主流排气流路分隔成多个、且在旁通排气(28)的流入方向上以板面对置，所述三张分隔板(44)设置成主流排气(26)的流通方向上游侧的端部从旁通排气(28)的流入侧按顺序向主流排气(26)的上游侧偏移而面向流入的旁通排气(28)。由此，能够抑制通道压力损失的增加的同时使合流后的排气的温度快速均匀。

Description

排烟脱硝装置

技术领域

本发明涉及从锅炉等炉膛排出的含有硫氧化物及氮氧化物的燃烧排气的排烟脱硝装置，特别涉及设有旁通通道的排烟脱硝装置，该旁通通道从使燃烧排气流通的主流通道分支而绕过换热器与主流通道合流。

背景技术

在例如锅炉等的炉膛中燃烧而产生的燃烧排气在流过主流通道的过程中被换热器及节煤器热回收，之后被供给氨气以还原除去排气中的氮氧化物，然后向填充有用于除去氮氧化物的催化剂的脱硝反应器引导。

这里，在排气中存在硫氧化物(特别是SO₃)且排气温度低的情况(根据排气中的氨、硫氧化物浓度而不同，但通常在大约250～330℃程度以下)下，硫氧化物与氨气反应而析出酸性硫酸铵。

该酸性硫酸铵呈液状，附着在催化剂表面而覆盖催化剂活性点，因此导致催化剂的性能降低。从而，作为运用排烟脱硝装置的条件，要求将向排烟脱硝装置流入的排气温度保持在析出酸性硫酸铵的温度以上。

为了满足该条件，已知有例如专利文献1所记载那样设置从节煤器的上游侧分支而与节煤器的下游侧合流的旁通通道的排烟脱硝装置。即，由于在旁通通道流通而绕过节煤器的旁通排气没有降温而保持高温，因此能够将与在主流通道流通的主流排气合流后的排气的温度保持在析出酸性硫酸铵的温度以上。

专利文献1：日本实开平1-81447号公报

发明内容

然而，专利文献1所记载的技术中，没有考虑到使合流后的排气的温度快速均匀这一方面。

即，在旁通排气相对于主流排气以大的运动能流入的情况下，高温的旁通排气的大部分到达流入方向的里侧(主流通道壁侧)，几乎不流到流入方向的跟前侧，因此混合合流后的排气而使其温度均匀为止需要花费时间。

从而，为了将合流后的排气的温度均匀地保持在析出酸性硫酸铵的温度以上，需要加长从排气的合流部到供给氨气的部位为止的通道尺寸，但从装置的紧凑设计的要求这一观点出发，不优选该方法。

为了缩短通道尺寸的同时使合流后的排气温度快速均匀化，考虑有在通道内设置例如用于促进合流后的排气的混合的混合器，但在这种情况下，因混合器而产生通风阻力，通道的压力损失增加，因此不优选。

因此，本发明的课题在于，抑制通道的压力损失的增加的同时使合流后的排气的温度快速地均匀。

本发明的排烟脱硝装置具备如下部件作为基本结构：主流通道，其使从炉膛排出的含有硫氧化物及氮氧化物的燃烧排气流通；换热器，其配置在主流通道内，利用热交换使燃烧排气降温；旁通通道，其从主流通道的比换热器靠上游侧的位置分支而绕过换热器与主流通道合流；氨供给装置，其向在主流通道中流动的主流排气与在旁通通道中流动的旁通排气合流后的燃烧排气供给氨气；脱硝反应器，其从供给有氨气的燃烧排气中除去氮氧化物。

特别地，为了解决上述课题，在主流通道内的主流排气与旁通排气的合流部设有多个分隔板，该多个分隔板沿着主流排气的流通方向并行且将主流排气流路分隔成多个、且在旁通排气的流入方向上所述多个分隔板以板面对置，所述多个分隔板设置成主流排气的流通方向上游侧的端部从旁通排气的流入侧按顺序向主流排气的上游侧偏移而面向流入的旁通排气。

