CN103877837B - 一种应用于低温氧化脱硝技术的烟道臭氧分布器及其布置方式 - Google Patents

一种应用于低温氧化脱硝技术的烟道臭氧分布器及其布置方式 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种应用于低温氧化脱硝技术的烟道臭氧分布器及其布置方式。所述烟道臭氧分布器包括分布主管、多个分布支管、多个文丘里分布器和多个三角翼；所述多个分布支管从分布主管并行分支引出；所述多个文丘里分布器等间距布置在分布支管上；所述文丘里分布器的扩散段一侧设置三角翼。所述烟道中设置有所述的烟道臭氧分布器。本发明主要应用于热电、钢铁等行业工业锅炉/窑炉烟气低温臭氧氧化法脱硝领域，臭氧喷入方向与烟气流向一致，不存在积灰堵塞的问题，尤其强化了烟气和臭氧的扰流行为，促进了氧化效率，缩短了有效反应的烟道距离，实际工程应用优势非常明显。

Description

一种应用于低温氧化脱硝技术的烟道臭氧分布器及其布置方式
技术领域
本发明涉及一种应用于低温氧化脱硝技术的烟道臭氧分布器及其布置方式，属于环境工程技术领域。
背景技术
火电、钢铁等行业排放烟气中污染物多种多样，国内企业现有的烟气净化装置大多是针对于SO2的治理，而NOx作为一种主要的大气污染物质，同样严重危害人类健康、环境、生态及社会经济。新颁布的火电、钢铁等烟气排放标准已经对NOx的排放提出了严格要求。NO2有着与SO2类似的性质，都属于酸性气体，易与碱性物质结合发生反应达到脱除的目的。由于烟气中的NOx中90%以上是NO，需先将NO氧化为NO2，氧化脱除技术已有多种。如CN1923337A公开了一种锅炉烟气多种污染物臭氧氧化同时脱除装置及其方法，其氧化脱除技术方案是在锅炉烟道上喷入臭氧，再将经过臭氧处理后的锅炉烟气送入碱液洗涤塔中进行洗涤。如发明人的在先申请（申请号为201310482358.8）涉及一种循环流化床（CFB）半干法联合脱硫脱硝脱汞装置及方法，其脱除技术方案是在CFB净化装置前烟道上喷入臭氧，再将经过臭氧处理后的烟气送入CFB装置进行脱除反应。需要注意的是O3在温度高于150℃时分解率加强，因此烟气温度不宜过高。
目前，低温臭氧氧化脱硝技术从脱除效果、投资运行成本等角度考虑都占有一定的优势，成为相关行业或企业控制NOx排放关注的焦点。
低温臭氧氧化脱硝技术是指烟气在进入净化装置前向烟道中喷入O3将NO氧化为NO2，再进入后续的吸收工段。烟道中O3与烟气中NO的接触效果直接决定了氧化效率和后续的吸收效果，因此两种气体的混合效果成为了该技术发展的重点，相应地，影响烟道中气流分布的臭氧分布器的开发成为热点。
臭氧分布器的开发可以借鉴脱硝SCR技术反应装置前烟道内喷氨格栅的应用经验。喷氨格栅的主要作用是促进喷入的氨气或含氨空气与烟气在接触SCR催化剂之前混合均匀性，提高在SCR催化剂上的反应效率。据报道，在喷氨格栅的实际应用过程中，经常会遇到喷口堵塞、混合均匀度低等现象，为此已开发了一些针对性的喷氨格栅，例如CN103480254A公布的防堵型喷氨格栅和CN203208900U公布的动态喷氨格栅等。臭氧分布器的设计重点需要解决气流在层流状态下混合效果不佳的问题，缩短发生氧化反应的烟道距离。
发明内容
本发明的目的在于针对以上提到的设计重点，提供一种应用于低温氧化脱硝技术的烟道臭氧分布器及其布置方式，实现工程中短时间内臭氧与烟气的最佳均匀混合，保证烟道内NO的氧化效率。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的目的之一在于提供一种烟道臭氧分布器，所述烟道臭氧分布器包括分布主管、多个分布支管、多个文丘里分布器和多个三角翼；
