CN102160964A - Sncr脱硝多喷嘴长枪喷射器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及SNCR脱硝多喷嘴长枪喷射器，包括枪体组件和至少两个喷嘴，枪体组件包括管道组件、输入组件以及枪头，管道组件由内向外依次包括冷却水输入管、尿素管、空气管和冷却水输出管；输入组件包括进水接头、尿素接头、空气接头以及出水接头，枪头包括尿素封头、设置在空气管出口端的空气封头以及设置在冷却水输出管进口端和冷却水出口端之间的冷却水封头，喷嘴为设置在枪体组件上的内混式喷嘴，喷嘴的混合室分别与尿素腔和空气腔相通，喷嘴的喷口开口于冷却水输出管侧壁。解决了现有的SNCR脱硝多喷嘴长枪喷射器脱硝效率低、在高温、高腐蚀、高磨损的烟气环境中性能不稳定的技术问题，本发明提结构设计合理、运行稳定、脱硝效率高。

Description

SNCR脱硝多喷嘴长枪喷射器

技术领域

本发明涉及电站锅炉的烟气湿法脱硝装置，特别涉及SNCR(选择性非催化还原法)脱硝多喷嘴长枪喷射器，可应用于电站燃煤锅炉，进行NOx控制处理。

背景技术

锅炉燃烧煤粉进行能量转换的同时会向环境排放大量污染物，据统计大气NOx排放中的67％来自燃煤，因此对电厂燃煤锅炉进行NOx控制处理非常有必要。SNCR脱硝技术于20世纪70年代中期在日本开始应用，80年代末欧盟国家也开始了SNCR脱硝技术的工业应用，美国90年代初开始应用SNCR脱硝技术，目前全世界燃煤电厂SNCR脱硝工艺的总装机容量已经超过2GW，而在中国的装机容量较小。近几年高效率大容量发电机组增速较快，且大多采用了较为先进的低氮燃烧技术，使单位发电量的NOx排放水平呈下降趋势；另外，在役机组的低氮燃烧技术改造和一部分新建电厂烟气脱硝装置的建成并投入运行，对降低NOx排放水平也起到一定作用，但从整个行业来说，我国对氮氧化物排放的控制尚处于起步阶段，难以满足环保要求，有很大的发展潜力。

选择性非催化还原法(SNCR)是一种成熟的NOx控制处理技术，其主要原理是在没有催化剂作用下，向870～1150℃高温烟气中喷射尿素水溶液作为还原剂，还原剂与烟气中NOx反应生成N2，从而完成NOx的控制。通过分析SNCR的原理可知，尿素水溶液喷雾及与烟气的混合过程对脱硝效率有重要影响，而尿素水溶液的雾化粒径分布、流强空间分布、雾化角度、喷射速度等是影响喷雾及混合的关键参数。同时由于电厂锅炉内部烟气流动空间较大，如果要使喷雾场能够覆盖大部分烟气流动区域，使用单个喷嘴无法实现，解决的方法是使用多喷嘴长枪喷射器，使喷嘴能够深入炉膛中心区域位置，提高喷雾覆盖区域，改善脱硝效率。长枪喷射器长期在锅炉中工作，工作环境恶劣，其热防护和长时间运行可靠性需要考虑。因此，喷嘴的雾化特性、枪体的结构设计、枪体的热防护能力及长时间运行可靠性是多喷嘴长枪喷射器设计的关键技术。

从以上分析可以看出，SNCR技术是非常有发展应用潜力的新技术，长枪喷射器作为SNCR技术的核心组成产品也具有良好的应用前景。在环保要求日益提高的形势下，该产品的发展和应用具有良好的经济和社会效益。

但是现有的多喷嘴长枪喷射器存在结构设计不合理、脱硝效率低、在高温(1250℃)、高腐蚀、高磨损的烟气环境中喷枪的性能和可靠性低。

发明内容

为了解决现有的SNCR脱硝多喷嘴长枪喷射器脱硝效率低、在高温、高腐蚀、高磨损的烟气环境中性能不稳定的技术问题，本发明提供一种SNCR脱硝多喷嘴长枪喷射器，结构设计合理、运行稳定、脱硝效率高。

本发明的技术解决方案：

SNCR脱硝多喷嘴长枪喷射器，包括枪体组件和至少两个喷嘴，

所述枪体组件包括管道组件、输入组件以及枪头，

所述管道组件由内向外依次包括冷却水输入管4、尿素管3、空气管2和冷却水输出管1；所述冷却水输入管为输入冷却水腔，所述冷却水输入管4与尿素管3之间形成尿素腔，所述尿素管和空气管之间形成空气腔，所述空气管和冷却水输出管之间形成输出冷却水腔，