即，通过这样设置分隔板，流入到主流通道的旁通排气与各分隔板接触而改变流通方向，在由各分隔板形成的各流路中与主流排气混合的同时向主流排气的下游流动。从而，旁通排气从旁通排气的流入方向的跟前侧向里侧均匀地遍布，换言之沿主流通道的径向均匀地遍布，能够使各流路中的主流排气与旁通排气的流量比均匀。另外，由于上述分隔板与主流排气的流通方向并行设置，因此几乎不对通风阻力产生影响。其结果是，能够抑制通道的压力损失的增加，同时使合流后的排气的温度快速地均匀。

在这种情况下，优选在旁通通道的与主流通道合流的合流部设置调整旁通排气向主流通道流入时的流动方向且可转动的调整叶片。

即，在旁通通道中设置挡板等来根据例如合流排气的温度等调整旁通排气流量的情况下，主流排气与旁通排气的流量比发生变化。即使在这种情况下，通过对调整叶片的转动角度进行调整来调整旁通排气向主流通道流入时的流动方向，由此使旁通排气在由分隔板形成的各流路中均匀地遍布，从而能够使各流路中的两排气的流量比均匀。

另外，即使在主流排气与旁通排气的流量比某种程度上固定时，在由分隔板形成的各流路中流动的旁通排气与设计值不同而存在偏差这样的情况下，也能够使用该调整叶片调整成均匀地流动。

调整叶片的转动角度的调整可以根据主流排气与旁通排气的流量比来进行。例如，预先通过实验等求解各排气的流量比、与之对应地使各流路中两排气流量比成为均匀的情况下的调整叶片的转动角度，并将各排气的流量比和与之对应的调整叶片的转动角度以表或数式等形式存储在存储器中。然后，在两通道中设置流量计，将流量计所测得的值作为输入值而输出转动角度，由此能够根据输出值调整转动角度。

发明效果

根据本发明，能够抑制通道压力损失的增加的同时使合流后的排气的温度快速地均匀。

附图说明

图1是示意性表示使用了本实施方式的排烟脱硝装置的排气线路的整体结构的纵剖面图。

图2是表示在主流排气与旁通排气的合流部的流动的一例的图。

图3是表示排烟脱硝装置的特征部的第一实施例的图。

图4是表示排烟脱硝装置的特征部的第二实施例的图。

图5是表示排烟脱硝装置的特征部的第三实施例的图。

图6是表示排烟脱硝装置的特征部的第四实施例的图。

图7是表示排烟脱硝装置的特征部的第五实施例的图。

具体实施方式

以下，对适用本发明而成的排烟脱硝装置的实施方式进行说明。需要说明的是，在以下的说明中，对同一功能部件标注同一符号而省略重复说明。

图1是示意性表示使用了本实施方式的排烟脱硝装置的排气线路的整体结构的纵剖面图。需要说明的是，在本实施方式中，例举锅炉作为排气发生源，对从锅炉排出的燃烧排气使用排烟脱硝装置。然而，并不局限于此，可以适用于含有硫氧化物及氮氧化物而被排出的燃烧排气。

如图1所示，本实施方式的排烟脱硝装置10具备：使从锅炉12的炉膛14排出的含有硫氧化物及氮氧化物的燃烧排气流通的主流通道16；配置在主流通道16内且通过热交换使燃烧排气降温的换热器18、20；配置在同一主流通道16内且通过热交换使燃烧排气降温的节煤器22。需要说明的是，从燃烧排气的上游侧按顺序串联设置有换热器18、20、节煤器22。

另外，本实施方式的排烟脱硝装置10还具备：从主流通道16的换热器20与节煤器22之间分支绕过节煤器22而与主流通道16合流的旁通通道24；向在主流通道16中流动的主流排气26与在旁通通道24中流动的旁通排气28合流后的燃烧排气供给氨气的氨供给装置30；从供给有氨气的燃烧排气中除去氮氧化物的脱硝反应器32。

