CN106390708B - 一种焦炉烟气脱硝的花瓣形喷氨装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种焦炉烟气脱硝的花瓣形喷氨装置，由循环风机、烟气进气管、氨气进气管、旋流板、扰流件、混合器、管托、二级喷氨管、一级喷氨管和烟道组成。脱硝后的烟气经过循环风机与氨气一起进入混合器，通过旋流卷吸方式实现两者充分混合，然后依次通过两层一级喷氨管和二级喷氨管，形成小尺度高速射流，与主流焦炉烟气相互作用，在通过环形扰流件后进一步充分混合。该装置以脱硝后的焦炉烟气通过内置旋流式混合器稀释氨气，通过小尺度高速交叉射流与主流烟气充分混合，具有系统紧凑、高效节能、控氨精准的优点。

Description

一种焦炉烟气脱硝的花瓣形喷氨装置

技术领域

本发明属于大气污染物控制技术领域，具体涉及一种焦炉烟气脱硝的花瓣形喷氨装置。

技术背景

炼焦炉是一种使煤炭化以生产焦炭的炉子，通常由耐火砖和耐火砌块砌成。炼焦所需热量通常由煤气燃烧提供，因此，炼焦炉也包含燃烧室、烟道和烟囱，类似于电厂锅炉，但又不同于常规的锅炉，主要表现在三个方面：一、单台焦炉分两个烟道与烟囱相连，每个烟道的焦炉烟气流量较小；二、直接排放到大气环境的焦炉烟气温度较高，通常为280～300℃；三、焦炉烟道的横断面通常为拱形门结构，大部分埋于地面以下。由于焦炉独特的烟道结构和烟气特性，现有焦化厂通常采用圆形烟道作为连接烟道与余热锅炉或脱硝设备相连。

目前，常规的电厂锅炉SCR脱硝装置常具有以下几个特点。首先，SCR脱硝烟道根据锅炉烟道结构设计成方形，根据这个结构特点设计的喷氨格栅由几根喷氨管并列布置而成，这种喷氨管布置方式很难根据氮氧化物分布精准调节喷氨量，采用单管单阀门控制方式则会带来系统复杂问题。其次，常规的脱硝装置往往采用常温空气来稀释氨气，由于要求将氨气的体积浓度稀释到5％以下，因此需要大量的空气，这样混合后的氨气/空气混合物进入烟道后会吸收较多的烟气热量，使烟气温度降低，不利于后续脱硝反应的高效进行。另外，为了减小混合长度，需要在喷氨格栅下游再布置混合器，这种混合器通常结构复杂，会占据一部分烟道空间，引起烟气压降增大。

如果在圆形烟道中采用常规的喷氨格栅，势必会产生喷氨管长短不一的情况，从而引起喷氨不均和喷氨量难以控制。同时，由于炼焦工艺的特点，焦炉烟道至烟囱的空间十分紧凑，很难在烟道内外布置单独的混合器，因此，为了在日趋严厉的排放标准背景下高效脱除焦炉烟气氮氧化物，需要针对焦炉烟道的结构特点，开发适合焦炉烟气脱硝的喷氨装置。

发明内容

发明目的：本发明针对常规喷氨格栅不适合焦炉烟道布置、常规混氨工艺会引起烟气温度降低、系统阻力增大等问题，提供了一种焦炉烟气脱硝的花瓣形喷氨装置。

技术方案：为解决上述问题本发明提供了一种焦炉烟气脱硝的花瓣形喷氨装置，所述花瓣形喷氨装置设置于烟道内，所述的花瓣形喷氨装置包括混合器、旋流板、扰流件、一级喷氨管和二级喷氨管，其中，

所述混合器为一圆管，水平设置于烟道内，其顶端封闭，尾端放置旋流板，所述混合器的一端设置有焦炉烟气入口，另一端设置有氨气入口和脱硝后的焦炉烟气入口，所述氨气入口与垂直进入烟道的氨气进气管相连，所述脱硝后的焦炉烟气入口与垂直进入烟道的烟气进气管相连，所述烟气进气管通过循环风机与脱硝后的烟道相连，所述循环风机抽吸脱硝后的焦炉烟气用于稀释氨气，入口端连接脱硝后的焦炉烟气，出口端连接与混合器相连的烟气进气管；

