CN102773014A

CN102773014A - 涡流发生装置

Info

Publication number: CN102773014A
Application number: CN2012102935828A
Authority: CN
Inventors: 吴祖良; 楼军; 孙培德; 俞鑫飞; 楼琦
Original assignee: ZHEJIANG FUCHUNJIANG ENVIRONMENTAL PROTECTION THERMOELECTRICITY CO Ltd; Zhejiang Gongshang University
Current assignee: Nantong Changan Energy Co ltd
Priority date: 2012-08-17
Filing date: 2012-08-17
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2032-08-17
Also published as: CN102773014B

Abstract

本发明公开了一种涡流发生装置，包括至少一个涡流发生单元（11），每个涡流发生单元（11）包括由4块大小一致的隔板（13）搭建形成的方形通道，在方形通道内沿着气流的方向设置至少一级的涡流导叶组件。每级涡流导叶组件由4块平板型涡流发生导叶（12）组成，在每块隔板（13）的内表面固定设置一个平板型涡流发生导叶（12），每块平板型涡流发生导叶（12）垂直于和自身相连的隔板（13）。在脱硝装置的本体上增设该涡流发生装置，能使烟气以涡流的状态通过催化剂层，从而增加烟气与催化剂的接触时间，进而实现减小催化剂高度和降低成本的目的。

Description

涡流发生装置

技术领域

本发明涉及烟气脱硝处理工程，尤其提供一种用于烟气SCR脱硝过程的整流装置。

背景技术

SCR 是目前最成熟的烟气脱硝技术，它是一种炉后脱硝的方法，最早由日本于 20 世纪 60~70 年代后期完成商业运行, 是利用还原剂（NH₃, 尿素）在金属催化剂作用下，选择性地与 NOx 反应生成 N₂ 和H₂O, 而不是被 O₂ 氧化, 故称为“选择性” 。目前世界上流行的 SCR工艺主要分为氨法SCR和尿素法 SCR 两种。这两种方法都是利用氨对NOx的还原功能，在催化剂的作用下将 NOx（主要是NO）还原为对大气没有污染影响的 N₂和水。

SCR脱硝所选用的催化剂有三种类型：蜂窝式、板式、波纹板式。蜂窝式是最常用的一种形式，在市场上所占份额约70%。蜂窝式催化剂元件（陶瓷）的制作一般是通过挤压工具整体成型，经干燥、烧结切割成满足要求的元件，这些元件被装入钢框架内，形成催化剂模块。蜂窝式催化剂具有模块化、相对质量较轻、长度易于控制、比表面积大、易改变节距、适应不同工况、回收利用率高等优点。缺点是：建设期催化剂的投资费用比较大，约占建设投资的60%；生产中催化剂易于积灰，发生堵塞及中毒现象。

目前脱硝工程中，烟气在进入催化剂之前先是被整流格栅进行分配，烟气就以平流的状态通过催化剂层，烟气中的氨气和氮氧化物在催化剂的作用下发生反应，催化剂的催化效果影响氮氧化物脱除效率的高低。烟气与催化剂的接触时间越长，反应进行的就越彻底。在平流状态下为保证烟气与催化剂有足够的接触时间，催化剂就要保证有足够高度。这必然要花费一定的成本来达到一定的高度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种涡流发生装置，在脱硝（NOx）装置的本体上增设该涡流发生装置，能使烟气以涡流的状态通过催化剂层，从而增加烟气与催化剂的接触时间，进而实现减小催化剂的高度和降低成本的目的。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种涡流发生装置，包括至少一个涡流发生单元，每个涡流发生单元包括由4块大小一致的隔板搭建形成的方形通道，在方形通道内沿着气流的方向设置至少一级的涡流导叶组件。

作为本发明的涡流发生装置的改进：所述每级涡流导叶组件由4块平板型涡流发生导叶组成，在每块隔板的内表面固定设置一个平板型涡流发生导叶，每块平板型涡流发生导叶垂直于和自身相连的隔板，且每块平板型涡流发生导叶与和自身相连的隔板的水平夹角为25~50°；4块平板型涡流发生导叶的端部均处于一个平行于方形通道横截面的平面内，4块平板型涡流发生导叶的尾部均处于另一个平行于方形通道横截面的平面内；且每块平板型涡流发生导叶的端部与最靠近自身的方形通道的侧棱的间距q为1~2cm。

作为本发明的涡流发生装置的进一步改进：沿着气流的方向设置至少两级且相互之间的间距为L的涡流导叶组件，且沿着气流的方向每级涡流导叶组件中的平板型涡流发生导叶与隔板的水平夹角依次减小（即，如图3所述，β2＜β1）。

