CN103831005B - 一种用于sncr脱硝的水冷壁防腐蚀装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于SNCR脱硝的水冷壁防腐蚀装置，包括分别设置于尿素喷枪正上方的隔断单元和设置于尿素喷枪正下方的吹扫单元，在尿素喷枪的喷口的下方还设置有弧形引流板。隔断单元用于喷射隔断风来悬浮贴近水冷壁表面的尿素雾滴并将尿素雾滴喷向炉内；吹扫单元用于吹扫滴落的尿素液滴进入炉内；弧形引流板用于将吹扫风引流至炉内。本发明通过隔断风和吹扫风的联合应用，阻挡了尿素溶液与水冷壁的接触，解决了SNCR喷枪在启动、运行和停止时尿素溶液对水冷壁的腐蚀问题。

Description

一种用于SNCR脱硝的水冷壁防腐蚀装置

技术领域

本发明属于选择性非催化还原脱硝技术领域，具体地涉及一种用于SNCR脱硝的水冷壁防腐蚀装置。

背景技术

SNCR(选择性非催化还原脱硝)技术是向烟气中喷氨或尿素溶液等含有NH₃基的还原剂，在900～1100℃高温条件下，通过化学反应，把NOx还原成氮气和水。这种脱硝方法由于不需要催化剂，所以在电力、水泥、钢铁等行业中受到了广泛应用。然而，在燃煤锅炉的实际运行中却发现(如《中国新技术新产品》，2010，NO.2 127-128；《热力发电》，2010，Vol.39 NO.6，65-70)，SNCR喷枪附近的水冷壁极易发生腐蚀，而且腐蚀问题严重，引起了数次锅炉水冷壁的泄漏，造成了被动停炉的紧张局面，严重影响了安全生产。

研究结果和运行经验已经表明：尿素溶液与水冷壁接触会产生腐蚀，这种腐蚀主要由溶液中的极性水溶剂和尿素溶质引起，前者主要产生电化学腐蚀，后者主要产生活化腐蚀。当烟气及飞灰中氯化物溶解于水中时，氯离子很容易取代金属表面保护膜中的阳离子，使得四氧化三铁变成可溶性的氯化铁。当附着在水冷壁表面的尿素溶液吸收烟气中的SO₂、SO₃形成离子时，会破坏水冷壁钢材上的保护膜，从而进一步加剧电化学腐蚀。当尿素溶液分解时，产生的NH₃和CO₂在高温下因异构化而生成游离氰酸，并进一步分解成氰酸根，氰酸根是一种还原性酸根，能对金属表面的钝化膜产生活化腐蚀。

燃煤锅炉运行中，避免水冷壁的高温腐蚀是电厂锅炉安全经济稳定运行的前提。目前，减小锅炉两侧墙水冷壁高温腐蚀的技术方式主要有(1)对水冷壁管进行渗铝等表面防腐处理，但这种方法费用较高，而且防护周期较短；(2)在侧墙上安装贴壁风或是设置边界风。应用最多的是贴壁风系统，如专利CN202993178U公开了一种用于防止垃圾焚烧锅炉水冷壁高温腐蚀的贴壁风装置，该贴壁风装置布置与垃圾焚烧锅炉内高温腐蚀区的底部位置，贴壁风喷嘴底部通过底部挡板封闭，仅在顺着炉内主烟气流动方向一侧喷出，流动阻力小。通过以冷风射流的方式喷出贴壁风，一方面有利于降低水冷壁管表面温度，另一方面，贴壁风射流可以对流程上的水冷壁管表面进行吹扫，防止飞灰在水冷壁管表面的沉积。但贴壁风装置通常投资较大，结构复杂，且需要较大的风速。

然而，针对SNCR脱硝过程中由于尿素溶液腐蚀水冷壁的对应装置或方法却鲜有报道。不难发现，引起SNCR脱硝过程水冷壁腐蚀的主要原因是由于尿素溶液与水冷壁管发生了长时间直接接触，有可能在尿素喷枪启动和停止时发生，也有可能在喷枪正常运行时发生。由此可知，防止发生腐蚀的最好办法就是切断尿素溶液与水冷壁管的接触。

