CN104689735A - 一种适用于烟道式脱硝反应器的一体式氨注射混合器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于烟道式脱硝反应器的一体式氨注射混合器，包括母管、氨空气混合气分配集箱及若干支管；所述母管的出口与氨空气混合气分配集箱的入口相连通，各支管沿轴向依次固定在氨空气混合气分配集箱的侧面，各支管中部的入口与氨空气混合气分配集箱侧面的出口相连通，各支管的两端为封闭式结构，各支管两端的侧面开设有若干通孔，各支管两端的侧面均套接有导流叶片；同一个支管上的两个导流叶片位于支管两端的通孔之间；导流叶片与通孔沿烟气流通的方向依次分布；导流叶片与烟气的流动方向相交。本发明可应用于余热锅炉及燃煤锅炉烟道式反应器中，并且结构简单，混合距离短。

Description

一种适用于烟道式脱硝反应器的一体式氨注射混合器
技术领域
本发明涉及一种氨注射混合器，具体涉及一种适用于烟道式脱硝反应器的一体式氨注射混合器。
背景技术
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。因此国家出台了相关的政策法规来限值火电厂锅炉的NOx排放。如火电厂大气污染物排放标准(GB13223-2011)，要求现役火力发电锅炉在2014年7月1日之前满足NOx排放100mg/m3的排放限值要求。2014年国家发展和改革委员会、环境保护部、国家能源局联合发布“关于印发《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)》的通知”。要求东部地区(辽宁、北京、天津、河北、山东、上海、江苏、浙江、福建、广东、海南等11省)新建燃煤发电机组NOx排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值(即50mg/m3)，中部地区(黑龙江、吉林、山西、安徽、湖北、湖南、河南、江西等8省)新建机组原则上接近或达到燃气轮机机组排放限值，鼓励西部地区新建机组接近或达到燃气轮机组排放限值。目前我国现役的大部分火力发电锅炉都通过脱硝改造达到了出口NOx排放100mg/m3的限值要求，许多没有改造的燃气-蒸汽联合循环机组余热锅炉的NOx排放也能达到100mg/m3的排放限值要求。可以预见，对于锅炉NOx排放的限值要求会越来越严格。对于燃气-蒸汽联合循环机组余热锅炉的脱硝改造，比较适合的方式是在余热锅炉温度合适的换热模块之间安装催化剂，在催化剂之前合适的空间中安装氨注射格栅和静态混合器。由于余热锅炉的空间比较小，不适合将烟气引出设置反应器，只能安装烟道式反应器。在这种情况下，氨注射格栅与催化剂之间的距离非常有限，通常只有5～7m，同时也没有足够的空间来安装静态混合器。在这种情况下，使用传统的氨注射格栅通常很难使喷入的氨气与烟气中的NOx在这么短的距离内混合均匀。
传统的喷氨格栅有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。
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。
另一种典型的喷氨格栅是整体旋流和局部涡流相结合的花瓣型喷氨格栅。该喷氨格栅由4～6个小支管组成，氨气和空气的混合气体从小支管中沿平行于烟气流动方向喷出，在每个小支管喷嘴的上游设置有一个圆盘，相邻的圆盘呈一定角度布置，使烟气通过圆盘时产生旋转，从而加剧NOx与NH3的混合。这种喷氨格栅综合了涡流混合和旋流扰动的作用，缩短了NOx与NH3混合均匀所需要的距离。但是相对于余热锅炉烟道式反应器有限的混合空间来说，花瓣型喷氨格栅的混合距离仍然不够。
可以看出，传统的喷氨格栅的混合距离相对较长，且结构较为复杂，不适宜作为余热锅炉或燃煤锅炉烟道式反应器的喷氨格栅。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种适用于烟道式脱硝反应器的一体式氨注射混合器，该混合器可应用于余热锅炉及燃煤锅炉烟道式反应器中，并且结构简单，混合距离短。
为达到上述目的，本发明所述的适用于烟道式脱硝反应器的一体式氨注射混合器包括母管、氨空气混合气分配集箱及若干支管；
所述母管的出口与氨空气混合气分配集箱的入口相连通，各支管沿轴向依次固定在氨空气混合气分配集箱的侧面，各支管中部的入口与氨空气混合气分配集箱侧面的出口相连通，各支管的两端为封闭式结构，各支管两端的侧面开设有若干通孔，各支管两端的侧面均套接有导流叶片；
同一个支管上的两个导流叶片位于支管两端的通孔之间；导流叶片与通孔沿烟气流通的方向依次分布；导流叶片与烟气的流动方向相交；
所述氨空气混合气分配集箱的直径大于母管的直径及支管的直径。
所述导流叶片包括中部结构，中部结构的侧面设有若干连接板，各连接板的同一侧设有向下延伸的叶片。
所述各叶片与连接板之间的夹角为45°-60°。
所述连接板的数量为4个，连接板与中部结构组成了一个十字式结构。
所述母管上设有阀门。
所述支管一端侧面上通孔的数量为4-8个。
支管一端的各通孔沿周向均匀分布；
各支管为凹形结构。
所述支管的数量为8-10个。
所述氨空气混合气分配集箱内腔的体积大于10倍支管内腔的体积；
所述氨空气混合气分配集箱内腔的体积大于10倍母管内腔的体积。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的适用于烟道式脱硝反应器的一体式氨注射混合器在使用时，导流叶片与烟气的流动方向相交，烟气在遇到导流叶片时，由于氨空气混合气分配集箱的直径大于母管的直径及支管的直径，烟气在母管的背面形成大的涡流区，同时导流叶片使烟气进行旋转，氨气和空气的混合气体从通孔中以按垂直烟气流动的方向喷入到烟气中，这种涡流、旋流和垂直于烟气多点喷出的综合作用极大的加剧了氨气和空气的混合气体与烟气的混合，非常有效的缩短氨均匀扩散到烟气中的距离，并且结构简单，可应用于余热锅炉及燃煤锅炉烟道式反应器中。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中支管3的机构示意图。
其中，1为母管、2为氨空气混合气分配集箱、3为支管、4为通孔、5为导流叶片、6为中部结构、7为连接板、8为叶片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1及图2，本发明所述的适用于烟道式脱硝反应器的一体式氨注射混合器包括母管1、氨空气混合气分配集箱2及若干支管3；母管1的出口与氨空气混合气分配集箱2的入口相连通，各支管3沿轴向依次固定在氨空气混合气分配集箱2的侧面，各支管3中部的入口与氨空气混合气分配集箱2侧面的出口相连通，各支管3的两端为封闭式结构，各支管3两端的侧面开设有若干通孔4，各支管3两端的侧面均套接有导流叶片5；同一个支管3上的两个导流叶片5位于支管3两端的通孔4之间；导流叶片5与通孔4沿烟气流通的方向依次分布；导流叶片5与烟气的流动方向相交；氨空气混合气分配集箱2的直径大于母管1的直径及支管3的直径。
需要说明的是，所述导流叶片5包括中部结构6，中部结构6的侧面设有若干连接板7，各连接板7的同一侧设有向下延伸的叶片8；各叶片8与连接板7之间的夹角为45°-60°；连接板7的数量为4个，连接板7与中部结构6组成了一个十字式结构；母管1上设有阀门；支管3一端侧面上通孔4的数量为4-8个；支管3一端的各通孔4沿周向均匀分布；各支管3为凹形结构；支管3的数量为8-10个；氨空气混合气分配集箱2内腔的体积大于10倍支管3内腔的体积；氨空气混合气分配集箱2内腔的体积大于10倍母管1内腔的体积。
本发明的原理为：
将若干本发明所述的适用于烟道式脱硝反应器的一体式氨注射混合器沿烟气流通的方向依次固定在烟道内，上游烟气在流经每组本发明所述的适用于烟道式脱硝反应器的一体式氨注射混合器时，在氨空气混合气分配集箱2背部产生涡流，从而使烟气和通孔4喷出的氨气和空气的混合气体卷吸进此涡流内，产生强烈的混合；同时由于每个通孔4上游设置有导流叶片5，烟气流经此导流叶片5后产生旋转，与从通孔4喷出的氨气强烈混合；再加上氨气和空气的混合气体从通孔4喷出后与烟气流向呈90°角，更加利于氨气往烟气中的扩散。在烟道中，相邻两组支管3上设置的导流叶片5的旋向相同或相异，烟气通过相邻两组支管3上设置的导流叶片5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。
由于本发明所述的适用于烟道式脱硝反应器的一体式氨注射混合器的特点，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本发明所述的适用于烟道式脱硝反应器的一体式氨注射混合器按A×B的形式布置在烟道中，烟气在通过本发明所述的适用于烟道式脱硝反应器的一体式氨注射混合器与氨气混合后经过很短的距离，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。

