CN103816801B - 一种设置在气体通道内的涡流对冲式气体混合器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种设置在气体通道内的涡流对冲式气体混合器，其特征在于，包括导流装置、喷嘴、管道、烟气扰流装置、支撑装置；所述的管道穿入烟道侧壁并继续延伸；所述喷嘴设置在管道延伸方向的一端；所述的喷嘴喷出的射流喷射到所述导流装置上；所述烟气扰流装置设置在相对所述导流装置的烟气流上游位置处；所述的烟气扰流装置与导流装置相配合，使得烟气流经过所述的烟气扰流装置后形成马蹄涡流包裹住经由导流装置导流形成的气流。利用了混合组件的特殊结构搅乱流场，烟气流经平面板，在平面板背面形成马蹄涡，而还原剂从喷口喷出形成射流，射流经还原剂导流部分引导，和烟气的马蹄涡形成对冲，马蹄涡至上向下包裹住还原气流，形成两者的混合。

Description

一种设置在气体通道内的涡流对冲式气体混合器
技术领域
本发明涉及一种设置在气体通道内的涡流对冲式气体混合器，属于气体静态混合器领域。
背景技术
选择性催化还原法(SCR)是目前工业上最重要的脱硝技术。它广泛地应用于船舶、机动车、火力发电厂等领域，发动机或锅炉的燃烧产生氮氧化物NOx，这些气体排放到大气中，会带来酸雨、光化学烟雾、臭氧层耗损等危害，影响人类的生活。近年来大气污染物排放标准日愈严格，在火力发电厂方面，国内要求对未安装脱硝设备的现役机组进行改造工作，即在省煤器和空气预热器之间加装SCR系统。由于改造空间和场地的限制，改造会造成烟气和还原剂混合距离不够，使得催化剂上层NH3/NOx分布不均匀。浓度场的不均匀会导致脱销效率下降，氨逃逸率增大，影响电厂的环保性和安全性，为机组运行带来问题。特别在燃烧偏斜、锅炉低负荷运行等脱硝效率不高的工况下，还原剂和烟气高效混合的意义愈发突出。
在SCR系统中，静态混合器对氨氮混合有着最直接的影响。在湍流流场内，混合器利用自身特殊的结构，使原烟气产生偏转或形成涡流、旋流等扰动提高混合强度，以减小混合距离。而伴随着高效的混合，系统压降也会升高，导致引风机电耗上升，因此设计高效的混合器，合理地平衡经济性和环保性问题是目前重要的课题。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种利用气体混合效果好的涡流对冲式气体混合器。
技术方案：本发明所述的一种设置在气体通道内的涡流对冲式气体混合器，包括导流装置、喷嘴、管道、烟气扰流装置、支撑装置；所述的管道穿入烟道侧壁并继续延伸；所述喷嘴设置在管道延伸方向的一端；所述的喷嘴喷出的射流喷射到所述导流装置上；所述烟气扰流装置设置在相对所述导流装置的烟气流上游位置处；所述的烟气扰流装置与导流装置相配合，使得烟气流经过所述的烟气扰流装置后形成马蹄涡流包裹住经由导流装置导流形成的气流。
所谓的马蹄涡流指的是烟气外掠过烟气扰流装置时，发生边界层的分离，形成的马蹄形涡结构。
进一步地，经过导流装置导流的气流从所述的马蹄涡流的内部并大致沿马蹄涡流该处流线的切线方向喷出。
进一步地，如图1所示。烟气扰流装置为一圆形平板，所述的导流装置为碟中心带有凸起的碟形导流装置，所述凸起指向喷嘴且与喷嘴中喷射方向相反；所述的碟形导流装置碟面的内凹方向与所述凸起的凸起方向相反。本装置中的碟形为有围边的盘形，对大小并无限定，盘中央的碟面相对于围边向内凹陷，垂直于中央碟面由围边一侧指向中央碟面的方向为内凹方向。
进一步地，所述的支撑装置为将导流装置固定在烟气扰流装置上的若干支撑杆。
进一步地，所述的喷嘴喷射方向垂直于圆形平板平面。