发明内容

发明目的：为解决SNCR喷枪在启动时产生的尿素溶液液滴沿喷枪滴落而腐蚀下部水冷壁、或SNCR脱硝过程中由于流场不均匀使喷出的尿素溶液沿壁面向上流动而腐蚀上部水冷壁等问题，本发明提供了一种用于SNCR脱硝的水冷壁防腐蚀装置。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提出了一种用于SNCR脱硝的水冷壁防腐蚀装置，在水冷壁上设置有尿素喷枪，所述尿素喷枪包括喷射管和喷枪套管，其中，所述水冷壁防腐蚀装置包括设置于尿素喷枪正上方的隔断单元和设置于尿素喷枪正下方的吹扫单元，以及设置于尿素喷枪喷口下侧的弧形引流板，其中，所述隔断单元包括分别设置于水冷壁两侧并相互连通的隔断风送风装置和隔断风喷射装置，所述隔断风送风装置用于调节隔断风的进风量，所述隔断风喷射装置用于喷射隔断风来悬浮贴近水冷壁表面的尿素雾滴并将尿素雾滴喷向炉内；所述吹扫单元包括分别设置于水冷壁两侧并相连通的吹扫风送风装置和吹扫风喷射装置，所述吹扫风送风装置用于调节吹扫风进风量，所述吹扫风喷射装置用于吹扫滴落的尿素液滴进入炉内；所述弧形引流板将吹扫风引流至炉内。

具体地，所述隔断风送风装置包括上外风盒、上进风子管、上调节阀门和上进风母管，其中，所述上外风盒设置于水冷壁靠近炉外的一侧，所述上进风子管的一端与上进风母管的侧壁相通，另一端与上外风盒相通，所述上调节阀门上设置于上进风子管上。通过上调节阀门可以调节隔断风的进风量。

所述隔断风喷射装置包括与水冷壁壁面平行间隔布置的多个上宽下窄的梯形导流板，所述梯形导流板的底部沿炉内至水冷壁方向逐渐升高，相邻的梯形导流板之间构成风室，其中，所述多个梯形导流板的两侧分别通过上侧板与水冷壁连接；最外侧的梯形导流板底部通过下水平封板与水冷壁连接；最外侧的风室之间间隔设置有与梯形导流板垂直的上肋片，最外侧的风室的上端通过上水平封板连接；最外侧的梯形导流板的表面均匀开设有气孔。优选地，所述上肋片将最外侧的风室均匀隔开，从隔断风送风装置送来的隔断风一部分通过进入最外侧的风室，并通过气孔按照一定的速度(优选地为1～5m/s)垂直射入炉内，用来悬浮雾化的尿素溶液，同时，内侧相邻的梯形导流板与上侧板一起构成了隔断风通道，另外的隔断风通过上述隔断风通道分层贴着水冷壁避免进入炉内，优选地，可以将隔断风风速控制在10～50m/s，从而阻断尿素溶液和水冷壁之间的接触。

优选地，所述梯形导流板的个数为2～5个，多个梯形导流板等间距并列布置从而形成均匀的风室。

其中，最外侧的梯形导流板的表面开设的气孔的直径优选地为5～10mm。

所述的吹扫风送风装置包括下外风盒、下进风子管、下调节阀门和下进风母管，其中，所述下外风盒设置于水冷壁靠近炉外的一侧，所述下进风子管一端与下进风母管的侧壁相通，另一端与下外风盒相通，所述下调节阀门设置于下进风子管上。通过下调节阀门可以调节吹扫风的送风量。

所述的吹扫风喷射装置包括与水冷壁壁面平行间隔布置的多个矩形导流板；所述矩形导流板上端与水冷壁壁面之间的夹角逐渐增大，且沿水冷壁到炉内的方向，矩形导流板的底部逐渐降低，相邻的矩形导流板之间构成吹扫风通道；其中，最外侧的矩形导流板的两侧分别通过下侧板与水冷壁连接；最外侧的矩形导流板底部通过倾斜封板与水冷壁连接；最外侧的吹扫风通道之间间隔设置有与矩形导流板垂直的下肋片。优选地，所述下肋片将最外侧的吹到风通道均匀隔开。吹扫风通过各个吹扫风通道分层贴着水冷壁壁面进入炉内，优选地可将风速控制在10～50m/s。

