CN102631849A - 预热喷孔式静态混合器 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供预热喷孔式静态混合器，包括至于烟道内的预热管、喷孔管和插入烟道的进口管，预热管呈螺旋状缠绕，预热管的两端分别连接喷孔管和进口管，预热管上固定支撑梁，支撑梁与烟道管壁固定。本发明对尿素SCR系统喷射的尿素水溶液预热，使其快速蒸发分解生成氨气，并有效地促使氨气与烟气均匀混合，大大缩短了混合距离，提高了烟气脱硝率，降低了氨滑失率。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种柴油机领域的排放处理装置。
背景技术
众所周知，柴油机一直是船舶的主要动力源。由于船舶柴油机的特点，如转速低、过量空气系数大、热负荷大等，导致船舶柴油机的氮氧化物排放量较高。而随着船舶运输业的发展，船舶柴油机的排气对大气环境的污染也日益加剧。近十年来，随着各国船舶排放法规的日益严格，应用选择性催化还原SCR技术降低船用柴油机氮氧化物排放成为了新的研究热点。
SCR法的工作原理是在催化剂的作用下，以NH3为还原剂，有选择性地与船舶柴油机排放中的NOx反应并生成无毒、无污染的N2和H20。由于NH3不容易保存且具有毒性而氨水易燃易爆，所以在便捷性和安全性上均不适合做为船用柴油机SCR系统的还原剂，而尿素水溶液的稳定性使得它成为理想的还原剂。在实际应用中，Urea-SCR后处理装置在船上布置时，安装空间往往受到限制，尿素水溶液喷射位置到反应器前的距离短，因此喷射的尿素水溶液液滴很可能无法完全蒸发，分解生成氨气。由于柴油机排气速度较高，因此尿素分解生成的氨气很可能还未扩散均匀就进入了反应器部分，这样将导致反应器一部分氨气浓度较高，一部分没有或有较低含量的氨气，从而产生较高的氨滑失率和较低的脱硝率。
通常采用喷氨格栅和在反应器前管路中安装静态混合器的方式促使氨气与烟气混合均匀，但这仍未解决喷射的尿素水溶液无法完全蒸发分解的问题。在空间的有限的情况下，对喷射的尿素水溶液进行预热，是解决问题的有效途径。目前，还没有实现预热、喷射尿素水溶液，及混合氨气与烟气三种功能集为一体的静态混合器。
发明内容
本发明的目的在于提供集预热、喷射尿素水溶液，及混合氨气与烟气三种功能为一体的预热喷孔式静态混合器。
本发明的目的是这样实现的：
本发明预热喷孔式静态混合器，包括至于烟道内的预热管、喷孔管和插入烟道的进口管，其特征是：预热管呈螺旋状缠绕，预热管的两端分别连接喷孔管和进口管，预热管上固定支撑梁，支撑梁与烟道管壁固定。
本发明还可以包括：
1、所述的喷孔管为一端开口一端封闭的直管或弯管，开口端与预热管相连，封闭端的端面上或管侧壁上开有至少一个喷孔。
2、所述的预热管中心和相邻螺旋预热管间不存在间隙或其间隙由间隙板填充或将螺旋预热管整体布置在衬板上，使烟道的烟气不能穿过预热管。
3、所述的预热管整体为片状预热管或锥状预热管。
4、所述的喷孔管的封闭端布置在烟道横截面的中心处，喷孔管的封闭端位于预热管前，封闭端的端面朝向烟气来流方向，或喷孔管的封闭端位于预热管后，封闭端的端面朝向或背向烟气来流方向。
5、所述的预热管在烟道横截面上的投影不超过烟道横截面面积的80％。
6、进口管、预热管、喷孔管的横截面为圆环形、椭圆环形、多边环形。
本发明的优势在于：本发明对尿素SCR系统喷射的尿素水溶液预热，使其快速蒸发分解生成氨气，并有效地促使氨气与烟气均匀混合，大大缩短了混合距离，提高了烟气脱硝率，降低了氨滑失率。
附图说明
图1是本发明实施方式1的结构示意图；
图2是本发明实施方式1的预热管，喷孔管和进口管连接示意图；
图3是本发明实施方式2的结构示意图；
图4是本发明实施方式2的预热管，喷孔管和进口管连接示意图；
图5是本发明的片状预热管示意图；
图6是本发明的锥状预热管示意图；
图7是本发明的安装有间隙板的片状预热管示意图；
图8是本发明的安装有衬板的片状预热管示意图；
图9是本发明的支撑梁与法兰连接的锥状预热管示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
本发明一种预热喷孔式静态混合器，包括预热管，喷孔管，进口管三个部分。其中预热管的两端分别与喷孔管和进口管相连。