所述输入组件包括设置在冷却水输入管进口端的进水接头10、设置在尿素管进口端的尿素接头11、设置在空气管进口端的空气接头12以及设置在冷却水输出管出口端的出水接头13，

所述枪头包括设置在尿素管出口端的尿素封头5、设置在空气管出口端的空气封头6以及设置在冷却水输出管进口端和冷却水出口端之间的冷却水封头7，

所述喷嘴为设置在枪体组件上的内混式喷嘴，所述喷嘴的混合室分别与尿素腔和空气腔相通，所述喷嘴的喷口开口于冷却水输出管侧壁。

上述喷嘴包括喷嘴壳体、设置在喷嘴壳体内且一端与尿素腔连通的且位于喷嘴壳体中心的尿素输送管、一端与空气腔连通且与尿素输送管成45度夹角的沿尿素输送管均布的至少两个空气输送管、与尿素输送管以及空气输送管的出口连接的混合室以及设置在混合室出口的扇形整流槽及喷口；所述整流槽设置在混合室和喷口之间。

上述喷口的截面为橄榄形或矩形。

上述枪体组件的外侧设置有耐高温耐磨层。

上述空气输送管为4个。

本发明所具有的优点：

1、本发明使用多喷嘴长枪喷射器将喷嘴送入炉膛中心区域位置，解决了墙式喷射器不能将喷雾覆盖中心区烟气的缺陷，提高了脱硝效率；可以根据炉膛内受热面分布调整长枪上喷嘴数量及喷嘴的雾化特性，最大限度的提高喷雾场对烟气的覆盖程度，提高脱硝效率；枪体采用夹套冷却结构，冷却水从中间进入长枪，流到枪头后沿外壁流出，合理设计夹层的冷却水流速，保证可靠冷却。本发明合理设计的冷却结构，冷却水9.0～12.0t/h，进口温度不大于35℃时，能够在1250℃高温环境下长期工作，极限工作温度可以达到1500℃，大大增加了喷枪与高温环境的相容性。喷嘴入口气、液路压力0.4～0.6Mpa，尿素水溶液流量12.0g/s，气液比1.0％～2.0％，喷雾场穿透深度超过3.0m，平均索太尔直径小于100μm。

2、本发明的SNCR脱硝多喷嘴长枪喷射器，尿素水溶液由尿素输送管进入，空气输送管由周向呈90°夹角进入。喷头设计成平面扇形雾化结构，进口设有整流槽，空气和尿素水溶液在混合室的撞击点开始相互冲击混合，发生强烈的能量交换和动量交换，形成均匀的两相流，气液混合流在喷嘴出口处受到整流槽限制而挤压变形，最终被整流成扁平的扇形喷雾形状，喷嘴的整流槽还设有导流角，一方面有利于气液混合流的进一步膨胀扩张，另一方面可以限定喷雾的雾化角。

3、本发明喷口为橄榄形和或矩形喷口的Y型气动喷嘴，在满足雾化要求的同时，增加了穿透深度并实现了喷雾角的可控制性。

4、本发明的枪体外侧设置有耐高温耐磨涂层，能够有效预防烟气的腐蚀和磨损，延长产品使用寿命并提高可靠性。

5、本发明的SNCR脱硝多喷嘴长枪喷射器，能够在高温、高腐蚀、高磨损的烟气环境中长期稳定运行。

附图说明

图1是本发明的SNCR脱硝多喷嘴长枪喷射器结构图；

图2是本发明的喷嘴结构图；

其中附图标记为：1-冷却水输出管，2-空气管，3-尿素管，4-冷却水输入管，5-尿素封头，6-空气封头，7-冷却水封头，8-喷嘴，9-法兰，10-进水接头，11-尿素接头，12-空气接头，13-出水接头，14-喷嘴壳体，15-密封垫，16-整流槽，17-喷口，18-内混室，19-尿素输送管，21-空气输送管。

