CN103007750A - 一种烟气脱硝喷氨装置 - Google Patents

Abstract

一种烟气脱硝喷氨装置，属于烟气脱硝系统技术领域，包括一组主管，其特征在于主管沿烟气方向分层布置，每一布置层内的主管等距平行设置且分别与烟气方向垂直，各主管两侧对应设置一组与其垂直相接、平行排列的支管，与烟气方向平行的同一垂直面内的支管构成阶梯状结构，前后对应支管上以与其相接的主管为中心对称设置锥形喷射孔；本可广泛应用于各种烟气脱硝系统，能根据实时反馈的烟气流动信息及时调节还原剂喷射流量，动态维持不同喷射区内还原剂与烟气流体间的最佳匹配和混合效果，具有易于调节、负荷适应性强、喷氨均匀、混合效果好及结构简单、安装维护方便、建造和运行成本低等特点，为烟气脱硝系统的高效稳定运行提供保障。

Description

一种烟气脱硝喷氨装置

技术领域

本发明属于烟气脱硝系统技术领域，具体涉及一种适用于烟气选择性催化还原脱硝工艺的烟气脱硝喷氨装置。

背景技术

目前，国内外电厂应用最广泛的烟气脱硝技术是选择性催化还原工艺（SCR），其主要原理是：在催化剂的作用下，使还原剂（一般用氨气与空气混合气体）与锅炉尾部烟气中的氮氧化物充分混合并反应，生成氮气和水，达到脱硝目的。该工艺中使用的还原剂需通过相应的喷氨装置均匀喷入烟道与烟气进行混合，还原剂与烟气的均匀混合程度将直接影响到脱硝系统的运行效率和运行效果，当混合效果不佳时会出现脱硝效率低、氨逃逸率高、空预器运行阻力增大等不利影响，严重的还会影响锅炉主机的安全稳定运行。

在现有技术中通常采用的喷氨装置基本为喷嘴式，且一般都布置在同一平面内，在实际应用中发现诸多不足：首先，喷氨的效果主要取决于单位面积内的喷嘴数量，当脱硝效率要求较高时，需要配置大量的喷嘴，结构复杂，制造和维护成本高，缺乏经济性；其次，当喷嘴的布置数量受到限制时，如要满足较高的混合要求，往往需要在喷氨装置后安装强制混合装置，这种结构会增加烟道的直段长度空间，受到场地条件的制约；第三，受大经济环境影响，电厂需要经常进行调峰发电，使锅炉变负荷运行日趋频繁，传统的喷嘴式喷氨装置在低负荷工况下喷氨效果不佳，因此，由于装置缺乏可调性，对变负荷工况的适用性不强。

发明内容

本发明旨在提供一种喷氨区可分割成若干独立可控区域的锥孔式分层可调一种烟气脱硝喷氨装置技术方案，以克服现有技术中存在的问题。

所述的一种烟气脱硝喷氨装置，包括一组主管，其特征在于主管沿烟气方向分层布置，每一布置层内的主管等距平行设置且分别与烟气方向垂直，各主管两侧对应设置一组与其垂直相接、平行排列的支管，与烟气方向平行的同一垂直面内的支管构成阶梯状结构，前后对应支管上以与其相接的主管为中心对称设置锥形喷射孔。

所述的一种烟气脱硝喷氨装置，其特征在于所述主管尾端分别连接设置盲板，各主管的入口端分别通过连接法兰与连接管连接配合，连接管与烟道壁穿接配合，其入口端连接设置调节阀。

