CN103007701A - 一种局部涡流和整体旋流相结合的花瓣型喷氨格栅 - Google Patents
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Abstract
一种局部涡流和整体旋流相结合的花瓣型喷氨格栅，包括母管以及由母管上引出的4-8根的支管，每根支管上布置有一个喷嘴，每个喷嘴的下方布置一个圆盘，圆盘与烟气的流动方向呈45°~60°布置，且各圆盘与烟气流向的夹角均不相同，各个圆盘在空间上形成顺时针或逆时针旋转。对每组花瓣型喷氨格栅来说，烟气在流过圆盘的时候在圆盘背部形成局部负压区，同时圆盘使来流烟气形成旋转，这种局部涡流和整体旋流作用极大的加剧了氨/空气混合气与烟气的混合，可以有效的缩短氨均匀扩散到烟气中的距离。在烟道中布置多组喷氨格栅，使来流烟气流过每组喷氨格栅后形成旋向相同或相异的旋转，更进一步增加了烟气的湍流强度，有效缩短了氨均匀扩散到烟气中所需的距离。
Description
技术领域
本发明涉及一种在燃煤锅炉高温高尘型烟气脱硝系统中关键技术，即在烟气脱硝系统脱硝反应器上游向烟气中注入氨气的装置，具体涉及到一种局部涡流和整体旋流相结合的花瓣型喷氨格栅。
背景技术
燃煤锅炉是我国能源生产的重要手段，伴随着国民经济发展，能源消耗逐年递增，伴随而来的大气污染问题渐渐凸显并成为人们关注的焦点。其中氮氧化物（NOX）作为三大主要大气污染物之一，危害巨大。因此治理NOX污染成为我国亟待解决的问题。目前，在我国已实际应用在电厂的烟气脱硝技术主要有选择性催化还原（SCR）技术、选择性非催化还原（SNCR）技术和选择性催化还原-选择性非催化还原的联用技术。在这三种烟气脱硝技术中选择性催化还原（SCR）技术以高脱硝率、几乎无二次污染等优点，称为控制NOX排放的主流技术。
SCR系统主要包括氨储存和输送系统、氨喷射系统、反应器系统、除灰系统及烟气旁路（包括省煤器旁路及SCR旁路，如有）。其中氨喷射系统的设计关系到NH3/NOX的混合效果，是SCR系统是否能够有效工作的关键因素。
传统常用的喷氨格栅线性控制式和分区控制式喷氨格栅。线性控制式喷氨格栅由烟道截面上一系列呈线性排列的有若干个喷嘴的管子组成，各管子的流量可以单独调节来匹配各部位NOX的含量；分区控制式喷氨格栅是把烟道截面分成20~30个大小相同的区域，各区域设置若干个喷孔，各分区流量单独调节，以便获得均匀的氨氮摩尔分布。传统的喷氨格栅喷嘴数量多、直径小，在机组低负荷运行时，由于烟气流速较低，易发生喷嘴堵塞现象，造成氨喷射不均匀，直接影响脱硝效率。此外这种喷氨格栅系统调节复杂，运行维护较困难。
另一种典型的喷氨格栅是涡流混合器式喷氨格栅。该喷氨格栅是在喷嘴的上游设置某种形状的元件（通常为三角形表面或圆盘表面），使烟气流经此元件后在背面产生涡流，利用涡流的作用加剧由喷嘴喷出的氨/空气混合气与烟气的混合。该喷氨格栅喷嘴直径大，数量少，能有效的防止喷嘴堵塞。但是该喷氨格栅完全依赖涡流混合原理，在氨喷入的初始阶段，混合特性很差，混合均匀所需的距离较长，需要L/D=1.5-3的几何尺寸，这在很多应用场合是不能满足的。