优选地，最外层矩形导流板上端与水冷壁之间的夹角为20～30°。通过这种矩形导流板的布置方式，使吹扫风出风口呈鸭嘴喷口形式，这种结构可以使吹到风具有较强的吹扫能力，使大液滴快速破裂呈小液滴。

所述的倾斜封板与水冷壁的轴线呈30°＜α＜45°。

优选地，所述弧形引流板的一端与喷枪套管相切，另一端与水冷壁壁面密封相连。通过弧形引流板与吹扫单元出气口的气流流动结构相匹配，使夹带尿素液滴的气流顺利返回到雾化气流中。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)通过在尿素喷枪上部和下部分别安装隔断单元和吹扫单元，利用隔断风和吹扫风的贴壁流动，可以彻底避免在尿素喷枪启动、正常运行、停止工作时尿素溶液与水冷壁管的接触，完全防止了水冷壁被尿素腐蚀的发生；(2)本发明的隔断单元采用了多通道喷嘴(风室)和多孔板结构(最外侧的梯形导流板)，这种联合布置结构一方面以多层气流强制隔离方式有效防止了喷枪上部水冷壁的腐蚀，另一方面也以气垫悬浮方式防止了隔断单元本身遭受到的尿素腐蚀，同时用隔断风强制冷却了暴露在高温区域的外侧导流板，极大延长了设备的使用寿命；(3)本发明隔断单元的最外侧的梯形导流板不仅受到隔断风的冷却，而且还能通过上肋片和上侧板与水冷壁进行换热，平行肋片的布置使隔断风容易在风室中产生涡流，加大了隔断风的对流换热系数，极大地增强了梯形导流板的冷却能力，使得尿素喷枪在低负荷工作时隔断单元也能得到较好的冷却；(4)本发明吹扫单元的出风口设计成鸭嘴喷口形式，这种结构能使吹扫风具有较强的吹扫能力，使大液滴快速破裂成小液滴，而且弧形的引流板与吹扫单元出口的气流流动结构相匹配，使夹带尿素液滴的气流顺利返回到雾化气流中；(5)本发明的上进风子管和下进风子管都带有调节阀门，这样的布置方式有助于进风流量能够根据尿素喷枪的实际负荷实时调节，在保证防止腐蚀的前提下，最大程度降低了进炉隔断风和吹扫风对炉内燃烧、气固流动和传热传质的影响。

附图说明

图1为本发明的侧视图；

图2是本发明的主视图；

图3是本发明的隔断单元沿图2中E-E方向的剖面俯视图；

图4是本发明的吹扫单元沿图2中F-F方向剖面俯视图。

具体实施方式

以下参照图1-4详细说明本发明的实施。

本实施例针对某电厂SNCR脱硝系统设计的一种水冷壁防腐蚀装置。本实施例水冷壁1的水冷壁管外径为60mm，管子间距(即相邻水冷壁管中心线之间的距离)为80mm，在尿素喷枪安装处的两根水冷壁管向外绕管，尿素喷枪包括喷射管2和喷枪套管3，其中，喷枪套管的外径为120mm，根据需要，可以在锅炉每侧水冷壁1都布置三个尿素喷枪，本实施例中以一个尿素喷枪对应的水冷壁防腐蚀装置进行说明。易腐蚀区，即原贴壁区23和原滴落区24根据喷枪的喷射容量和雾化效果来确定。喷枪的喷射容量由自身结构决定，雾化效果一方面由喷枪自身结构决定，另一方面也由喷枪上游的油泵压力决定。

为了防止尿素溶液腐蚀水冷壁，本发明在尿素喷枪的正上方设置隔断单元，在尿素喷枪的正下方设置吹扫单元，并在尿素喷枪的喷口下侧设置弧形引流板4。

隔断单元包括分别设置于水冷壁两侧并相连通的隔断风送风装置和隔断风喷射装置，隔断风送风装置用于调节隔断风的进风量，隔断风喷射装置用于喷射隔断风来悬浮贴近水冷壁表面的尿素雾滴并将尿素雾滴喷向炉内；吹扫单元包括分别设置于水冷壁两侧并相连通的吹扫风送风装置和吹扫风喷射装置，吹扫风送风装置用于调节吹扫风进风量，吹扫风喷射装置用于吹扫滴落的尿素液滴进入炉内；弧形引流板4将吹扫风引流至炉内。