所述多个分布支管从分布主管并行分支引出；所述多个文丘里分布器等间距布置在分布支管上；所述文丘里分布器的扩散段一侧设置三角翼。
本发明所述的烟道臭氧分布器采用文丘里分布器和三角翼结合的结构形式，在应用中可以强化烟气和臭氧的扰流行为，促进了氧化效率，缩短了有效反应的烟道距离，实际工程应用优势非常明显。从分布主管并行分支引出的多个分布支管及等间距布置的文丘里分布管使臭氧在烟道中的分布更加均匀，进一步保证臭氧与烟气的混合效果。
本领域技术人员可以根据实际需要选择各部件的具体形式及尺寸，各分布支管、文丘里分布器、三角翼之间的间距也可以根据实际需要进行选择。本发明对各部件的材料也不做特殊规定。
以下为本发明所述烟道臭氧分布器的优选形式，不应视为对本发明的限制。
所述分布支管分为两段，前分布支管段由分布主管引出，与后分布支管段之间通过连接法兰连接，实现模块化设计和安装，安装维修方便。
所述前分布支管上设置调节阀，在实际操作中可以根据烟气中NO的浓度调节臭氧通入量。
所述多个分布支管之间的间距相等。优选地，相邻分布支管之间的间距为300～500mm，例如可选择300.02～499mm，310～482mm，328～450mm，350～427.5mm，385mm等。
所述分布主管内的气流速度最大不超过30m/s，优选为25～27m/s。所述分布支管内的气流速度控制在20～25m/s，例如可选择20.03～24.8m/s，21～23.4m/s，21.5～23m/s，22.8m/s等，优选为20m/s。在本发明中，分布主管和分布支管管径的选择依据管内气速确定。
相邻文丘里分布器之间的间距为50～100mm，例如可选择50.02～99.8mm，56～90mm，68～81.5mm，73～79mm，75.4mm等，优选为50～75mm。
所述文丘里分布器的收缩角为70～90°，例如可选择70.01～88.9°，73～86.4°，76.4～82°，77～80°，79.4°等，优选为80°。
所述文丘里分布器的扩散角为20～50°，例如可选择20.03～48.6°，23～45.3°，26.4～42.3°，28～40°，30.5～37°，33.7°等，进一步优选为40°。
所述文丘里分布器的喉口高径比为1.0～1.5，例如可选择1.01～1.48，1.08～1.41，1.2～1.34，1.23～1.3，1.27等，进一步优选为1.2。
所述文丘里分布器的喉口气速为8～12m/s，例如可选择8.02～11.8m/s，8.6～11.3m/s，9～10.7m/s，9.6m/s等，进一步优选为12m/s。
文丘里分布器扩散段与对应三角翼垂直间距在8～12cm，例如可选择8.01～11.8cm，8.8～11.2cm，9.4～10.7cm，10cm等，优选为10cm。
相邻分布支管上三角翼的倾斜角度为90°。这种设计可以加大臭氧的分布区域，强化臭氧与烟气的混合效果。
所述三角翼的截面为等边三角形，其内切圆直径为文丘里分布器扩散段出口直径的1.1～1.5倍，优选为1.2～1.3倍。
所述三角翼和文丘里分布器通过与三角翼一体的卡箍连接，卡箍卡在文丘里分布器喉口段。三角翼对从文丘里分布器喷出的臭氧进行扰动。
本发明的目的之二在于提供一种如上所述烟道臭氧分布器的布置方式：所述烟道臭氧分布器在烟道中布置时，多个分布支管末端与烟道边壁的水平距离是烟道宽度的1/2，偶数组烟道臭氧分布器在烟道两侧对称错位安装；经所述烟道臭氧分布器喷入烟道的臭氧方向与烟气流向一致。
本发明的目的之三在于提供一种烟道，所述烟道中设置有上述的烟道臭氧分布器。臭氧经烟道臭氧分布器喷入烟道，与烟道中的烟气充分混合，将NO氧化为NO2，进入后续净化工段。