进一步地，所述的圆形平板平面与气体通道中气体流动方向之间角度为锐角。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：利用了混合组件的特殊结构搅乱流场，烟气流经平面板，在平面板背面形成马蹄涡，而还原剂从喷口喷出形成射流，射流经还原剂导流部分引导，和烟气的马蹄涡形成对冲，马蹄涡至上向下包裹住还原气流，形成两者的强烈混合，有效地克服电厂SCR改造空间有限混合距离不足的问题，在降低氨逃逸率的同时提高了脱硝效率。此外，由于喷嘴与混合组件集合成为一个模型，使组件布置的深度减小，进一步延长了烟气和还原剂的混合距离。
附图说明
图1为本发明所述的一种设置在气体通道内的涡流对冲式气体混合器示意图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例：
本发明的实施例为针对现有火力发电厂机组利用选择性催化还原法脱硝的的氨气与发电厂废气经过该气体混合器对气体均匀混合的作用。但本发明的气体混合器及其组成的气体混合装置的运用场合并不仅限于此，可应用于本领域普通技术人员能够想到的能够适用的需要气体混合的场合。此时，气体通道即为火力发电场中的烟道，烟道壁5如图1所示。
本实施例中的设置在气体通道内的涡流对冲式气体混合器，设置如图1所示，包括导流装置1、喷嘴10、管道6、烟气扰流装置9、支撑装置3；所述的管道6穿入烟道侧壁并继续延伸；所述喷嘴10设置在管道6延伸方向的一端；所述的喷嘴10喷出的射流喷射到所述导流装置1上；所述烟气扰流装置9设置在相对所述导流装置1的烟气流上游位置处；所述的烟气扰流装置9与导流装置1相配合，使得烟气流经过所述的烟气扰流装置9后形成马蹄涡流包裹住经由导流装置1导流形成的气流。
所谓的马蹄涡流指的是烟气外掠过烟气扰流装置时，发生边界层的分离，形成的马蹄形涡结构。
本实施例中经过导流装置1导流的气流从所述的马蹄涡流的内部并大致沿马蹄涡流该处流线的切线方向喷出。
本实施例中的烟气扰流装置9为一圆形平板，所述的导流装置1为碟中心带有凸起的碟形导流装置，所述凸起指向喷嘴10且与喷嘴10中喷射方向相反；所述的碟形导流装置碟面的内凹方向与所述凸起的凸起方向相反。本装置中的碟形为有围边的盘形，对大小并无限定，盘中央的碟面相对于围边向内凹陷，垂直于中央碟面由围边一侧指向中央碟面的方向为内凹方向。
本实施例中的支撑装置3为将导流装置1固定在烟气扰流装置1上的若干支撑杆。喷嘴喷射方向垂直于圆形平板平面。圆形平板平面与气体通道中气体流动方向之间角度为锐角。
本发明把混合组件和还原剂喷射装置合成为一个元件，混合组件分为烟气扰流部分和还原剂导流部分，还原剂喷射装置由管道和喷嘴组成。还原剂管道穿过烟道外壳，喷嘴与来流烟气成一定角度,烟气扰流部分为一块平面板，垂直地焊接在喷嘴上，还原剂导流装置设计在平面板上方，通过钢筋支撑杆固定在平面板上。
所述的烟气扰流装置9由耐磨耐腐的金属板制成，焊接在喷嘴10上，导流装置1由特殊模具制成，内面具有流线型，并通过支撑杆固定在平面板上，支撑杆两端用紧固件分别固定在烟气扰流装置9上和导流装置1上。
如图1所示，本发明把混合组件和还原剂喷射装置合成为一个元件，混合组件分为烟气扰流部分和还原剂导流部分，还原剂喷射装置由管道6和喷嘴10组成。还原剂管道穿过烟道外壳，喷嘴与烟道中的烟气流动方向成一定角度,烟气扰流部分为一块平面板，垂直地焊接在喷嘴上，还原剂导流装置1设计在平面板上方，通过钢筋支撑杆3固定在平面板上。
所述的烟气扰流装置由耐磨耐腐的金属板（本发明为圆板）制成，焊接在还原剂喷嘴上，还原剂导流装置由特殊模具制成，内面具有流线型，并通过支撑杆固定在平面板上，支撑杆两端用紧固件分别固定在两个扰流装置上。