所述旋流板为圆环状，外圆面与混合器内圆壁无缝连接，内圆面与氨气进气管外侧紧密相连，

所述扰流件由呈环形均匀设置于所述混合器尾端外侧的若干角钢形成，所述角钢的顶角正对迎流方向；

所述一级喷氨管为圆锥形，锥顶端与混合器联通，锥底端封闭，所述一级喷氨管呈环形均匀布置于所述混合器的前端，所述二级喷氨管设置于所述一级喷氨管的背流面上，所述二级喷氨管一端与一级喷氨管连通，另一端在顶部封闭。

优选地，所述混合器的中部由管托支撑，所述管托一侧托住所述混合器，另一侧与烟道下侧内壁面相连。

所述旋流板上环形均布叶片型环流孔，开孔数为n＝6～15个，进气孔与出气孔的偏移量为10～60mm。

所述一级喷氨管为圆锥形，锥顶端与混合器联通，锥底端封闭，圆锥角为λ＝0～10°。

所述一级喷氨管分两层，交错布置在混合器的前端，错位角为β＝5～30°，每层由s＝3～20个一级喷氨管组成，每个喷氨管之间的夹角为α＝360°/s。

所述二级喷氨管有3～8个，均匀布置于所述一级喷氨管的背流面上，相邻二级喷氨管之间的间距为50～200mm。

所述二级喷氨管在管子侧面环形均匀布置3～5个喷氨孔，从一级喷氨管的锥顶端到锥底端，喷氨孔的孔径逐渐增大，保证每个喷氨孔的喷氨质量流量相等。

所述扰流件由m＝5～15个角钢构成，相邻角钢的夹角为θ＝360°/m，角钢顶端与烟道内侧壁的距离为h＝5～50mm。

所述氨气进气管从烟道外进入放置在烟道内的混合器，所述氨气进气管顶端封闭，侧面环形均匀开设x＝2～10个小孔，每个小孔的孔径为d＝2～10mm。

运行时，制备好的氨气从外部进入氨气进气管，通过小孔快速进入混合器。在循环风机的抽吸力作用下，脱硝后的焦炉烟气通过烟气进气管进入混合器，并流过旋流板的旋流孔，产生强烈的烟气旋流场，卷吸氨气进行充分混合。混合后，氨气的体积浓度保持在1～5％，然后氨气/烟气混合物依次进入两层一级喷氨管。在每个喷氨管，氨气/烟气混合物依次进入每一个二级喷氨管，然后再通过喷氨孔与焦炉烟气混合。混合后的焦炉烟气流过扰流件，在扰流件背面的下游形成一连串湍流旋涡，氨气和烟气进一步得到充分混合。

有益效果：与常规的喷氨装置相比，本发明具有如下的特色及优点：

(1)常规的喷氨装置通常为格栅形式，即由一排排并联的喷氨管组成，这种结构复杂，调节困难，而本发明根据焦炉烟道的特点，将喷氨管布置成环形结构，这样只要调整一根母管的喷氨量即可均匀分配每一根喷氨管的喷氨量，有助于根据烟气中的氮氧化物含量灵活控制总的喷氨量；

(2)常规的喷氨装置一般采用常温空气来稀释氨气，由于需要将氨气的体积浓度稀释到5％以下，因此需要大量的空气，这样混合后的氨气/空气混合物进入烟道后需要吸收一部分烟气热量，使烟气温度降低，而本发明采用热烟气来稀释氨气，有效降低了烟气的显热损失；

(3)常规的喷氨装置一般将氨气混合器放置在烟道外部，如果是热空气，需要在混合器外面包裹保温材料，以减小散热损失，而本发明采用中心母管制成氨气混合器放置在烟道中，这样的结构有助于简化了喷氨装置的结构，节约了外部安装空间；

(4)常规的喷氨装置通常只具有喷氨功能，如果喷氨混合效果不好，需要在下游安装单独的静态混合器，以便进一步混合氨气和烟气，而本发明设置成环形结构的扰流器具有静态混合器的功能，并将扰流器和喷氨管耦合在喷氨母管上，这种组合方式能快速高效混合氨气和烟气，而且结构简单，安装方便。

附图说明

图1是本发明实施例的一种焦炉烟气脱硝的花瓣形喷氨装置示意图，其中有；循环风机1、烟气进气管2、氨气进气管3、旋流板4、角钢5、混合器6、管托7、二级喷氨管8、一级喷氨管9和烟道10。