所述的一种烟气脱硝喷氨装置，其特征在于所述的同一层内的支管的左右向排列间距H与锥形喷射孔的前后向排列间距L相同。

所述的一种烟气脱硝喷氨装置，其特征在于所述的锥形喷射孔配合设置在支管的背风面、采用柱形段和锥形段结合的锥孔结构。 

所述的一种烟气脱硝喷氨装置，其特征在于所述的锥形喷射孔配合设置在支管的背风面，且在同一圆周面上以中垂线为中心对称设置两个锥形喷射孔构成喷射孔组。

所述的一种烟气脱硝喷氨装置，其特征在于所述的主管的设置层的间距为200～400mm。

所述的一种烟气脱硝喷氨装置，其特征在于所述主管的流通面积为该主管上所连接的支管的流通面积之和的1.5～3.0倍，优选为1.6～2.0倍；所述支管的流通面积为该支管上所设置的锥形喷射孔入口端流通面积之和的2.0～5.0倍，优选为2.5～4.0倍。

所述的一种烟气脱硝喷氨装置，其特征在于所述主管沿烟气方向布置两层及两层以上，每一层内等距平行设置的主管为两根及两根以上，每一主管上前后对应设置的支管为两组及两组以上。

所述的一种烟气脱硝喷氨装置，其特征在于所述的锥形喷射孔采用柱形段和锥形段结合的锥孔结构，柱形段对应的喉径d为4～10mm、优选6～8mm，锥形段对应的喷射扩散角α为15°～45°、优选20°～35°，同一圆周面上两个锥形喷射孔之间的中心线夹角β为60°～150°、优选80°～120°。

所述的一种烟气脱硝喷氨装置，其特征在于每一支管上所设置的喷射孔组为两组及两组以上。

上述的一种烟气脱硝喷氨装置，构思新颖、结构合理，可广泛应用于大型火电厂、水泥厂、钢铁厂等行业窑炉的SCR烟气脱硝系统，能根据实时反馈的烟气流动信息的变化及时调节不同喷射区内的还原剂喷射流量，动态维持不同喷射区内还原剂与烟气流体间的最佳匹配和混合效果，具有易于调节、负荷适应性强、喷氨均匀、混合效果好及结构简单、安装维护方便、建造和运行成本低等特点，为SCR脱硝装置的高效稳定运行提供保障。 

附图说明

图1为本发明连接结构示意图；

图2为图1中A-A向剖视结构示意图；

图3为图1中B-B向剖视结构示意图；

图4为图1中C-C截面结构示意图；

图5为使用本发明三层布置时装置下游1米处的还原剂浓度分布图；

图6为由本发明单层布置时装置下游1米处的还原剂浓度分布图；

图7为使用传统喷嘴式喷氨装置时装置下游1米处还原剂浓度分布图；

图中：1－调节阀、2－连接管、3－连接法兰、4－主管、5－支管、6－锥形喷射孔、7－盲板、8－烟道壁。

具体实施方式

现结合说明书附图，详细说明本发明的具体实施方式：

如图1、2、3所示为一种烟气脱硝喷氨装置，包括一组主管4，主管4沿烟气方向分层布置，图2、图3箭头所示方向即为烟气流动方向，主管4设置层之间的间距S的取值为200～400mm；每一设置层内的主管4等距平行设置且分别与烟气方向垂直，各主管4前后对应设置一组与其垂直相接、平行排列的支管5，如图1、图2所示；与烟气方向平行的同一垂直面内的支管5构成阶梯状结构，如图3所示；同一设置层内的支管5的左右向排列间距H与锥形喷射孔6的前后向排列间距L相同，取值范围一般为150～450mm，每一主管4和其上连接的支管5构成一个独立的喷氨区域；前后对应支管5上以与其相接的主管4为中心对称设置锥形喷射孔6，锥形喷射孔6配合设置在支管5的背风面、采用柱形段和锥形段结合的锥孔结构、且在同一圆周面上以中垂线为中心对称设置两个锥形喷射孔6构成喷射孔组；锥形喷射孔6柱形段对应的喉径d为4～10mm、优选6～8mm，锥形段对应的喷射扩散角α为15°～45°、优选20°～35°，同一圆周面上两个锥形喷射孔6之间的中心线夹角β为60°~150°、优选80°～120°；主管4的流通面积为该主管4上所连接的支管5的流通面积之和的1.5～3.0倍，优选方案为1.6～2.0倍；所述支管5的流通面积为该支管5上所设置的锥形喷射孔6入口端即柱形段的流通面积之和的2.0～5.0倍，优选为2.5～4.0倍，以确保同一喷氨区内每个锥形喷射孔6均具有充足的喷射流量、且喷出的流量基本相同；主管4尾端分别连接设置盲板7，各主管4的入口端分别通过连接法兰3与连接管2连接配合，连接管2入口端伸出烟道壁8后连接设置调节阀1，每一由主管4和其上连接的支管5构成的喷氨区通过该主管4上的调节阀1进行单独调节、互不干扰。   