可以看出，传统的喷氨格栅系统存在喷嘴易堵塞、调节复杂的问题；或者是调节简单、不易堵塞，但是混合距离要求较长，而实际应用场合通常难于实现等不足之处。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种喷嘴数量适中、喷嘴直径大小合适、在机组低负荷下也能防止喷嘴积灰堵塞、喷氨量分区可调、下游所需混合距离极短、不需在下游设置静态混合器的局部涡流和整体旋流的花瓣型喷氨格栅。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：该喷氨格栅包括母管以及由母管上引出的4-8根的支管，每根支管上布置有一个喷嘴，每个喷嘴的下方布置一个圆盘，圆盘与烟气的流动方向呈45°~60°布置，且各圆盘与烟气流向的夹角均不相同，各个圆盘在空间上形成顺时针或逆时针旋转。
所述的支管上喷嘴的下部设置有提高喷嘴出口混合气流速的喉口。
所述的母管上设置有流量调节阀。
所述的若干组喷氨格栅按照A×B排列组合的方式布置在矩形烟道中，其中A和B为垂直于烟气流动方向的矩形横截面上两个相邻边所布置的喷氨格栅的数量，A和B的取值为：2~20。
所述的相邻两组喷氨格栅喷口下部圆盘的旋向相同。
所述的相邻两组喷氨格栅喷口下部圆盘的旋向相反。
本发明喷氨格栅喷嘴下部布置的圆盘与烟气流向的夹角都不一样，使来流烟气绕过圆盘形成顺时针或逆时针方向旋转。喷氨格栅流场分布稳定性好，喷氨的均匀性非常容易得到保证，可抵御负荷的变化。在喷氨格栅喷嘴前设置的圆盘使烟气流经喷氨格栅时在圆盘的背面产生涡流、同时圆盘按一定角度布置的方式使烟气在流经喷氨格栅时产生整体旋转，这两种作用增加了烟气和氨/空气混合气的湍流强度，大大缩短了氨气和烟气混合所需要的距离。
对于不同负荷、不同煤种机组的烟气脱硝系统，使用本发明公开的喷氨装置，可以使烟气与氨气的均匀混合在一个较短的距离内完成，同时使脱硝系统阻力增加较少。是一种重量轻、结构简单、调节性能好、混合效果好的喷氨装置。
附图说明
图1是支管数量为4的花瓣型喷氨格栅示意图；
图2是支管数量为6的花瓣型喷氨格栅示意图；
图3是支管数量为8的花瓣型喷氨格栅示意图。
图4是具体实施时烟道中布置的多组喷氨格栅（旋向相同）示意图。
图5是具体实施时烟道中布置的多组喷氨格栅（旋向相异）示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
实施例1，参见图1，本发明包括带有流量调节阀的母管1以及由母管1上引出的4根的支管2，每根支管2上布置有一个喷嘴3，每个喷嘴的下方布置一个圆盘4，圆盘4与烟气的流动方向呈45°~60°布置，且各圆盘4与烟气流向的夹角均不相同，各个圆盘4在空间上形成顺时针或逆时针旋转。且在支管2上喷嘴3的下部设置有提高喷嘴3出口混合气流速的喉口。
实施例2，参见图2，本实施例母管1上引出的6根的支管2，其他结构同实施例1。
实施例3，参见图3，本实施例母管1上引出的8根的支管2，其他结构同实施例1。
参见图4，5，在使用中，通常在矩形烟道中需要布置多组图1，2或3所示的喷氨格栅，且喷氨格栅按照A×B排列组合的方式布置。其中A和B表示垂直于烟气流动方向的矩形横截面上两个相邻边所布置的喷氨格栅的数量，A和B的取值一般为：2~20。在每个喷氨格栅的母管上布置一个阀门，调节进入喷氨格栅母管的氨/空气混合气流量。在每个喷氨格栅支管上喷嘴的前部都布置有喉口，这样一方面提高了氨/空气混合气流出喷口的局部气体流速，可以有效防止低负荷下的积灰；另一方面喉口的存在使每个喷氨格栅的支管的阻力损失集中在喉口处，这样可以保证由母管流出的氨/空气混合气均匀分配到各支管中。图4，5所示，为两种矩形烟道中的典型布置方式。图4所示为相邻两组喷氨格栅上圆盘旋向相同的布置方式，在矩形烟道中以3×9的排列方式布置了27组图1所示的花瓣型喷氨格栅。图5所示为相邻两组喷氨格栅上圆盘旋向相异的布置方式。每个喷氨格栅母管上都布置有阀门，可以根据上游烟气中NOx含量在截面上的分布不均匀特性局部调节喷氨量，以保证进入催化剂截面上NH3/NOx分布均匀。这种分区可调的功能可以应对由锅炉炉膛内不均匀燃烧导致的氮氧化物浓度不均匀性一直向下游延伸问题。