在主流通道16的接近供给氨气的部位上游侧的部位设有检测燃烧排气的温度的温度传感器34。另外，在旁通通道24内设有能够转动的旁通挡板36，该旁通挡板36根据由温度传感器34检测出的温度来控制在旁通通道24中流通的旁通排气28的流通量。

需要说明的是，氨供给装置30将用于还原除去燃烧排气中的氮氧化物的氨气经由导管37向主流通道内引导，使用注入喷嘴38向燃烧排气供给。在脱硝反应器32内填充有用于除去燃烧排气中的氮氧化物的催化剂40。

接下来，说明利用排烟脱硝装置对从锅炉12的炉膛14排出的燃烧排气进行处理的工序。

在锅炉12的炉膛14中燃烧而产生的燃烧排气被换热器18、20及设置在最下游的节煤器22热回收后，被氨供给装置30注入氨气而向脱硝反应器32导入，在催化剂40的作用下除去燃烧排气中的氮氧化物。

这里，在燃烧排气中存在硫氧化物(尤其是SO₃)、且排气温度低的情况(根据排气中的氨、硫氧化物浓度而不同，但通常在大约250～330℃程度以下)下，燃烧排气与氨气反应后析出酸性硫酸铵。

该酸性硫酸铵为液状因此附着在催化剂40的表面，覆盖催化剂活性点而导致催化剂的性能降低。因此，作为运用排烟脱硝装置10的条件，需要将向供给氨气的部位流入的排气温度设定在析出酸性硫酸铵的温度以上的温度。

锅炉出口排气、即节煤器22的出口排气温度与锅炉负载相关联，在锅炉负载低的条件下出口排气温度低，随着负载上升出口排气温度变高，近年来，存在将锅炉的最低运用负载设计得更低的趋势。其原因在于，通过扩宽锅炉可运用负载区域，寻求能够更灵活地应对供电情况的变化的运用性优越的设备。

然而，在所寻求的低负载运转中，考虑有存在排气温度低而无法满足脱硝装置的运用温度的情况。

进而，在设备启动时的排气温度低的阶段更要求运用脱硝装置。其原因在于，作为社会的需要，寻求在设备运用时尽可能地运用脱硝装置从而实现更低公害的设备。

这种情况下，同样需要在排气温度低而无法满足脱硝装置的运用温度的条件下运用脱硝装置。

鉴于上述点，设置绕过节煤器22的旁通通道24。即，在旁通通道24中流通的旁通排气28没有被节煤器22降温，因此保持着高温度的状态与在主流通道16中流通而被降温的主流排气26合流。从而，进一步提高合流后的排气温度，从而能够将排气温度保持为满足脱硝装置的运用温度。

需要说明的是，可以根据温度传感器34的检测温度利用节煤器旁通挡板36来控制绕过节煤器22的旁通排气28的流量，从而使供给氨气的部位的排气温度在脱硝装置的可运用温度以上。

其中，优选合流后的低温的主流排气与高温的旁通排气在被注入氨气前、换言之到达注入喷嘴38前混合，从而使主流通道16的径向的温度分布变得均匀。其原因在于，在温度分布不均的情况下，会出现在低温部分产生酸性硫酸铵、或者在低温部分不产生酸性硫酸铵而高温部分的温度高至必要以上的事态。换言之，理想情况为温度分布均匀且该温度为带有不产生酸性硫酸铵的最低限度的富余的温度。

因此，为了使主流排气与旁通排气的合流燃烧排气的温度分布均匀，需要将图1所示的从合流部至注入喷嘴38为止的通道尺寸L1设定为使各排气充分混合的长度。

其中，若考虑在主流排气与旁通排气的合流部的各排气的流动，则成为例如图2所示的情况。图2是放大图1中的主流通道16与旁通通道24的合流部42而得到的图，表示在主流排气与旁通排气的合流部的流动的一例。如图2所示，在旁通排气相对于主流排气以大的运动能流入的情况下，高温的旁通排气的大部分到达流入方向的里侧(主流通道壁侧)(d2变大)，几乎不在流入方向的跟前侧遍布。因此，合流后的排气温度被混合而变均匀为止耗费时间较长。