作为本发明的涡流发生装置的进一步改进：所述相邻的两级涡流导叶组件之间的间距L为位于前一级（沿着气流的方向而言，为靠近气流的进口）的涡流导叶组件中的平板型涡流发生导叶在与自身相连的隔板上的投影高度H₁的1~2倍。

作为本发明的涡流发生装置的进一步改进：平板型涡流发生导叶呈直角梯形状（如图6所示），直角梯形的直角边（即同时垂直于直角梯形顶边和底边的那个边）与隔板固定相连。

作为本发明的涡流发生装置的进一步改进：方形通道的长度为200~500mm，方形通道的横截面的边长为80~200mm。即，方形通道的横截面的面积为（80~200mm）×（80~200mm）。

作为本发明的涡流发生装置的进一步改进：沿着气流的方向设置两级涡流导叶组件，第一级涡流导叶组件中的板型涡流发生导叶的尺寸是第二级涡流导叶组件中的板型涡流发生导叶的尺寸的1.05~1.5倍（较佳为1.05~1.1倍）；第一级涡流导叶组件中的板型涡流发生导叶与隔板的水平夹角β1为30~50°，第二级涡流导叶组件中的板型涡流发生导叶与隔板的水平夹角β2为25~35°。

本发明的涡流发生装置，若干个的涡流发生单元组成一个模块，因此一个涡流发生装置可由多个模块构成，模块之间依靠支撑梁采用螺栓相连的方式实现可拆卸式连接。

在本发明中，平板型涡流发生导叶分级布置，并且与隔板形成水平夹角，分级数量和夹角的大小可根据具体的流场进行核算，合理选择。采用不同的夹角和分级布置利于形成稳定的涡流，提高涡流的强度。

实际使用时，涡流发生装置设在每层脱硝催化剂层（为现有技术）的入口处，即每层脱硝催化剂层的入口处配套设置一个本发明的涡流发生装置（即，用本发明的涡流发生装置取代原有的整流隔栅），涡流发生装置与催化剂保持尽量小距离（一般为500~1000mm），从而实现把烟道中的平流烟气转换为涡流烟气（如图7所示），涡流烟气之后进入脱硝催化剂层，可大大提高烟气在催化剂孔道内的停留时间，从而可降低催化剂的高度，减少催化剂的成本。

在本发明中，隔板一般采用4～5mm厚钢板制作而成；平板型涡流发生导叶采用至少为5mm（一般为5~6mm）厚的钢板制成。

本发明的效果如下：

本发明中，使涡流发生装置位于每层脱硝催化剂层入口处，能把烟道中的平流烟气转换成涡流烟气（如图7所示），增加了烟气与脱硝催化剂的接触时间，从而能够提高脱硝催化剂的利用效率。涡流状态的烟气使粉尘不易于停留在催化剂表面，能初步防止催化剂积灰。

从图7所示对比可以看出，烟气以涡流的状态进入催化剂层，在同样高的催化剂层中以涡流状态通过的路程比平流状态通过的路程要大，也就是说烟气通过相同的路程，涡流状态下通过的有效距离较短，催化剂的高度就能相应地降低。进而减小催化剂的高度，降低成本。

综上所述，在大型烟气处理系统中使用本发明的涡流发生装置，能减少催化剂约4~10%的用量，从而降低建设投资和运行费用。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1是本发明的涡流发生装置的结构示意图；

图2是图1中的一个涡流发生单元11的俯视结构示意图；

图3是图2的主视结构示意图；

图4是图2中的立体结构示意图；

图5是图4的侧面示意图；

图6是图2中的平板型涡流发生导叶12的结构示意图；

图7是烟气在蜂窝型脱硝催化剂中通过的流形比对示意图；

a为烟气通过现有装置时的流形图，b是为烟气通过本发明装置时的流形图；

具体实施方式

图1~6给出了一种涡流发生装置，其特征是：包括n个（例如图1所示为9×15）排列成长方形的涡流发生单元11。

每个涡流发生单元11包括由4块大小一致的隔板13搭建形成的方形通道，即该方形通道的横截面为正方形。方形通道的高度（即，深度）为200~500mm，方形通道的横截面的边长为80~200mm。