烟道截面被混合组件分为若干个区域，每个区域气体混合的能力由该区域的混合组件决定，每个区域的大小由烟气扰流装置的设计尺寸决定，考虑到两股气流合适的对冲角度和大小，烟气扰流装置的尺寸受还原剂喷嘴和还原剂导流装置设计尺寸的影响。对于每个混合区域，采用涡流对冲式SCR混合器是利用了混合组件的特殊结构搅乱流场，烟气流经平面板，在平面板背面形成马蹄涡，而还原剂从喷口喷出形成射流，射流经还原剂导流部分引导，和烟气的马蹄涡形成对冲，马蹄涡至上向下包裹住还原气流，形成两者的强烈混合，有效地克服电厂SCR改造空间有限混合距离不足的问题，在降低氨逃逸率的同时提高了脱硝效率。此外，由于喷嘴与混合组件集合成为一个装置，使组件布置的深度减小，进一步延长了烟气和还原剂的混合距离。
本发明的嵌合式双旋流SCR静态混合器实际工作时情况如下：
在SCR系统中，反应器内选择填装三层蜂窝状催化剂，每层催化剂由若干催化剂模块组成，每个催化剂模块又可分为若干催化剂小块。工程上若要提高脱销效率和减小氨逃逸率，必须保证每个催化剂模块上层的氨氮比近似相同，在更加严格的情况下，必须保证每个催化剂内孔通道上层的氨氮比近似相同。由于现役机组改造空间有限，使得喷氨截面到首层催化剂上层的间混合距离不足，在有限的混合距离里，若要保证上述氨氮混合均匀的要求，高效的静态混合器是有效的诉诸手段。采用涡流对冲式SCR混合器是利用了混合组件的特殊结构搅乱流场，烟气1.8流经平面板，在平面板背面形成马蹄涡4，而还原剂7从喷口喷出形成射流，射流在形成的初始阶段冲击导流装置1，经还原剂导流装置内壁面特殊流线型的引导作用，和烟气气流产生的马蹄涡形成对冲，马蹄涡至上向下包裹住还原气流2，这种相互对冲和包裹的作用会导致两股气流的强烈混合，有效地克服电厂SCR改造空间有限混合距离不足的问题，在降低氨逃逸率的同时提高了脱硝效率。此外，由于喷嘴与混合组件集合成为一个模型，使组件布置的深度减小，进一步延长了烟气和还原剂的混合距离。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (4)

1.一种设置在气体通道内的涡流对冲式气体混合器，其特征在于，包括导流装置(1)、喷嘴(10)、管道(6)、烟气扰流装置(9)、支撑装置(3)；所述的管道(6)穿入烟道侧壁并继续延伸；所述喷嘴(10)设置在管道(6)延伸方向的一端；所述的喷嘴(10)喷出的射流喷射到所述导流装置(1)上；所述烟气扰流装置(9)设置在相对所述导流装置(1)的烟气流上游位置处；所述的烟气扰流装置(9)与导流装置(1)相配合，使得烟气流经过所述的烟气扰流装置(9)后形成马蹄涡流包裹住经由导流装置(1)导流形成的气流，所述的经过导流装置(1)导流的气流从所述的马蹄涡流的内部并大致沿马蹄涡流该处流线的切线方向喷出；所述的烟气扰流装置(9)为一圆形平板，所述的导流装置(1)为碟中心带有凸起的碟形导流装置，所述凸起指向喷嘴(10)且与喷嘴(10)中喷射方向相反；所述的碟形导流装置碟面的内凹方向与所述凸起的凸起方向相反。
2.根据权利要求1所述的一种设置在气体通道内的涡流对冲式气体混合器，其特征在于，所述的支撑装置(3)为将导流装置(1)固定在烟气扰流装置(9)上的若干支撑杆。
3.根据权利要求1所述的一种设置在气体通道内的涡流对冲式气体混合器，其特征在于，所述的喷嘴喷射方向垂直于圆形平板平面。
4.根据权利要求1所述的一种设置在气体通道内的涡流对冲式气体混合器，其特征在于，所述的圆形平板平面与气体通道中气体流动方向之间角度为锐角。
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