于是，必然存在加长L1尺寸的需要。然而，这与脱硝装置的紧凑设计的要求相违背，因此不优选。

另一方面，为了缩短L1尺寸的同时充分地进行各排气的混合，考虑有在从两排气的合流部至注入喷嘴38之间设置促进排气的混合的混合器。然而，在这种情况下，在主流通道16中产生通风损失，从压力损失这方面来说不优选。对于该通风损失而言，只要锅炉负载变高，排气温度就变高，因此尽管不需要节煤器旁通的运用，也会在高负载运用时产生混合器的通风阻力。

为了应对上述问题而作出的本实施方式的排烟脱硝装置的特征在于，在主流通道16的主流排气26与旁通排气28的合流部设置多个分隔板，以下，使用各实施例说明该特征部的详细情况。

实施例1

图3是将图1中的主流通道16与旁通通道24的合流部42放大的图，是表示排烟脱硝装置的特征部的第一实施例的图。如图所示，在主流通道16内的主流排气26与旁通排气28的合流部设有与主流排气26的流通方向并行且将主流排气流路分隔成多个、且在旁通排气28的流入方向上以板面对置的三张分隔板44。另外，上述分隔板44设置成主流排气的流通方向上游侧的端部从旁通排气的流入侧按顺序向主流排气的上游侧偏移而面向流入的旁通排气。

通过这样设置分隔板44，流入到主流通道16中的旁通排气28从主流排气26的下游侧向上游侧顺次与分隔板44接触，而在由各分隔板形成的各流路中与主流排气26混合的同时向主流排气的下游流动。

因此，旁通排气28从旁通排气的流入方向的跟前侧向里侧均匀地遍布，换言之，沿主流通道的径向均匀地遍布，能够使各流路中的主流排气与旁通排气的流量比均匀。另外，由于这些分隔板44与主流排气26的流通方向并行设置，因此几乎不对通风阻力产生影响，其结果是，不会对设备性能造成影响。

从而，能够抑制主流通道16的压力损失的增加的同时使合流后的排气的温度快速地均匀。另外，由此能够缩短从两排气的合流部至注入喷嘴38为止的通道尺寸L1并同时获得与通道尺寸L1长的情况下同样的混合效果，因此能够将装置设计得紧凑。

在本实施例中，示出了在主流通道内设有三张分隔板44、在该部分形成大致均匀的四个流路的示例，但分隔板的张数可以按从主流排气26和旁通排气28的合流部至注入喷嘴38为止的通道尺寸L1与主流通道直径D的比率适当选择。

即，通道直径D相对于主流排气26与旁通排气28混合的距离L1越大，通道径向的温度分布的波动变得越显著，通过混合使温度均匀化所花费的时间越长，因此不得不增多分隔板44的张数。另外，换言之，由于混合特性受到由分隔板44划分的通道等效直径D与混合距离L1的比率的影响，因此在混合距离L1短的情况下，需要增多分隔板张数来促进混合。

另一方面，考虑旁通排气28的运动能和主流排气26的运动能来确定面向流入的旁通排气28的各分隔板44的尺寸S1～S3、及通道壁与分隔板间的尺寸d1～d3。即，S1～S3的尺寸、及d1～d3的尺寸设定成使向由分隔板44形成的各流路流入的主流排气流量与旁通排气流量的比相同。

在具体实践时，使用随着近年来电子计算机的发展而计算精度飞跃提高的流动仿真软件是有效的。

实施例2

图4是放大图1中的主流通道16与旁通通道24的合流部42而得到的图，是表示排烟脱硝装置的特征部的第二实施例的图。本实施例与第一实施例同样设有分隔板44，进而在旁通通道24中设置调整叶片，仅对与第一实施例不同的部分进行说明而省略其他部分的说明。