进口管，预热管和喷孔管可以是横截面为圆环形，椭圆环形或多边环形的直管或弯管，材料为耐高温，耐腐蚀的金属或非金属。被加热的流体可以是气体，液体，或气液混合物。
预热管呈螺旋状缠绕，螺旋中心及相邻螺旋管间无间隙，使烟气无法从其内部穿过，只能绕过预热管流动。无间隙实现的方式可以通过缠绕预热管时，相临螺旋管间不留间隙，或相临螺旋管间的间隙以及螺旋中心处的间隙由间隙板填充，或将螺旋管布置在衬板上来完成。间隙板可以是与相临螺旋管间的间隙形状相适应的平面板或曲面板。衬板可以是与预热管整体形状相适应的平面板或曲面板。预热管整体可以是片状或锥状。片状预热管的平面可以是与烟道横截面形状相适应的圆形，椭圆形或多边形。锥状预热管可以是正圆锥形，斜圆锥形，椭圆锥形，等边棱锥形，或不等边棱锥形，其锥顶朝向烟气流动方向。预热管不超过烟道横截面大小的80％。
喷孔管的一端开口，与预热管相连。另一端封闭，并在靠近封闭端的一侧开设喷孔。喷孔管的封闭端布置在烟道横截面的中心处，可以位于预热管前，封闭端的端面朝向来流方向，或位于预热管后，封闭端的端面朝向或背向来流方向。喷孔开设在喷孔管封闭端的端面上或靠近封闭端的管侧璧上，喷孔可以是圆形，椭圆形或多边形。喷孔的数目可以是一个或多个，但应尽量保证喷孔分布均匀。
进口管两端开口，一端置于烟道外，作为被预热流体的入口。另一端插入烟道内，与预热管的另一端相连。
整个静态混合器由支撑梁固定。支撑梁的一端与预热管相连，另一端与烟道内壁或法兰连接固定。
实施方式1：
结合图1和图2，预热管的外圈口14与进口管4相连，内圈口15与喷孔管3相连，在喷孔管3的封闭端处管侧壁上开设一圈喷孔7，封闭端布置在烟道1横截面的中心处，并且端面朝向烟气8来流方向。预热管2通过支撑梁5与烟道1内壁固定，也可通过支撑梁5与法兰9连接，如图9所示。预热管2可缠绕成片状，如图5所示，也可缠绕成锥状，如图6所示。但是无论采用何种形状的预热管，都应保证预热管2的螺旋中心及相邻螺旋管间无间隙，使烟气8无法从其内部穿过，只能绕过预热管2流动。无间隙实现的方式可以通过缠绕预热管时，相临螺旋管间不留间隙，如图9所示，或相临螺旋管间的间隙以及螺旋中心处的间隙由间隙板10填充，如图7所示，或将螺旋管布置在衬板11上来完成，如图8所示。间隙板10可以是与相临螺旋管间的间隙形状相适应的平面板或曲面板。衬板11可以是与预热管整体形状相适应的平面板或曲面板。被加热流体6从进口管4进入，流经预热管2，最后由喷孔管3的喷孔7喷出。当用于预热、喷射SCR系统的尿素水溶液时，可保证尿素水溶液喷入烟道后迅速蒸发热解生成氨气，同时，无间隙的片状预热管12或锥状预热管13，促使生成的氨气与烟气混合均匀，可以达到SCR系统对于反应器前氨均匀分布的要求。
实施方式2：结合图3和图4，与实施方式1不同的是，预热管的外圈口14与喷孔管3相连，内圈口15与进口管4相连。
实施方式3：是在实施方式1和实施方式2的基础上，将喷孔管的封闭端布置在预热管后，封闭端的端面朝向或背向烟气来流方向。
Claims (7)
1.预热喷孔式静态混合器，包括至于烟道内的预热管、喷孔管和插入烟道的进口管，其特征是：预热管呈螺旋状缠绕，预热管的两端分别连接喷孔管和进口管，预热管上固定支撑梁，支撑梁与烟道管壁固定。
2.根据权利要求1所述的预热喷孔式静态混合器，其特征是：所述的喷孔管为一端开口一端封闭的直管或弯管，开口端与预热管相连，封闭端的端面上或管侧壁上开有至少一个喷孔。
3.根据权利要求2所述的预热喷孔式静态混合器，其特征是：所述的预热管中心和相邻螺旋预热管间不存在间隙或其间隙由间隙板填充或将螺旋预热管整体布置在衬板上，使烟道的烟气不能穿过预热管。
4.根据权利要求3所述的预热喷孔式静态混合器，其特征是：所述的预热管整体为片状预热管或锥状预热管。
5.根据权利要求4所述的预热喷孔式静态混合器，其特征是：所述的喷孔管的封闭端布置在烟道横截面的中心处，喷孔管的封闭端位于预热管前，封闭端的端面朝向烟气来流方向，或喷孔管的封闭端位于预热管后，封闭端的端面朝向或背向烟气来流方向。
6.根据权利要求5所述的预热喷孔式静态混合器，其特征是：所述的预热管在烟道横截面上的投影不超过烟道横截面面积的80％。
7.根据权利要求6所述的预热喷孔式静态混合器，其特征是：进口管、预热管、喷孔管的横截面为圆环形、椭圆环形、多边环形。
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