在方形通道内沿着气流的方向设置2级涡流导叶组件，即第一级涡流导叶组件（即靠近进风口）和第二级涡流导叶组件（即远离进风口，靠近出风口），2级涡流导叶组件相互间隔。

每级涡流导叶组件的结构均如下：

每级涡流导叶组件由4块平板型涡流发生导叶12组成，在每块隔板13的内表面固定的对应设置（例如以焊接的方式实现固定相连）一个平板型涡流发生导叶12，平板型涡流发生导叶12呈直角梯形（如图6所示），直角梯形的直角边（即同时垂直于直角梯形顶边和底边的那个边）与隔板13固定相连（如图2所示）。每块平板型涡流发生导叶12垂直于和自身相连的隔板13。如图4和图5所示，4块平板型涡流发生导叶12的端部121均处于一个平行于方形通道横截面的平面内，4块平板型涡流发生导叶12的尾部122均处于另一个平行于方形通道横截面的平面内。且每块平板型涡流发生导叶12的端部121与最靠近自身的方形通道的侧棱的间距q为1~2cm（如图3所示）。

第一级涡流导叶组件（即靠近进风口）的平板型涡流发生导叶12与隔板13的水平夹角β1为30～50°；第二级涡流导叶组件（即远离进风口）的平板型涡流发生导叶12与隔板13的水平夹角β2为25～35°。

第一级涡流导叶组件中的板型涡流发生导叶12的尺寸是第二级涡流导叶组件中的板型涡流发生导叶12尺寸的1.05~1.5倍；即，第一级涡流导叶组件中的板型涡流发生导叶12相对于第二级涡流导叶组件中的板型涡流发生导叶12放大了1.05~1.5倍。

第一级涡流导叶组件中的平板型涡流发生导叶12在与自身相连的隔板13上的投影高度为H₁，第二级涡流导叶组件中的平板型涡流发生导叶12在与自身相连的隔板13上的投影高度为H₂，第一级涡流导叶组件和第二级涡流导叶组件之间的间距L为投影高度H₁的1~2倍。

实验1、所用脱硝装置包括两层蜂窝型催化剂，催化剂基材为TiO₂，催化剂活性物质主要是V₂O₅、WO₃，催化剂单元尺寸150×150×870mm；该催化剂采用整体挤压成型的方式制造而成。上述内容为现有技术。

在催化剂上方设置本发明实施例1所述的涡流发生装置（因为有两层蜂窝型催化剂，因此总共需要2套等同于本发明实施例1所述的涡流发生装置），每一套涡流发生装置共有两层（每层设置6×6个涡流发生单元11），每个涡流发生单元11均设有两级导叶（即，设有2级涡流导叶组件，如实施例1所述）；烟气通过涡流导叶组件的平流状态被转换至涡流状态（如图7b所示）流进脱硝催化剂层。

每个涡流发生单元11具体如下：

隔板13采用4mm钢板焊接，隔板13的宽度为100mm，隔板13的长度为300mm。即，方形通道的横截面的边长为100×100mm，方形通道的深度为300mm。

平板型涡流发生导叶12采用5mm厚的钢板制成；平板型涡流发生导叶12呈直角梯形，第一级涡流导叶组件（即靠近进风口）上的平板型涡流发生导叶12的上底长13mm，下底长25mm，高为102mm；第一级涡流导叶组件（即靠近进风口）的平板型涡流发生导叶12与隔板13的水平夹角β1为30°。第二级涡流导叶组件（即远离进风口）的平板型涡流发生导叶12上底长12mm，下底长23mm，高为94mm；第二级涡流导叶组件（即远离进风口）的平板型涡流发生导叶12与隔板13的水平夹角β2为25°。

第一级涡流导叶组件（即靠近进风口）上的平板型涡流发生导叶12在气流方向高度（即第一级涡流导叶组件中的平板型涡流发生导叶12在与自身相连的隔板13上的投影高度为H₁）=直角梯形的直角边×sinβ1，因此选择第一级涡流导叶组件和第二级涡流导叶组件之间的间距L为100mm。

备注说明：同一级涡流导叶组件的4块平板型涡流发生导叶12相互之间并不接触。

原烟气中含有NOx的浓度650mg/Nm³,（干基，6％O₂）；烟气以5.1m/s的速度进入该脱硝装置，经脱硝装置反应后，反应器出口烟气中NOx的浓度降低至200 mg/Nm³（干基，6％O₂）。系统运行一年后，催化剂的脱硝效率有所下降，反应器出口烟气中NOx的浓度为210 mg/Nm³（干基，6％O₂）。

对比实验1、取消实验1中使用的涡流发生装置（即，同现有的锅炉烟气脱硝装置），其余内容同实验1。

原烟气中含有NOx的浓度650mg/Nm³（干基，6％O₂）；烟气以5.1m/s的速度进入该脱硝装置，经脱硝装置反应后，反应器出口烟气中NOx的浓度降低至220mg/Nm³（干基，6％O₂）。系统运行一年后，催化剂的脱硝效率有所下降，反应器出口烟气中NOx的浓度为235 mg/Nm³（干基，6％O₂）。

