CN106268294A - 一种用于scr脱硝系统的纵向涡型喷氨混合装置 - Google Patents
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Abstract
本发明一种用于SCR脱硝系统的纵向涡型喷氨混合装置,包括由翼片和基体平板组成的静态混合单元,以及带有氨喷射孔的氨喷射管;氨喷射管垂直烟气流向且贯穿SCR脱硝系统中的烟道设置;每个氨喷射孔对应设置有一个静态混合单元;氨喷射孔喷射方向与烟气流向重合或夹角为0°~90°;基体平板垂直固定在氨喷射管上,翼片固定在基体平板上;翼片与基体平板夹角30°~90°,翼片与烟气流向的冲角大于0°且为0°~60°;每个翼片均对应设置在氨喷射孔在烟气流向的下游方向。本发明中氨气通过氨喷射孔进入烟道,当氨气和烟气流经翼片时,形成二次卷吸混合的纵向涡,混合效果好,氨氮混合均匀,缩短均匀混合所需距离,提高空间利用效率。
Description
技术领域
本发明涉及大型电站锅炉烟气净化领域,具体为一种用于SCR脱硝系统的纵向涡型喷氨混合装置。
背景技术
随着人类对环境问题的重视,减少大型电站锅炉燃煤发电过程中的污染物排放已成为中国大气污染治理的重要控制目标。煤燃烧过程中所释放出的氮氧化物(NOx),更是造成我国生态环境破坏的主要污染源之一。选择性催化还原技术(SCR)具有脱硝效率高、工艺较为成熟、无二次污染等优点,因而成为当前世界上应用最多、最有成效的一种烟气脱硝技术。其主要原理为采用液氨或氨水作为还原剂并通过喷氨格栅将其喷入烟道,然后基于金属催化剂的作用,喷入的氨将烟气中的NOx还原为N2和H2O。烟气脱硝系统中,还原剂氨的扩散及其与烟气中氮氧化物的混合均匀程度是影响脱硝效率的关键因素之一,其中氨喷射装置的设计更是关系到扩散混合效果的一项核心技术。目前采用的SCR系统因布置紧凑、电厂改造成本较高等原因而无法提供足够的喷射混合空间,导致氨氮混合均匀性出现较大偏差,造成整个脱硝系统效率降低以及氨逃逸量增大,同时还影响硫酸氢铵的生成并造成催化剂和下游设备的堵塞。因此,合理高效且低成本地设计喷氨混合装置成为SCR烟气脱硝系统工艺设计中亟待解决的一项重要问题。
授权公告号为CN102626585B的专利文件中公开了“一种用于SCR烟气脱硝装置的V型喷氨混合系统”,其包括静态混合器、端部带有喷嘴的喷氨支管以及与喷氨支管相连通的喷氨母管。所述的混合单元由两个V形排布的叶片构成,两叶片排布形成的V形最底边朝向烟气流入方向。所述的喷氨支管喷嘴与混合单元叶片相对,且设置在混合单元叶片下方,喷嘴朝向与烟气流向一致。该混合器采用V型元件形成回流卷吸,从而实现氨氮混合,但该喷氨混合系统依然需要较长混合距离,且混合卷吸的同时烟气产生横向速度将减弱混合效果。
授权公告号为CN102389727B的专利文件公开了“一种SCR脱硝四角切圆式氨气-烟气均混装置”,其包括喷氨格栅和一组以上静态混合器。该装置通过喷口之上导流板的旋转对称布置,使得各单元区域内气体形成四角切圆流动状态,进而实现氨气和烟气的扰流混合。该发明装置简单可行,实现氨气浓度相对偏差的有效控制,但装置布置方式及调整优化方法较为复杂,难以实现理想的四角切圆扰流,从而削弱了氨氮均混效果。