图2是本发明实施例的一种焦炉烟气脱硝的花瓣形喷氨装置A-A向示意图，其中有；混合器6、二级喷氨管8、一级喷氨管9和烟道10。

图3是本发明实施例的一种焦炉烟气脱硝的花瓣形喷氨装置B-B向示意图，其中有；氨气进气管3、角钢5、混合器6和烟道10。

具体实施方式

本发明提供了一种焦炉烟气脱硝的花瓣形喷氨装置，该花瓣形喷氨装置设置于烟道内，花瓣形喷氨装置包括混合器、旋流板、扰流件、一级喷氨管和二级喷氨管，如图1～3所示，混合器为一圆管，水平设置于烟道内，其顶端封闭，尾端放置旋流板，混合器的一端设置有焦炉烟气入口，另一端设置有氨气入口和脱硝后的焦炉烟气入口，氨气入口与垂直进入烟道的氨气进气管相连，脱硝后的焦炉烟气入口与垂直进入烟道的烟气进气管相连，烟气进气管通过循环风机与脱硝后的烟道相连，循环风机抽吸脱硝后的焦炉烟气用于稀释氨气，入口端连接脱硝后的焦炉烟气，出口端连接与混合器相连的烟气进气管。混合器的中部由管托支撑，管托一侧托住混合器，另一侧与烟道下侧内壁面相连。

旋流板为圆环状，外圆面与混合器内圆壁无缝连接，内圆面与氨气进气管外侧紧密相连，旋流板上环形均布叶片型环流孔，开孔数为n＝6～15个，进气孔与出气孔的偏移量为10～60mm。

扰流件由呈环形均匀设置于混合器尾端外侧的若干角钢形成，角钢的顶角正对迎流方向。

一级喷氨管为圆锥形，锥顶端与混合器联通，锥底端封闭，圆锥角为λ＝0～10°。一级喷氨管分两层，交错布置在混合器的前端，错位角为B＝5～30°，每层由s＝3～20个一级喷氨管组成，每个喷氨管之间的夹角为a＝360°/s。

二级喷氨管有3～8个，均匀布置于一级喷氨管的背流面上，相邻二级喷氨管之间的间距为50～200mm。二级喷氨管一端与一级喷氨管连通，另一端在顶部封闭。二级喷氨管在管子侧面环形均匀布置3～5个喷氨孔，从一级喷氨管的锥顶端到锥底端，喷氨孔的孔径逐渐增大，保证每个喷氨孔的喷氨质量流量相等。

扰流件由m＝5～15个角钢构成，相邻角钢的夹角为θ＝360°/m，角钢顶端与烟道内侧壁的距离为h＝5～50mm。

氨气进气管从烟道外进入放置在烟道内的混合器，氨气进气管顶端封闭，侧面环形均匀开设x＝2～10个小孔，每个小孔的孔径为d＝2～10mm。

运行时，制备好的氨气从外部进入氨气进气管，通过小孔快速进入混合器。在循环风机的抽吸力作用下，脱硝后的焦炉烟气通过烟气进气管进入混合器，并流过旋流板的旋流孔，产生强烈的烟气旋流场，卷吸氨气进行充分混合。混合后，氨气的体积浓度保持在1～5％，然后氨气/烟气混合物依次进入两层一级喷氨管。在每个喷氨管，氨气/烟气混合物依次进入每一个二级喷氨管，然后通过喷氨孔与焦炉烟气混合。混合后的焦炉烟气流过扰流件，在扰流件背面的下游形成一连串旋涡，氨气和烟气进一步得到充分混合。

下面通过实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

本实施例针对2×65孔焦炉，单台焦炉产烟气量为130000Nm³/h，烟气温度300℃，引出的连接烟道直径为2.2m。在连接烟道设置喷氨装置，包括烟气进气管、氨气进气管、旋流板、扰流件、混合器、管托、二级喷氨管和一级喷氨管烟道，在烟道外设置循环风机。