本发明的原理是，上游烟气在流经每组喷氨格栅上布置的圆盘时，圆盘背部产生局部的负压区，从而使烟气和喷口喷出的氨/空气混合气卷吸进此负压区内，产生强烈的混合；同时由于每组喷氨格栅上的圆盘以一定的角度布置，烟气流经此圆盘后产生整体旋转，与在负压区初步混合的氨/空气/烟气混合气产生进一步的剧烈混合。在烟道中，相邻两组喷氨格栅上圆盘布置的旋向相同或相异，烟气通过相邻两组喷氨格栅后产生旋向相同或相异的旋转，两个旋转产生交互作用，更进一步增加了湍流强度，大大缩短了氨/烟气混合均匀所需要的距离。
由于本发明提出的花瓣型喷氨格栅具有局部涡流和整体旋流相结合的特点，在使用中可不用在下游布置静态混合器，仍然能够使氨气在较短的距离内与氮氧化物混合均匀。使用中只需根据烟道的实际截面将花瓣型喷氨格栅按A×B的形式布置在烟道中，同时在每个花瓣型喷氨格栅母管上安装阀门，实现流量分区可调的功能。烟气在通过花瓣型喷氨格栅与氨气混合后依次通过急转烟道及在急转烟道中布置的导流板均流装置、脱硝反应器前的整流格栅，即可使NH3/NOx在脱硝反应器截面上均匀分布。NH3/NOx分布均匀的混合气进入脱硝反应器，烟气中的氮氧化物在反应器内催化剂的作用下与氨气发生还原反应，生成无害的水和氮气，实现烟气脱硝的目的，脱硝反应器出来的烟气进入整个脱硝系统的下游设备空气预热器。
本发明氨/空气混合气母管、氨/空气混合气支管在拐角处采用弯头连接，气体通道无死区，同时喷嘴直径较大，能够用于烟气中飞灰含量较高的SCR脱硝技术，同时能够较好的用于尿素热解法工艺制氨的SCR脱硝技术，因其氨/空气混合气中含有一定的灰尘，普通的喷氨格栅容易在锅炉低负荷时发生堵塞。
Claims (6)
1.一种局部涡流和整体旋流相结合的花瓣型喷氨格栅，其特征在于：该喷氨格栅包括母管（1）以及由母管（1）上引出的4-8根的支管（2），每根支管（2）上布置有一个喷嘴（3），每个喷嘴的下方布置一个圆盘（4），圆盘（4）与烟气的流动方向呈45°~60°布置，且各圆盘（4）与烟气流向的夹角均不相同，各个圆盘（4）在空间上形成顺时针或逆时针旋转。
2.根据权利要求1所述的局部涡流和整体旋流相结合的花瓣型喷氨格栅，其特征在于：所述的支管（2）上喷嘴（3）的下部设置有提高喷嘴（3）出口混合气流速的喉口。
3.根据权利要求1所述的局部涡流和整体旋流相结合的花瓣型喷氨格栅，其特征在于：所述的母管（1）上设置有流量调节阀。
4.根据权利要求1、2或3所述的局部涡流和整体旋流相结合的花瓣型喷氨格栅，其特征在于：所述的若干组喷氨格栅按照A×B排列组合的方式布置在矩形烟道中，其中A和B为垂直于烟气流动方向的矩形横截面上两个相邻边所布置的喷氨格栅的数量，A和B的取值为：2~20。
5.根据权利要求4所述的局部涡流和整体旋流相结合的花瓣型喷氨格栅，其特征在于：所述的相邻两组喷氨格栅喷口下部圆盘（4）的旋向相同。
6.根据权利要求4所述的局部涡流和整体旋流相结合的花瓣型喷氨格栅，其特征在于：所述的相邻两组喷氨格栅喷口下部圆盘（4）的旋向相反。
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