其中，隔断风送风装置包括上外风盒5、上进风子管6、上调节阀门7和上进风母管8，其中，上外风盒5设置于水冷壁1靠近炉外的一侧，上进风子管6的一端与上进风母管8的侧壁相通，另一端与上外风盒5相通，上调节阀门7上设置于上进风子管6上。从锅炉送风机出口引出管道作为隔断风的上进风母管8，上外风盒5设置于水冷壁1靠近炉外的一侧，中间去掉水冷壁膜片25形成上进风孔，隔断风通过进风孔从上外风盒5流入隔断风喷射装置。

隔断风喷射装置包括与水冷壁1壁面平行间隔布置的4个上宽下窄的梯形导流板9，梯形导流板9上部宽度为5个水冷壁管间距，即400mm，下部宽度为3个水冷壁管间距，即240mm，沿炉内到水冷壁的方向，梯形导流板的下部以30mm距离逐渐提高，且4个梯形导流板9等间距平行布置，相邻的梯形导流板9之间构成风室，其中，多个梯形导流板9的两侧分别通过上侧板10与水冷壁焊接连接；最外侧的梯形导流板9底部通过下水平封板11与水冷壁连接；最外侧的梯形导流板9与其相邻的梯形导流板9之间间隔设置有与梯形导流板垂直的4块上肋片12，4块上肋片将风室均匀隔开，这些肋片增大了最外侧导流板的换热面积，避免了超温现象发生。最外侧的梯形导流板9与其相邻的梯形导流板9的上端通过上水平封板22连接；最外侧的梯形导流板9的表面均匀开设有直径约8mm的气孔13。这样，一部分隔断风进入最外侧的风室，通过小孔以2m/s左右的速度垂直射入炉内，当雾化后的尿素液滴在烟气扰动下靠近梯形导流板时，隔断风犹如气垫，避免了尿素溶液与导流板的接触。同时，内部的相邻梯形导流板之间与上侧板10一起构成了隔断风通道，另一部分隔断风通过这些隔断风通道分层贴着水冷壁1壁面呈扇形方式进入炉内，风速保持在35m/s，当雾化后的尿素液滴在烟气扰动下靠近梯形导流板9上面的腐蚀区时，多层隔断风快速隔断了尿素溶液与膜式水冷壁的接触，防止了腐蚀的发生。

从空预器出口引出管道作为吹扫风的下进风母管17，下进风母管17上连着下进风子管15，下进风子管15上装着下调节阀门16，用以调节进风流量。通过将相邻水冷壁管之间的水冷壁膜片去掉可以在吹扫风送风装置和吹扫风喷射装置之间形成下进风孔，吹扫风通过下进风孔从下外风盒14流入吹扫风喷射装置。吹扫风喷射装置包括4块宽度为240mm的矩形导流板18，4块矩形导流板18的上端依次与水冷壁1壁面呈0°、10°、15°、20°，两侧分别与两块和水冷壁管焊接的下侧板19垂直焊接。沿炉内到水冷壁方向，矩形导流板18的下部以30mm逐渐提高，相邻矩形导流板18与下侧板19一起构成了吹扫风通道。在最外侧的吹扫风通道内设置有2块垂直于矩形导流板18平面的下肋片21将最外侧的吹扫风通道均匀隔开，这些肋片21增加了最外侧矩形导流板18的换热面积，避免了超温现象发生。

弧形引流板4的一端与喷枪套管3相切，另一端与水冷壁1壁面密封相连。这样，吹扫风通过这些吹扫风通道分层贴着水冷壁1壁面进入炉内，风速保持在20m/s，当雾化后的尿素液滴在烟气扰动下靠近梯形导流板9上面的腐蚀区时，多层吹扫风夹带着尿素溶液并在弧形引流板4的引流作用下进入炉内，从而避免了尿素液滴与水冷壁的接触，防止了腐蚀的发生。

Claims (9)