具体实施方式

SNCR脱硝多喷嘴长枪喷射器，包括枪体组件和至少两个喷嘴，枪体组件包括管道组件、输入组件以及枪头，管道组件由内向外依次包括冷却水输入管4、尿素管3、空气管2和冷却水输出管1；冷却水输入管4与尿素管3之间形成尿素腔，冷却水输入管为输入冷却水腔，所述尿素管和空气管之间形成空气腔，空气管和冷却水输出管之间形成输出冷却水腔，所述输入组件包括设置在冷却水输入管进口端的进水接头10、设置在尿素管进口端的尿素接头11、设置在空气管进口端的空气接头12以及设置在冷却水输出管出口端的出水接头13，枪头包括设置在尿素管出口端的尿素封头5、设置在空气管出口端的空气封头6以及设置在冷却水输出管进口端和冷却水出口端之间的冷却水封头7，喷嘴设置在枪体组件上，喷嘴为内混式喷嘴用于连通尿素腔和空气腔并经过冷却水输出管喷出。

喷嘴包括喷嘴壳体14、设置在喷嘴壳体14内且一端与尿素腔连通的且位于壳体中心的尿素输送管、一端与空气腔连通且与尿素输送管成45度夹角的沿尿素输送管均布四个空气输送管、与尿素输送管以及空气输送管的出口连接的混合室以及设置在混合室出口的扇形整流槽及喷口；整流槽设置在混合室和喷口之间。喷嘴8由喷嘴壳体14、密封垫15和喷口17组成，喷嘴壳体14为Y型结构，尿素水溶液由尿素输送管进入，空气输送管由周向呈90°夹角进入。整流槽16为扇形，喷口有橄榄形和矩形两种型式，气、液在混合室中循环冷却水由中心进水管供应，经枪头换向后沿边区出水腔夹层流出；尿素水溶液由尿素腔均匀分配到各喷嘴8中心进口，雾化空气由空气腔供应到各喷嘴8周向进口，尿素水溶液和雾化空气在喷嘴8内碰撞混合，经喷头喷出后形成满足脱硝系统雾化要求的喷雾场。

均匀混合，经喷口喷出后能够形成满足穿透深度、粒径要求的扇形喷雾场。

冷却水9.0～12.0t/h，进口温度不大于35℃时，枪体能够在1250℃环境中长期运行。

喷嘴入口气、液路压力0.4～0.6Mpa，尿素水溶液流量12.0g/s，气液比1.0％～2.0％，喷雾场穿透深度超过3.0m，平均索太尔直径小于100μm。

枪体前端表面喷涂有耐高温耐磨材料，能够有效预防烟气腐蚀和磨损。

喷嘴数量可以根据炉膛内受热面分布进行调整。喷嘴设计成平面扇形雾化结构，出口设有整流槽，采用空气辅助雾化的方式减小雾化液滴直径，提高喷射速度，以达到合适的穿透深度并增强混合。枪体采用夹套冷却结构，冷却水从中间进入长枪，流到枪头后沿外壁流出，合理设计夹层的冷却水流速，保证可靠冷却。枪体前端外壁喷涂耐高温耐磨涂层，能够有效预防烟气的腐蚀和磨损，延长产品使用寿命并提高可靠性。

根据本发明的SNCR脱硝多喷嘴长枪喷射器，喷嘴采用分离结构，喷嘴壳体完全独立，可以通过调整混合室大小，实现对气液混合强度的控制；喷头两端分别为混合室出口和喷口，保证了整流槽和喷口的同心度要求，通过调整混合室出口能够对喷嘴出口速度和穿透深度进行调整，通过调整喷口及其整流槽，能够灵活调整喷雾场的流强分布及空间分布。所述喷嘴在通过仅更换喷头的情况下能够实现喷雾场穿透深度、流强分布和空间分布等雾化特性的调整，能够满足高效脱硝所需的雾化分布。

根据本发明的SNCR脱硝多喷嘴长枪喷射器，喷嘴由喷嘴壳体、密封垫和喷头组成，喷嘴壳体为Y型结构，尿素水溶液由尿素输送管进入，空气输送管由周向呈90°夹角进入。喷头设计成平面扇形雾化结构，进口设有整流槽，空气和尿素水溶液在混合室的撞击点开始相互冲击混合，发生强烈的能量交换和动量交换，形成均匀的两相流，气液混合流在喷嘴出口处受到整流槽限制而挤压变形，最终被整流成扁平的扇形喷雾形状，喷嘴的整流槽还设有导流角，一方面有利于气液混合流的进一步膨胀扩张，另一方面可以限定喷雾的雾化角。根据喷雾流强分布的不同要求，喷嘴出口可以设计成橄榄形和矩形两种形状，以满足脱硝工艺要求。

根据本发明的SNCR脱硝多喷嘴长枪喷射器，冷却水压力0.4～0.6Mpa，流量9.0～12.0t/h，进口温度不大于35℃时，枪体能够在1250℃环境中长期可靠稳定运行。所使用的喷嘴在入口气、液路压力0.4～0.6Mpa，尿素水溶液流量12.0g/s，气液比1.0％～2.0％时，喷雾场穿透深度超过3.0m，平均索太尔直径小于100μm。