上述实施例中，主管4沿烟气方向布置两层及两层以上，每一布置层内等距平行设置的主管4为两根及两根以上，每一主管4上前后对应设置的支管5为两组及两组以上，主管4前后对应设置的支管5上所设置的喷射孔组为两组及两组以上。

上述实施例中，每一主管4和其上连接的支管5构成一个独立的喷氨区域，假设主管4沿烟气方向设置m层，每一层内主管4的数量为n根，则烟道内喷氨区域被平均分割成没m×n个大小相同的区域，m和n的参数取值没有关联性，只要大于等于1即可，具体应根据烟道的规格尺寸、烟气中的氮氧化物浓度和装置的脱除效率等进行确定。

上述实施例中，考虑各构件的具体运行环境和工作寿命要求主管4、支管5的管壁厚度应大于等于6mm，使支管5上所开锥孔结构具有了较好的喷射和扩散空间；锥形喷射孔6采用支管5两侧对称分组开孔设计使喷孔的分布数量可增加一倍，采用带喉径和扩散角的锥孔形式可以有效提高还原剂的喷入和扩散效果，随着支管5构成阶梯状布置可以扩大还原剂的扩散面积，延伸还原剂在烟道内的混合空间，进一步提高混合效果。以下进一步结合实施例说明本发明在脱硝还原剂的喷入和混合方面具有的明显应用优势，实施例中还原剂采用氨气，其流量为14kg/h，假设主管4设置层数m取3，每一层内主管4平行排列根数取3，喷射区被分割成3×3共9个区域，每根主管4上前后对应设3组支管5，每一支管5上设2组共4个锥形喷射孔6，即每一喷氨区布置有24个锥形喷射孔6，锥形喷射孔6的喉径取6mm，扩散角α、中心线夹角β分别按20°、120°设计，装置下游1m处的还原剂分布浓度如图5所示，分布偏差约为±30%；装置其它条件不变，将主管4设置层数m取1，即单层采用本发明所述的锥形喷射孔6，相当于用锥形喷射孔6的结构替换现有技术中的喷嘴，在装置下游1m处的还原剂分布浓度如图6所示，分布偏差约为±51%；而采用现有技术中的单层喷嘴式喷氨装置时，装置下游1m处的还原剂分布浓度如图7所示，分布偏差约为±88%；由此可见，采用分层锥孔式喷氨装置与采用单层锥孔式喷氨装置相比，还原剂与烟气的混合效果可以提高约40%；采用分层锥孔式喷氨装置与采用单层喷嘴式喷氨装置相比，还原剂与烟气的混合效果可以提高60%以上。

本发明中每一主管4和其上连接的支管5构成一个独立的喷氨区域，各喷氨区内的还原剂流量通过调节阀1可以单独控制、互不干扰，具有较强的变负荷适应性；对于截面尺寸较大的烟道，各区域内的烟气流速不尽相同，通过控制和调节不同喷氨区内的还原剂喷入流量，即可实现整个烟道范围内还原剂的合理分布；对于变负荷运行的机组，其烟道内烟气流动的参数波动较大，可根据烟气波动参数的实时信息反馈，及时调节不同喷氨区内的还原剂喷入量，动态维持还原剂与烟气流动参数间的最佳匹配。