所述烟道臭氧分布器的多个分布支管末端与烟道边壁的水平距离是烟道宽度的1/2，偶数组烟道臭氧分布器在烟道两侧对称错位安装，不仅可以降低单组臭氧分布器所需的压力要求，同时强化了臭氧在烟道分布的均匀性。
经所述烟道臭氧分布器喷入烟道的臭氧方向与烟气流向一致，避免了积灰堵塞的问题。
与已有技术方案相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明所述的烟道臭氧分布器采用文丘里分布器加三角翼分布结构，文丘里结构加大了臭氧分布的覆盖面，三角翼进一步进行扰流，加强了烟气和臭氧的混合效果，促进了氧化反应；
2、经烟道臭氧分布器喷入烟道内的臭氧方向与烟气流向一致，不存在堵塞喷射孔道的问题；
3、分布支管分为两段，一段由主管引出，两段支管之间采用法兰连接，三角翼和文丘里分布器通过卡箍固定连接，结构简单，安装维修方便。
附图说明
图1是本发明所述烟道臭氧分布器结构的主视示意图；
图2是本发明所述烟道臭氧分布器中三角翼结构示意图；
图3是本发明所述烟道臭氧分布器中文丘里分布器和三角翼连接结构示意图；
图4是本发明所述安装有烟道臭氧分布器的烟道示意图；
图5是本发明所述两组烟道臭氧分布器在烟道中布置方式侧视示意图。
附图中各部件的标记如下：1-烟道；2-分布主管；3-分布支管；3-1-前分布支管；3-2-后分布支管；4-文丘里分布器；5-三角翼；6-连接法兰；7-调节阀。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1
一种烟道臭氧分布器，所述烟道臭氧分布器包括分布主管、多个分布支管、多个文丘里分布器和多个三角翼；所述多个分布支管从分布主管并行分支引出；所述多个文丘里分布器等间距布置在分布支管上；所述文丘里分布器的扩散段一侧设置三角翼。
所述烟道臭氧分布器在烟道中布置时，多个分布支管末端与烟道边壁的水平距离是烟道宽度的1/2，偶数组烟道臭氧分布器在烟道两侧对称错位安装；经所述烟道臭氧分布器喷入烟道的臭氧方向与烟气流向一致。
实施例2
如图1至图3所示，一种烟道臭氧分布器，所述烟道臭氧分布器包括分布主管2、多个分布支管3、多个文丘里分布器4和多个三角翼5；所述多个分布支管3从分布主管2并行分支引出；所述多个文丘里分布器4等间距布置在分布支管3上；所述文丘里分布器4的扩散段一侧设置三角翼5。
所述分布支管3分为两段，前分布支管3-1段由分布主管2引出，与后分布支管3-2段之间通过连接法兰6连接；所述分布支管3-1上设置调节阀7，可以根据烟气中NO浓度调节臭氧通入量。所述多个分布支管3之间的间距相等；相邻分布支管3之间的间距为500mm。
所述臭氧分布主管2和分布支管3管径的选择依据管内气速确定，所述分布主管2内的气流速度为30m/s；所述分布支管3内的气流速度控制在25m/s。
相邻文丘里分布器4之间的间距为100mm。
所述文丘里分布器4的收缩角为90°，扩散角为50°。
所述文丘里分布器4的喉口高径比为1.5，喉口气速为12m/s。
文丘里分布器扩散段与对应三角翼垂直间距为12cm；相邻分布支管3上三角翼5的倾斜角度为90°，加大臭氧的分布区域，强化臭氧与烟气的混合效果。
所述三角翼5的截面为等边三角形，其内切圆直径为文丘里分布器4扩散段出口直径的1.5倍。
所述三角翼5和文丘里分布器4通过与三角翼5一体的卡箍连接。
所述烟道臭氧分布器在烟道1中布置时，多个分布支管3末端与烟道边壁的水平距离是烟道1宽度的1/2，偶数组烟道臭氧分布器在烟道1两侧对称错位安装；经所述烟道臭氧分布器喷入烟道的臭氧方向与烟气流向一致。
实施例3
本实施例与实施例2的区别在于：
相邻分布支管3之间的间距为300mm。
所述分布主管2内的气流速度为20m/s；所述分布支管3内的气流速度控制在20m/s。