专利号为US8017084B1的专利文件公开了“一种选择性催化还原系统的喷氨格栅”,其包括含有至少一个喷孔的喷氨管和一个波纹湍流混合板。该装置将波纹板紧邻布置于喷氨管下游,喷射方向与烟气流向具有一定角度。当烟气流经波纹板时,波纹板尾端因流体流动分离而形成漩涡,从而与喷射出的氨气进行混合。该发明系统稳定性较好、调整操作方便,但波纹板安装精度较高,同时波纹板紧邻喷氨管的间隙处容易沉积烟尘而堵塞喷孔。
授权公告号为CN201586480U的专利文件中公开了“一种燃煤烟气SCR脱硝技术装备的喷氨混合装置”,其包括烟道、还原剂氨喷射管、纵向涡发生器和双向喷嘴。该装置通过纵向涡发生器来强化扰流,从而实现氨氮混合。但该实用新型仅简单应用纵向涡强化扰流原理,同时纵向涡发生器仅布置在壁面上,不利于提高整体脱硝效率,因而局限性较大。
发明内容
针对现有技术中存在的问题,本发明提供一种用于SCR脱硝系统的纵向涡型喷氨混合装置,解决现有技术中因卷吸横向速度所造成氨氮混合不均问题。
本发明是通过以下技术方案来实现:
一种用于SCR脱硝系统的纵向涡型喷氨混合装置,包括由翼片和基体平板组成的静态混合单元,以及带有氨喷射孔的氨喷射管;
所述的氨喷射管垂直烟气流向且贯穿SCR脱硝系统中的烟道设置;每个氨喷射孔对应设置有一个静态混合单元;氨喷射孔喷射方向与烟气流向重合或夹角为0°~90°;
所述的基体平板垂直固定在氨喷射管上,翼片固定在基体平板上;翼片与基体平板夹角30°~90°,翼片与烟气流向的冲角大于0°且为0°~60°;每个翼片均对应设置在氨喷射孔在烟气流向的下游方向。
优选的,设置有至少两根氨喷射管时,在相邻的氨喷射管之间设置有于烟道固定的分隔板;所述分隔板与基体平板垂直设置,且将烟道分割为横截面积相同的控制区域。
进一步,静态混合单元采用局部裁剪后拼接的方式与分隔板相互配合。
优选的,所述的翼片由基体平板裁剪并弯折形成。
优选的,所述的翼片焊接或粘接固定在基体平板上。
优选的,所述的翼片的形状为矩形、三角形、梯形、椭圆形或其他多边形。
优选的,所述的氨喷射管上设置单列或双列的氨喷射孔;当设置单列的氨喷射孔时,单列的氨喷射孔的喷射方向与烟气流向重合度为0°;当设置双列的氨喷射孔时,双列的氨喷射孔的喷射方向与烟气流向相交成锐角,其喷射方向与烟气流向重合度为0°~90°。
优选的,所述的静态混合单元采用嵌套或局部裁剪后搭接方式布置于氨喷射管上。
优选的,氨喷射管均单独配置有流量调节装置;流量调节装置包括流量计及可调节流量的阀门。
优选的,所述的翼片与基体平板夹角60°~90°,翼片与烟气流向的冲角为30°~60°。
与现有技术相比,本发明具有以下有益的技术效果:
本发明中静态混合单元的翼片均与一个氨喷射孔相对,且氨喷射孔位于对应翼片的下方。氨气通过氨喷射孔进入烟道,当氨气和烟气流经翼片时,由于按一定冲角布置的翼片前后压差不平衡导致流体边界层产生流动分离与再附着,进而产生旋涡,同时主流烟气影响旋涡的运动,最终形成运动方向与主流方向相同的螺旋形旋涡,即为二次卷吸混合的纵向涡。氨喷射孔喷出氨气与烟气中氮氧化物在纵向涡形成过程中经过二次混合扰动,增强了混合效果,为提高氨氮混合均匀性,从而缩短均匀混合所需距离,提高空间利用效率;其结构简单,运行稳定,安装布置及优化调整操作方便。
进一步的,通过设置的分隔板配合基体平板将烟道分为横截面积均匀的若干控制区域,一方面避免涡流卷吸时横向速度相互影响且提高混合效果,另一方面提高静态混合单元的安装稳定性。
附图说明
图1为本发明所述混合装置一种实施方式的结构示意图。