本发明中主管4、支管5均采用低碳钢材质，采用焊接连接，烟道内的喷氨主管4通过连接法兰（3与连接管2连接配合，连接管2穿过烟道壁8后与调节阀1，检修时可以实现内部构件的整体拆卸，基于分层分区独立布置结构也可以将各喷氨区的构件进行单独安装和拆卸，安装、运行维护更加便捷；现场安装不需要设置复杂的支撑体系，各结构件均通过烟道内另设的简易钢架支撑、固定，也不涉及喷嘴、强制混合装置等，结构相对简单，与传统的喷嘴式喷氨装置相比省材明显，以一台300MW机组的SCR烟气脱硝项目为例，仅喷嘴的采购和安装数量就可以减少约300多个，同时由于本发明无需设置强制混合装置，使烟道中烟气的流动阻力平均可降低约80Pa，具有运行成本低的优势；同时因整套装置的直段安装长度一般不大于1.3m，对烟道的设计和布置场地无特别要求，对于老机组改造且场地条件受限制的场合，特别具有较明显的应用优势。

Claims (10)

1.一种烟气脱硝喷氨装置，包括一组主管（4），其特征在于主管（4）沿烟气方向分层布置，每一布置层内的主管（4）等距平行设置且分别与烟气方向垂直，各主管（4）两侧对应设置一组与其垂直相接、平行排列的支管（5），与烟气方向平行的同一垂直面内的支管（5）构成阶梯状结构，前后对应支管（5）上以与其相接的主管（4）为中心对称设置锥形喷射孔（6）。

2.如权利要求1所述的一种烟气脱硝喷氨装置，其特征在于所述主管（4）尾端分别连接设置盲板（7），各主管（4）的入口端分别通过连接法兰（3）与连接管（2）连接配合，连接管（2）与烟道壁（8）穿接配合，其入口端连接设置调节阀（1）。

3.如权利要求1所述的一种烟气脱硝喷氨装置，其特征在于所述的同一层内的支管（5）的左右向排列间距H与锥形喷射孔（6）的前后向排列间距L相同。

4.如权利要求1所述的一种烟气脱硝喷氨装置，其特征在于所述的锥形喷射孔（6）配合设置在支管（5）的背风面、采用柱形段和锥形段结合的锥孔结构。

5.如权利要求1所述的一种烟气脱硝喷氨装置，其特征在于所述的锥形喷射孔（6）配合设置在支管（5）的背风面，且在同一圆周面上以中垂线为中心对称设置两个锥形喷射孔（6）构成喷射孔组。

6.如权利要求1所述的一种烟气脱硝喷氨装置，其特征在于所述的主管（4）的设置层的间距为200～400mm。

7.如权利要求1所述的一种烟气脱硝喷氨装置，其特征在于所述主管（4）的流通面积为该主管（4）上所连接的支管（5）的流通面积之和的1.5～3.0倍，优选为1.6～2.0倍；所述支管（5）的流通面积为该支管（5）上所设置的锥形喷射孔（6）入口端流通面积之和的2.0～5.0倍，优选为2.5～4.0倍。

8.如权利要求1所述的一种烟气脱硝喷氨装置，其特征在于所述主管（4）沿烟气方向布置两层及两层以上，每一层内等距平行设置的主管（4）为两根及两根以上，每一主管（4）上前后对应设置的支管（5）为两组及两组以上。

9.如权利要求5所述的一种烟气脱硝喷氨装置，其特征在于所述的锥形喷射孔（6）采用柱形段和锥形段结合的锥孔结构，柱形段对应的喉径d为4～10mm、优选6～8mm，锥形段对应的喷射扩散角α为15°～45°、优选20°～35°，同一圆周面上两个锥形喷射孔（6）之间的中心线夹角β为60°~150°、优选80°～120°。

10.如权利要求5所述的一种烟气脱硝喷氨装置，其特征在于每一支管（5）上所设置的喷射孔组为两组及两组以上。

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