如图4所示，在旁通通道24的与主流通道16合流的合流部设置有能够转动的调整叶片48，该调整叶片48调整旁通排气28向主流通道16流入时的流动方向。

如上所述，在旁通通道24中设有旁通挡板36，根据温度传感器34的检测值改变转动角度来调整旁通排气28的流量的情况下，主流排气26与旁通排气28的流量比发生变化。

例如，在锅炉起动初始阶段，节煤器出口排气温度低，因此特性上旁通排气28相对于主流排气26的流量比大，其后，锅炉负载上升且该比率变小。即，两排气的流量比发生变化，因此旁通排气28向主流通道16的流入模式发生变化。

根据本实施例，即使在这种情况下，通过对调整叶片48的转动角度进行调整来调整旁通排气28向主流通道16流入时的流动方向，由此能够调节成向由分隔板44形成的各流路流入的主流排气流量与旁通排气流量之比相同。

例如，在从各流路中的主流排气与旁通排气的流量比均匀的良好状态发生了主流排气流量减少且旁通排气流量增加的情况下，能够通过转动调整叶片48将旁通排气的流入方向向主流排气的下游侧改变等流动解析来适当调整旁通排气28向主流通道16流入时的流动方向。

另外，即使在主流排气26与旁通排气28的流量比某种程度上固定时，在由分隔板44形成的各流路中流动的旁通排气28的量与设计值不同而存在偏差这样的情况下，也能够使用该调整叶片48调整成均匀地流动。

调整叶片48的转动角度的调整可以根据主流排气26与旁通排气28的流量比来进行。例如，预先通过实验等求解各排气的流量比、与之对应使各流路中两排气流量比成为均匀情况下的调整叶片的转动角度，并将各排气的流量比和与之对应的调整叶片的转动角度以表或数式等形式存储在存储器中。然后，在两通道设置流量计，将流量计所测得的值作为输入值而输出转动角度，由此根据输出值调整转动角度。

实施例3

图5是放大图1中的主流通道16与旁通通道24的合流部42而得到的图，是表示排烟脱硝装置的特征部的第三实施例的图。本实施例相对于第一实施例的样式，是主流通道16及分隔板44的样式的变形例，因此仅对与第一实施例不同的部分进行说明而省略其他部分的说明。

如图5所示，本实施例是主流通道16的形状随着从两排气的合流部附近朝向下游而逐渐扩径的情况的示例。这种情况下，分隔板44在合流部附近笔直地与主流排气26的流通方向并行延伸，且随着主流通道的扩径与流通方向并行地扩宽的同时延伸，从而将主流排气流路分隔成多个，且分隔板44在旁通排气28的流入方向上以板面对置。另外，分隔板44设置成主流排气的流通方向上游侧的端部从旁通排气的流入侧按顺序向主流排气的上游侧偏移而面向流入的旁通排气。

本实施例的情况也与第一实施例同样，能够使旁通排气28从旁通排气的流入方向的跟前侧向里侧均匀地遍布，换言之沿主流通道的径向均匀地遍布，能够使各流路中的主流排气与旁通排气的流量比均匀。

实施例4

图6是放大图1中的主流通道16与旁通通道24的合流部42而得到的图，是表示排烟脱硝装置的特征部的第四实施例的图。本实施例相对于第一实施例的样式，是主流通道16及分隔板44的样式的变形例，因此仅对与第一实施例不同的部分进行说明而省略其他部分的说明。

如图6所示，本实施例是主流通道16的形状随着从上游侧朝向两排气的合流部附近而逐渐缩径的情况的示例。这种情况下，分隔板44在合流部附近随着主流通道的缩径而缩小相互间的距离的同时与主流排气26的流通方向并行延伸，之后与通道形状一致而笔直地与主流排气26的流通方向并行延伸。