图2为图1所示结构布置于实际烟道的俯视图。
图3为图2中A-A方向的剖面图。
图4为本发明实例中所述矩形翼片且喷孔单列时的局部结构示意图。
图5为本发明实例中所述矩形翼片且喷孔双列时的局部结构示意图。
图6为本发明实例中所述三角形翼片且喷孔单列时的局部结构示意图。
图7为本发明实例中所述三角形翼片且喷孔双列时的局部结构示意图。
图中:翼片1,基体平板2,静态混合单元3,氨喷射孔4,氨喷射管5,分隔板6。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明,所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明一种用于SCR脱硝系统的纵向涡型喷氨混合装置,如图1所示,包括静态混合单元3、氨喷射管5和分隔板6。所述的静态混合单元3由基体平板2和翼片1组成;基体平板2平面与烟气流向平行;同一静态混合单元3中的翼片1与基体平板2之间夹角为30°~90°,翼片1与烟气流向构成的夹角定义为冲角,冲角要求大于0°且为0°~60°;所述的氨喷射管5上排列有一系列氨喷射孔4,如图4和图6所示,氨喷射孔4由若干喷射方向与烟气流向重合的若干单列孔组成,或如图5和图7所示,由若干喷射方向与烟气流向相交成锐角的双列孔组成,即氨喷射孔喷射方向与烟气流向重合度为0°~90°;每个翼片1下方均有一个与其相对应的氨喷射孔4,所述下方指的是烟气流向的上游方向。
其中,翼片1与基体平板2呈30°~90°,同时定义翼片在基体平板上的结合线段与烟气流向的夹角为冲角,优选冲角要求大于0°且为0°~60°。翼片1可选为矩形、三角形、梯形、椭圆形或多边形,为保证脱硝效率及加工方便,优选翼片形状为矩形、三角形或梯形,如图6和图7所示,翼片1采用三角形;翼片1通过将基体平板2裁剪并弯折或粘接得到,实际操作中,翼片尺寸根据喷氨量、烟气流速和烟道尺寸等合理确定。
静态混合单元3可直接嵌套于氨喷射管上,或采用局部裁剪后搭接的方式布置于氨喷射管5上,同时静态混合单元3与分隔板6之间也能采用局部裁剪后拼接方式进行布置。
基体平板2与分隔板6的平面均与烟气流向平行,同时基体平板2与分隔板6之间始终保持相互垂直。
氨喷射管5均单独配置有流量调节装置,通常包括流量计及可调节流量的阀门,以便于根据不同区域还原剂氨的需求量进行调节优化。
纵向涡型喷氨混合装置运行时,还原剂氨从氨喷射孔4中喷出,氨气与烟气形成的混合气体流经翼片1,形成具有二次扰动特征的螺旋型旋涡,强化涡流卷吸混合,同时基体平板2和分隔板6的阻挡,避免卷吸时产生的横向速度相互影响,所形成的纵向涡具有二次卷吸与强化混合的作用,有利于提高氨氮混合效果,促使氨气和烟气的均匀混合。
具体的,本发明一种实施例如图1所示,用于某电厂SCR脱硝系统的纵向涡型喷氨混合装置,包括由翼片1和基体平板2组成的静态混合单元3、带有氨喷射孔4的氨喷射管5以及分隔板6。如图2所示,烟道被均匀分隔为8个控制区域,每个区域均布置有两个氨喷射孔4和两个静态混合单元3;如图3所示,设置两根布置有单列氨喷射孔4的氨喷射管5,每根氨喷射管5入口处设置有单独的流量调节装置;根据控制区域数量设置有16个静态混合单元3,翼片1采用矩形结构,同时翼片1与基体平板相互垂直,且翼片1与烟气流向形成的冲角为20°,每个翼片1下方均对应有一个氨喷射孔4;静态混合单元3可采取嵌套或插入的方式固定于氨喷射管5上,基体平板2和分隔板6的平面都与烟气流向相平行,分隔板6与基体平板2之间始终相互垂直。