相邻文丘里分布器4之间的间距为50mm。
所述文丘里分布器4的收缩角为70°，扩散角为25°。
所述文丘里分布器4的喉口高径比为1.0，喉口气速为8m/s。
文丘里分布器扩散段与对应三角翼垂直间距为8cm。
所述三角翼5的截面为等边三角形，其内切圆直径为文丘里分布器4扩散段出口直径的1.1倍。
实施例4
本实施例与实施例2的区别在于：
相邻分布支管3之间的间距为400mm。
所述分布主管2内的气流速度为25m/s；所述分布支管3内的气流速度控制在20m/s。
相邻文丘里分布器4之间的间距为75mm。
所述文丘里分布器4的收缩角为80°，扩散角为40°。
所述文丘里分布器4的喉口高径比为1.2，喉口气速为12m/s。
文丘里分布器扩散段与对应三角翼垂直间距为10cm。
所述三角翼5的截面为等边三角形，其内切圆直径为文丘里分布器4扩散段出口直径的1.2倍。
实施例5
本实施例与实施例2的区别在于：
相邻分布支管3之间的间距为400mm。
所述分布主管2内的气流速度为27m/s；所述分布支管3内的气流速度控制在23m/s。
相邻文丘里分布器4之间的间距为80mm。
所述文丘里分布器4的收缩角为75°，扩散角为30°。
所述文丘里分布器4的喉口高径比为1.3，喉口气速为10m/s。
文丘里分布器扩散段与对应三角翼垂直间距为11cm。
所述三角翼5的截面为等边三角形，其内切圆直径为文丘里分布器4扩散段出口直径的1.3倍。
实施例6
如图4和图5所示，一种烟道，所述烟道1中设置有实施例2所述的烟道臭氧分布器。
所述烟道臭氧分布器的多个分布支管3末端与烟道边壁的水平距离是烟道1宽度的1/2，采用偶数组烟道臭氧分布器在烟道1两侧对称错位安装，不仅可以降低单组臭氧分布器所需的压力要求，同时强化了臭氧在烟道分布的均匀性。经所述烟道臭氧分布器喷入烟道的臭氧方向与烟气流向一致，避免了积灰堵塞的问题。
本发明的工作过程如下：外界产生的臭氧进入分布主管2，经调节阀7控制调节后进入分布支管3，由文丘里分布器4喷入烟道，喷入臭氧方向与烟气流向一致。喷入的臭氧经文丘里分布器4前方固定的三角翼5烟气扰流，进行充分混合反应后进入后续净化工段。
本发明主要应用于热电、钢铁等行业工业锅炉/窑炉烟气低温臭氧氧化法脱硝领域，臭氧喷入方向与烟气流向一致，不存在积灰堵塞的问题，尤其强化了烟气和臭氧的扰流行为，促进了氧化效率，缩短了有效反应烟道距离，实际工程应用优势非常明显。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征以及方法，但本发明并不局限于上述详细结构特征以及方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征以及方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (26)

1.一种烟道臭氧分布器的布置方式，其特征在于，所述烟道臭氧分布器包括分布主管(2)、多个分布支管(3)、多个文丘里分布器(4)和多个三角翼(5)；
所述多个分布支管(3)从分布主管(2)并行分支引出；所述多个文丘里分布器(4)等间距布置在分布支管(3)上；所述文丘里分布器(4)的扩散段一侧设置三角翼(5)；
所述烟道臭氧分布器在烟道(1)中布置时，多个分布支管(3)末端与烟道边壁的水平距离是烟道(1)宽度的1/2，偶数组烟道臭氧分布器在烟道(1)两侧对称错位安装；经所述烟道臭氧分布器喷入烟道的臭氧方向与烟气流向一致。
2.如权利要求1所述的烟道臭氧分布器的布置方式，其特征在于，所述分布支管(3)分为两段，前分布支管(3-1)段由分布主管(2)引出，与后分布支管(3-2)段之间通过连接法兰(6)连接。