Claims (9)

1.一种适用于烟道式脱硝反应器的一体式氨注射混合器，其特征在于，包括母管(1)、氨空气混合气分配集箱(2)及若干支管(3)；
所述母管(1)的出口与氨空气混合气分配集箱(2)的入口相连通，各支管(3)沿轴向依次固定在氨空气混合气分配集箱(2)的侧面，各支管(3)中部的入口与氨空气混合气分配集箱(2)侧面的出口相连通，各支管(3)的两端为封闭式结构，各支管(3)两端的侧面开设有若干通孔(4)，各支管(3)两端的侧面均套接有导流叶片(5)；
同一个支管(3)上的两个导流叶片(5)位于支管(3)两端的通孔(4)之间；导流叶片(5)与通孔(4)沿烟气流通的方向依次分布；导流叶片(5)与烟气的流动方向相交；
所述氨空气混合气分配集箱(2)的直径大于母管(1)的直径及支管(3)的直径。
2.根据权利要求1所述的适用于烟道式脱硝反应器的一体式氨注射混合器，其特征在于，所述导流叶片(5)包括中部结构(6)，中部结构(6)的侧面设有若干连接板(7)，各连接板(7)的同一侧均设有向下延伸的叶片(8)。
3.根据权利要求2所述的适用于烟道式脱硝反应器的一体式氨注射混合器，其特征在于，所述各叶片(8)与连接板(7)之间的夹角均为45°-60°。
4.根据权利要求2所述的适用于烟道式脱硝反应器的一体式氨注射混合器，其特征在于，所述连接板(7)的数量为4个，连接板(7)与中部结构(6)组成了一个十字式结构。
5.根据权利要求1所述的适用于烟道式脱硝反应器的一体式氨注射混合器，其特征在于，所述母管(1)上设有阀门。
6.根据权利要求1所述的适用于烟道式脱硝反应器的一体式氨注射混合器，其特征在于，所述支管(3)一端侧面上通孔(4)的数量为4-8个。
7.根据权利要求1所述的适用于烟道式脱硝反应器的一体式氨注射混合器，其特征在于，
支管(3)一端的各通孔(4)沿周向均匀分布；
各支管(3)为凹形结构。
8.根据权利要求1所述的适用于烟道式脱硝反应器的一体式氨注射混合器，其特征在于，所述支管(3)的数量为8-10个。
9.根据权利要求1所述的适用于烟道式脱硝反应器的一体式氨注射混合器，其特征在于，
所述氨空气混合气分配集箱(2)内腔的体积大于10倍支管(3)内腔的体积；
所述氨空气混合气分配集箱(2)内腔的体积大于10倍母管(1)内腔的体积。
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