使用时,采用上述纵向涡型喷氨混合装置,烟气按图1所示方向流入烟道,同时氨气自氨喷射孔4中喷出。烟气与氨气聚积在翼片1下方,由于翼片1的阻滞作用,混合气体将在翼片1的三条边沿处发生流动分离,形成旋涡;同时,由于主流方向烟气和基体平板2的影响,所形成的旋涡因流体流速不均而在氨喷射管5轴线方向进一步形成二次混合扰动,即形成纵向涡卷吸混合。由于基体平板2和分隔板6的区域分隔,形成的纵向涡不会产生横向速度影响,增强了氨氮氧混合效果。
Claims (10)
1.一种用于SCR脱硝系统的纵向涡型喷氨混合装置,其特征在于,包括由翼片(1)和基体平板(2)组成的静态混合单元(3),以及带有氨喷射孔(4)的氨喷射管(5);
所述的氨喷射管(5)垂直烟气流向且贯穿SCR脱硝系统中的烟道设置;每个氨喷射孔(4)对应设置有一个静态混合单元(3);氨喷射孔(4)喷射方向与烟气流向重合或夹角为0°~90°;
所述的基体平板(2)垂直固定在氨喷射管(5)上,翼片(1)固定在基体平板(2)上;翼片(1)与基体平板(2)夹角30°~90°,翼片(1)与烟气流向的冲角大于0°且为0°~60°;每个翼片(1)均对应设置在氨喷射孔(4)在烟气流向的下游方向。
2.如权利要求1所述的一种用于SCR脱硝系统的纵向涡型喷氨混合装置,其特征在于,设置有至少两根氨喷射管(5)时,在相邻的氨喷射管(5)之间设置有于烟道固定的分隔板(6);所述分隔板(6)与基体平板(2)垂直设置,且将烟道分割为横截面积相同的控制区域。
3.如权利要求2所述的一种用于SCR脱硝系统的纵向涡型喷氨混合装置,其特征在于,静态混合单元(3)采用局部裁剪后拼接的方式与分隔板相互配合。
4.如权利要求1所述的一种用于SCR脱硝系统的纵向涡型喷氨混合装置,其特征在于,所述的翼片(1)由基体平板(2)裁剪并弯折形成。
5.如权利要求1所述的一种用于SCR脱硝系统的纵向涡型喷氨混合装置,其特征在于,所述的翼片(1)焊接或粘接固定在基体平板(2)上。
6.如权利要求1所述的一种用于SCR脱硝系统的纵向涡型喷氨混合装置,其特征在于,所述的翼片(1)的形状为矩形、三角形、梯形、椭圆形或其他多边形。
7.如权利要求1所述的一种用于SCR脱硝系统的纵向涡型喷氨混合装置,其特征在于,所述的氨喷射管(5)上设置单列或双列的氨喷射孔(4);当设置单列的氨喷射孔(4)时,单列的氨喷射孔(4)的喷射方向与烟气流向重合度为0°;当设置双列的氨喷射孔(4)时,双列的氨喷射孔(4)的喷射方向与烟气流向相交成锐角,其喷射方向与烟气流向重合度为0°~90°。
8.如权利要求1所述的一种用于SCR脱硝系统的纵向涡型喷氨混合装置,其特征在于,所述的静态混合单元(3)采用嵌套或局部裁剪后搭接方式布置于氨喷射管(5)上。
9.如权利要求1所述的一种用于SCR脱硝系统的纵向涡型喷氨混合装置,其特征在于,氨喷射管(5)均单独配置有流量调节装置;流量调节装置包括流量计及可调节流量的阀门。
10.如权利要求1所述的一种用于SCR脱硝系统的纵向涡型喷氨混合装置,其特征在于,所述的翼片(1)与基体平板(2)夹角60°~90°,翼片(1)与烟气流向的冲角为30°~60°。
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