本发明采取的技术原理：长枪喷射器采用夹套冷却结构，有效保证枪体在高温环境下的冷却效果；喷嘴采用橄榄形和矩形喷口的Y型喷嘴，在满足雾化要求的同时，增加了穿透深度并实现了喷雾角的可控制性；选择合适的材料，在枪体表面喷涂耐高温耐磨材料，提高了产品的耐蚀性和耐磨性。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

图1为本发明的SNCR脱硝多喷嘴长枪喷射器结构图，包括枪体和喷嘴，枪体由冷却水输入管4、尿素管3、空气管2、冷却水输出管1和枪头组成，枪头由尿素封头5、外封头6和内封头7组成。冷却水输入管4位于枪体中心，冷却水输入管4与尿素管3之间形成尿素水腔，尿素管3与空气管2之间形成空气腔，空气管2与冷却水输出管1之间形成出水腔，枪体接口包括：进水接头10、尿素接头11、空气接头12和出水接头13，枪体通过法兰9与推进器连接，喷嘴8采用Y型气动扇形喷嘴，喷嘴的数量可以根据烟气流场分布进行配置。

SNCR多喷嘴长枪喷射器工作时，循环冷却水由进水接头10供应到中心进水管，经枪头换向后沿边区出水腔夹层流动，经出水接头13流出枪体；尿素水溶液由尿素接头11供应到尿素腔后，均匀分配到各喷嘴中心进口；雾化空气由空气接头12进入空气腔，然后供应到各喷嘴周向进口，尿素水溶液和雾化空气在喷嘴8内碰撞混合，经喷头喷出后形成满足穿透深度和粒径分布要求的喷雾场。

如图2所示，本发明的喷嘴为Y型气动扇形喷嘴，有喷嘴壳体14、密封垫15和喷口17组成。其中喷口和喷嘴壳体采取可分离结构，混合室出口位于喷口内部，能够通过更换喷口来调整单个喷嘴的穿透深度、扇形喷雾场的角度和粒径分布。

采用本发明的SNCR脱硝多喷嘴长枪喷射器经测试烟气脱硝率超过40％，产品运行稳定可靠。

Claims (5)

1.SNCR脱硝多喷嘴长枪喷射器，其特征在于：包括枪体组件和至少两个喷嘴，

所述枪体组件包括管道组件、输入组件以及枪头，

所述管道组件由内向外依次包括冷却水输入管(4)、尿素管(3)、空气管(2)和冷却水输出管(1)；所述冷却水输入管为输入冷却水腔，所述冷却水输入管(4)与尿素管(3)之间形成尿素腔，所述尿素管和空气管之间形成空气腔，所述空气管和冷却水输出管之间形成输出冷却水腔，

所述输入组件包括设置在冷却水输入管进口端的进水接头(10)、设置在尿素管进口端的尿素接头(11)、设置在空气管进口端的空气接头(12)以及设置在冷却水输出管出口端的出水接头(13)，

所述枪头包括设置在尿素管出口端的尿素封头(5)、设置在空气管出口端的空气封头(6)以及设置在冷却水输出管进口端和冷却水出口端之间的冷却水封头(7)，

所述喷嘴为设置在枪体组件上的内混式喷嘴，所述喷嘴的混合室分别与尿素腔和空气腔相通，所述喷嘴的喷口开口于冷却水输出管侧壁。

2.根据权利要求1所述的SNCR脱硝多喷嘴长枪喷射器，其特征在于：所述喷嘴包括喷嘴壳体、设置在喷嘴壳体内且一端与尿素腔连通的且位于喷嘴壳体中心的尿素输送管、一端与空气腔连通且与尿素输送管成45度夹角的沿尿素输送管均布的至少两个空气输送管、与尿素输送管以及空气输送管的出口连接的混合室以及设置在混合室出口的扇形整流槽及喷口；所述整流槽设置在混合室和喷口之间。

3.根据权利要求2所述的SNCR脱硝多喷嘴长枪喷射器，其特征在于：所述喷口的截面为橄榄形或矩形。

4.根据权利要求1或2或3所述的SNCR脱硝多喷嘴长枪喷射器，其特征在于：所述枪体组件的外侧设置有耐高温耐磨层。

5.根据权利要求书4所述的SNCR脱硝多喷嘴长枪喷射器，其特征在于：所述空气输送管为4个。

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