另外，这种情况下，分隔板44也将主流排气流路分隔成多个，且在旁通排气28的流入方向上以板面对置。进而，分隔板44配置成主流排气的流通方向上游侧的端部从旁通排气的流入侧按顺序向主流排气的上游侧偏移而面向流入的旁通排气。

本实施例的情况也与第一实施例同样，能够使旁通排气28从旁通排气的流入方向的跟前侧朝向里侧均匀地遍布，换言之沿主流通道的径向均匀地遍布，能够使各流路中的主流排气与旁通排气的流量比均匀。

实施例5

图7是放大图1中的主流通道16与旁通通道24的合流部42而得到的图，是表示排烟脱硝装置的特征部的第五实施例的图。本实施例相对于第一实施例的样式，是表示主流通道16及分隔板44的样式的变形例，因此仅对与第一实施例不同的部分进行说明而省略其他部分的说明。

如图7所示，本实施例是主流通道16的形状从合流部附近向下游侧弯曲形成的情况的示例。在这种情况下，分隔板44在合流部附近与主流通道的形状一致而笔直地与主流排气的流通方向并行延伸，之后与通道的形状一致弯曲而延伸。

这种情况下，分隔板44也将主流排气流路分隔成多个，且在旁通排气28的流入方向上以板面对置。进而，分隔板44配置成主流排气的流通方向上游侧的端部从旁通排气的流入侧按顺序向主流排气的上游侧偏移而面向流入的旁通排气。

总之，即使在主流通道具有扩大、缩小、弯曲等形状的情况下，通过在主流通道内的主流排气与旁通排气的合流部设置与主流排气的流通方向并行且将主流排气流路分隔成多个、且在旁通排气的流入方向上以板面对置的多个分隔板，并且这些分隔板设置成主流排气的流通方向上游侧的端部从旁通排气的流入侧按顺序向主流排气的上游侧偏移而面向流入的旁通排气，由此能够抑制通道的压力损失增加的同时使合流后的排气的温度快速地均匀。

此外，主流通道的扩大、缩小、弯曲等形状可能会成为使气体流动产生紊乱的主要原因，但分隔板44还起到对气体流动进行整流的作用，因而优选。

符号说明

10 排烟脱硝装置

12 锅炉

14 炉膛

16 主流通道

18、20 换热器

22 节煤器

24 旁通通道

26 主流排气

28 旁通排气

30 氨供给装置

32 脱硝反应器

36 旁通挡板

44 分隔板

48 调整叶片

Claims

1.一种排烟脱硝装置，其具备：主流通道，其使从炉膛排出的含有硫氧化物及氮氧化物的燃烧排气流通；换热器，其配置在所述主流通道内，利用热交换使所述燃烧排气降温；旁通通道，其从所述主流通道的比所述换热器靠上游侧的位置分支而绕过换热器与主流通道合流；氨供给装置，其向在所述主流通道中流动的主流排气与在所述旁通通道中流动的旁通排气合流后的燃烧排气供给氨气；脱硝反应器，其从所述供给有氨气的燃烧排气中除去氮氧化物，

所述排烟脱硝装置的特征在于，

在所述主流通道内的所述主流排气与所述旁通排气的合流部设有多个分隔板，该多个分隔板沿着所述主流排气的流通方向并行且将主流排气流路分隔成多个、且在旁通排气的流入方向上所述多个分隔板以板面对置，并且所述多个分隔板设置成主流排气的流通方向上游侧的端部从所述旁通排气的流入侧按顺序向主流排气的上游侧偏移而面向流入的旁通排气。

2.根据权利要求1所述的排烟脱硝装置，其中，

在所述旁通通道的与所述主流通道合流的合流部设置调整所述旁通排气向所述主流通道流入时的流动方向且可转动的调整叶片。

3.根据权利要求2所述的排烟脱硝装置，其中，

根据所述主流排气与所述旁通排气的流量比调整所述调整叶片的转动角度。

4.根据权利要求1所述的排烟脱硝装置，其中，

所述换热器串联设置多个，所述旁通通道设置成至少绕过最下游的换热器。