1.一种用于SNCR脱硝的水冷壁防腐蚀装置，所述水冷壁防腐蚀装置设置在水冷壁(1)上，所述水冷壁(1)上设置有尿素喷枪，所述尿素喷枪包括喷射管(2)和喷枪套管(3)，其特征在于，所述水冷壁防腐蚀装置包括设置于尿素喷枪正上方的隔断单元和尿素喷枪正下方的吹扫单元，以及设置于尿素喷枪喷口下侧的弧形引流板(4)，其中，所述隔断单元包括分别设置于水冷壁两侧并相互连通的隔断风送风装置和隔断风喷射装置，所述隔断风送风装置用于调节隔断风的进风量，所述隔断风喷射装置用于喷射隔断风来悬浮贴近水冷壁表面的尿素雾滴并将尿素雾滴喷向炉内；所述吹扫单元包括分别设置于水冷壁两侧并相连通的吹扫风送风装置和吹扫风喷射装置，所述吹扫风送风装置用于调节吹扫风进风量，所述吹扫风喷射装置用于吹扫滴落的尿素液滴进入炉内；所述弧形引流板(4)将吹扫风引流至炉内；其中，所述隔断风送风装置包括上外风盒(5)、上进风子管(6)、上调节阀门(7)和上进风母管(8)，其中，所述上外风盒(5)设置于水冷壁靠近炉外的一侧，所述上进风子管(6)的一端与上进风母管(8)的侧壁相通，另一端与上外风盒(5)相通，所述上调节阀门(7)上设置于上进风子管(6)上。

2.根据权利要求1所述的用于SNCR脱硝的水冷壁防腐蚀装置，其特征在于，所述隔断风喷射装置包括与水冷壁(1)壁面平行间隔布置的多个上宽下窄的梯形导流板(9)，所述梯形导流板(9)的底部沿炉内至水冷壁(1)方向逐渐升高，相邻的梯形导流板(9)之间构成风室，其中，所述多个梯形导流板(9)的两侧分别通过上侧板(10)与水冷壁(1)连接；最外侧的梯形导流板(9)底部通过下水平封板(11)与水冷壁(1)连接；最外侧风室之间间隔设置有与梯形导流板垂直的上肋片(12)，最外侧风室的的上端通过上水平封板(22)封闭；最外侧的梯形导流板(9)的表面均匀开设有气孔(13)。

3.根据权利要求2所述的用于SNCR脱硝的水冷壁防腐蚀装置，其特征在于，所述梯形导流板(9)的个数为2～5个，多个梯形导流板(9)等间距并列布置。

4.根据权利要求2所述的用于SNCR脱硝的水冷壁防腐蚀装置，其特征在于，最外侧的梯形导流板(9)的表面开设的气孔(13)的直径为5～10mm。

5.根据权利要求1所述的用于SNCR脱硝的水冷壁防腐蚀装置，其特征在于，所述的吹扫风送风装置包括下外风盒(14)、下进风子管(15)、下调节阀门(16)和下进风母管(17)，其中，所述下外风盒(14)设置于水冷壁(1)靠近炉外的一侧，所述下进风子管(15)一端与下进风母管(17)的侧壁相通，另一端与下外风盒(14)相通，所述下调节阀门(16)设置于下进风子管(15)上。

6.根据权利要求1所述的用于SNCR脱硝的水冷壁防腐蚀装置，其特征在于，所述的吹扫风喷射装置包括与水冷壁(1)壁面平行间隔布置的多个矩形导流板(18)；所述矩形导流板(18)上端与水冷壁(1)壁面之间的夹角逐渐增大，且沿水冷壁(1)到炉内的方向，矩形导流板(18)的底部逐渐降低，相邻的矩形导流板(18)之间构成吹扫风通道；其中，最外侧的矩形导流板(18)的两侧分别通过下侧板(19)与水冷壁(1)连接；最外侧的矩形导流板(18)底部通过倾斜封板(20)与水冷壁(1)连接；最外侧的吹扫风通道之间间隔设置有与矩形导流板(18)垂直的下肋片(21)。

7.根据权利要求6所述的用于SNCR脱硝的水冷壁防腐蚀装置，其特征在于，最外层矩形导流板(18)的上端与水冷壁之间的夹角为20～30°。

8.根据权利要求6所述的用于SNCR脱硝的水冷壁防腐蚀装置，其特征在于，所述的倾斜封板(20)与水冷壁(1)的轴线呈30°＜α＜45°。

9.根据权利要求1所述的用于SNCR脱硝的水冷壁防腐蚀装置，其特征在于，所述弧形引流板(4)的一端与喷枪套管(3)相切，另一端与水冷壁(1)壁面密封相连。