对比实验2、将对比实验1中的催化剂单元尺寸由150×150×870mm更改成150×150×960mm（即，本项目中催化剂层的高度约为对比实验1中催化剂层的高度的1.1倍，）其余内容同对比实验1。

原烟气中含有NOx的浓度650mg/Nm³（干基，6％O₂）；烟气以5.1m/s的速度进入该脱硝装置，经脱硝装置反应后，反应器出口烟气中NOx的浓度降低至210mg/Nm³（干基，6％O₂）。系统运行一年后，催化剂的脱硝效率有所下降，反应器出口烟气中NOx的浓度为225mg/Nm³（干基，6％O₂）。

对比实验3、相对于实验1作如下改变，第二级涡流导叶组件（即远离进风口）的平板型涡流发生导叶12的尺寸大小完全同第一级涡流导叶组件（即靠近进风口）的平板型涡流发生导叶12，β2改成同β1。其余完全同实验1。

原烟气中含有NOx的浓度650mg/Nm³（干基，6％O₂）；烟气以5.1m/s的速度进入该脱硝装置，经脱硝装置反应后，反应器出口烟气中NOx的浓度降低至205mg/Nm³（干基，6％O₂）。系统运行一年后，催化剂的脱硝效率有所下降，反应器出口烟气中NOx的浓度为220mg/Nm³（干基，6％O₂）。

综上所述，在本工程中脱硝催化剂的体积减小了约10%，很大程度上降低了催化剂的成本。脱硝过程中催化剂的消耗是一项比较大的开支，建设期催化剂的投资费用比较大，约占建设投资的60%；运营三年左右要对催化剂进行一次更换。所以通过对烟气流通状态的改造，使得催化剂的效率提高，缩小了催化剂的结构尺寸，从而为企业减少了开支，节约了成本。本实施例是通过用一个热电厂锅炉所排放烟气来解释的，锅炉使用矿物燃料煤或重油等。当然，本发明并不局限于此，本发明还适用于含氮及类似成分燃料的厂用或者类似锅炉所排放的烟气，或者是冶金、石油化工等类似设施的加热炉所排放的烟气。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims

1.涡流发生装置，其特征是：包括至少一个涡流发生单元（11），所述每个涡流发生单元（11）包括由4块大小一致的隔板（13）搭建形成的方形通道，在方形通道内沿着气流的方向设置至少一级的涡流导叶组件。

2.根据权利要求1所述的涡流发生装置，其特征是：所述每级涡流导叶组件由4块平板型涡流发生导叶（12）组成，在每块隔板（13）的内表面固定设置一个平板型涡流发生导叶（12），所述每块平板型涡流发生导叶（12）垂直于和自身相连的隔板（13），且每块平板型涡流发生导叶（12）与和自身相连的隔板（13）的水平夹角为25~50°； 4块平板型涡流发生导叶（12）的端部（121）均处于一个平行于方形通道横截面的平面内，4块平板型涡流发生导叶（12）的尾部（122）均处于另一个平行于方形通道横截面的平面内；且所述每块平板型涡流发生导叶（12）的端部（121）与最靠近自身的方形通道的侧棱的间距q为1~2cm。

3.根据权利要求2所述的涡流发生装置，其特征是：沿着气流的方向设置至少两级且相互之间的间距为L的涡流导叶组件，且沿着气流的方向每级涡流导叶组件中的平板型涡流发生导叶（12）与隔板（13）的水平夹角依次减小。

4.根据权利要求3所述的涡流发生装置，其特征是：所述相邻的两级涡流导叶组件之间的间距L为位于前一级的涡流导叶组件中的平板型涡流发生导叶（12）在与自身相连的隔板（13）上的投影高度H₁的1~2倍。

5.根据权利要求2、3或4所述的涡流发生装置，其特征是：所述平板型涡流发生导叶（12）呈直角梯形状，所述直角梯形的直角边与隔板（13）固定相连。

6.根据权利要求5所述的涡流发生装置，其特征是：所述方形通道的长度为200~500mm，所述方形通道的横截面的边长为80~200mm。

7.根据权利要求6所述的涡流发生装置，其特征是：

沿着气流的方向设置两级涡流导叶组件，第一级涡流导叶组件中的板型涡流发生导叶（12）的尺寸是第二级涡流导叶组件中的板型涡流发生导叶（12）的尺寸的1.05~1.5倍；第一级涡流导叶组件中的板型涡流发生导叶（12）与隔板（13）的水平夹角β1为30~50°，第二级涡流导叶组件中的板型涡流发生导叶（12）与隔板（13）的水平夹角β2为25~35°。