3.如权利要求2所述的烟道臭氧分布器的布置方式，其特征在于，所述前分布支管(3-1)上设置调节阀(7)。
4.如权利要求1所述的烟道臭氧分布器的布置方式，其特征在于，所述多个分布支管(3)之间的间距相等。
5.如权利要求1所述的烟道臭氧分布器的布置方式，其特征在于，相邻分布支管(3)之间的间距为300～500mm。
6.如权利要求1或2所述的烟道臭氧分布器的布置方式，其特征在于，所述分布主管(2)内的气流速度最大不超过30m/s。
7.如权利要求6所述的烟道臭氧分布器的布置方式，其特征在于，所述分布主管(2)内的气流速度为25～27m/s。
8.如权利要求1或2所述的烟道臭氧分布器的布置方式，其特征在于，所述分布支管(3)内的气流速度控制在20～25m/s。
9.如权利要求8所述的烟道臭氧分布器的布置方式，其特征在于，所述分布支管(3)内的气流速度控制在20m/s。
10.如权利要求1-3之一所述的烟道臭氧分布器的布置方式，其特征在于，相邻文丘里分布器(4)之间的间距为50～100mm。
11.如权利要求10所述的烟道臭氧分布器的布置方式，其特征在于，相邻文丘里分布器(4)之间的间距为50～75mm。
12.如权利要求1-4之一所述的烟道臭氧分布器的布置方式，其特征在于，所述文丘里分布器(4)的收缩角为70～90°。
13.如权利要求12所述的烟道臭氧分布器的布置方式，其特征在于，所述文丘里分布器(4)的收缩角为80°。
14.如权利要求1-4之一所述的烟道臭氧分布器的布置方式，其特征在于，所述文丘里分布器(4)的扩散角为25～50°。
15.如权利要求14所述的烟道臭氧分布器的布置方式，其特征在于，所述文丘里分布器(4)的扩散角为40°。
16.如权利要求1-4之一所述的烟道臭氧分布器的布置方式，其特征在于，所述文丘里分布器(4)的喉口高径比为1.0～1.5。
17.如权利要求16所述的烟道臭氧分布器的布置方式，其特征在于，所述文丘里分布器(4)的喉口高径比为1.2。
18.如权利要求1-4之一所述的烟道臭氧分布器的布置方式，其特征在于，所述文丘里分布器(4)的喉口气速为8～12m/s。
19.如权利要求18所述的烟道臭氧分布器的布置方式，其特征在于，所述文丘里分布器(4)的喉口气速为12m/s。
20.如权利要求1-5之一所述的烟道臭氧分布器的布置方式，其特征在于，文丘里分布器(4)扩散段与对应三角翼(5)垂直间距在8～12cm。
21.如权利要求20所述的烟道臭氧分布器的布置方式，其特征在于，文丘里分布器(4)扩散段与对应三角翼(5)垂直间距为10cm。
22.如权利要求1-5之一所述的烟道臭氧分布器的布置方式，其特征在于，相邻分布支管(3)上三角翼(5)的倾斜角度为90°。
23.如权利要求1-5之一所述的烟道臭氧分布器的布置方式，其特征在于，所述三角翼(5)的截面为等边三角形，其内切圆直径为文丘里分布器(4)扩散段出口直径的1.1～1.5倍。
24.如权利要求23所述的烟道臭氧分布器的布置方式，其特征在于，所述三角翼(5)的截面为等边三角形，其内切圆直径为文丘里分布器(4)扩散段出口直径的1.2～1.3倍。
25.如权利要求1-5之一所述的烟道臭氧分布器的布置方式，其特征在于，所述三角翼(5)和文丘里分布器(4)通过与三角翼(5)一体的卡箍连接。
26.一种烟道，其特征在于，所述烟道(1)中设置有权利要求1-25之一中所述的烟道臭氧分布器；所述烟道臭氧分布器的多个分布支管(3)末端与烟道边壁的水平距离是烟道(1)宽度的1/2，偶数组烟道臭氧分布器在烟道(1)两侧对称错位安装；经所述烟道臭氧分布器喷入烟道的臭氧方向与烟气流向一致。
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