循环风机入口端与脱硝后的烟道相连，出口端连接烟气进气管。烟气进气管垂直进入烟道，在中心沿逆流方向90°转弯，并与混合器入口处相连。氨气进气管垂直进入烟道，并进入混合器，在中心沿逆流方向90°转弯，顶端封闭，顶部侧面环形均匀开设6个小孔，孔径为5mm。混合器为一圆管，顶端封闭，尾端放置旋流板。旋流板为圆环状，外圆面与混合器内圆壁无缝连接，内圆面与氨气进气管外侧紧密相连。旋流板上环形均布叶片型环流孔，开孔数为12个，进气孔与出气孔的偏移量为30mm。在混合器前端环形均匀布置两层一级喷氨管，两层错位角为20°，每层由12个一级喷氨管组成，每个喷氨管之间的夹角为30°。一级喷氨管为圆锥形，锥顶端与混合器联通，锥底端封闭，圆锥角为5°。在一级喷氨管的背流面上均匀布置6个二级喷氨管，间距为160mm。二级喷氨管一端与一级喷氨管联通，另一端顶部封闭，在管子侧面环形均匀布置3个喷氨孔，从一级喷氨管锥顶端到锥底端，喷氨孔的孔径逐渐增大，确保每个喷氨孔的喷氨质量流量相等。在混合器的尾端外侧环形均匀布置12个角钢，形成扰流件，相邻角钢夹角为30°，顶端与烟道内侧壁的距离为30mm，角钢的顶角正对迎流方向。混合器中部支撑在管托上，管托另一侧与烟道下侧内壁面相连。

具体运行时，按如下步骤进行。制备好的氨气从外部进入氨气进气管，通过小孔高速进入混合器。在循环风机的抽吸力作用下，脱硝后的焦炉烟气通过烟气进气管进入混合器，并流过旋流板的旋流孔，产生强烈的烟气旋流场，卷吸氨气进行充分混合。混合后的氨气体积浓度保持在5％，然后氨气/烟气混合物依次进入两层一级喷氨管。在每个喷氨管，氨气/烟气混合物依次进入每一个二级喷氨管，然后通过喷氨孔与焦炉烟气混合。混合后的焦炉烟气流过扰流件，在扰流件背面的下游形成一连串旋涡，氨气和烟气进一步得到充分混合。

本发明通过将喷氨管布置成环形结构，这样只要调整一根母管的喷氨量即可均匀分配每一根喷氨管的喷氨量，有助于根据烟气中的氮氧化物含量灵活控制总的喷氨量；另外，本发明采用热烟气来稀释氨气，避免了烟气的显热损失，同时，通过采用中心母管制成氨气混合器放置在烟道中，这样的结构有助于简化了喷氨装置的结构，节约了外部安装空间。本发明设置成环形结构的扰流器具有静态混合器的功能，并将扰流器和喷氨管耦合在喷氨母管上，这种组合方式能快速高效混合氨气和烟气，而且结构简单，安装方便。

Claims (5)

1.一种焦炉烟气脱硝的花瓣形喷氨装置，所述花瓣形喷氨装置设置于烟道内，其特征在于，所述的花瓣形喷氨装置包括混合器、旋流板、扰流件、一级喷氨管和二级喷氨管，其中，

所述混合器为一圆管，水平设置于烟道内，其顶端封闭，尾端放置旋流板，所述混合器的一端设置有焦炉烟气入口，另一端设置有氨气入口和脱硝后的焦炉烟气入口，所述氨气入口与垂直进入烟道的氨气进气管相连，所述脱硝后的焦炉烟气入口与垂直进入烟道的烟气进气管相连，所述烟气进气管通过循环风机与脱硝后的烟道相连；

所述旋流板为圆环状，外圆面与混合器内圆壁无缝连接，内圆面与氨气进气管外侧紧密相连，

所述扰流件由呈环形均匀设置于所述混合器尾端外侧的若干角钢形成，所述角钢的顶角正对迎流方向；

所述一级喷氨管为圆锥形，锥顶端与混合器联通，锥底端封闭，所述一级喷氨管呈环形均匀布置于所述混合器的前端，所述二级喷氨管设置于所述一级喷氨管的背流面上，所述二级喷氨管一端与一级喷氨管连通，另一端在顶部封闭；所述混合器的中部由管托支撑，所述管托一侧托住所述混合器，另一侧与烟道下侧内壁面相连。

2.根据权利要求1所述的焦炉烟气脱硝花瓣形喷氨装置，其特征在于，所述旋流板上环形均布叶片型环流孔，开孔数为n=6~15个，进气孔与出气孔的偏移量为10~60mm。

3.根据权利要求1所述的焦炉烟气脱硝花瓣形喷氨装置，其特征在于，所述一级喷氨管分两层，交错布置在混合器的前端，错位角为β=5~30°，每层由s=3~20个喷氨管组成，每个喷氨管之间的夹角为α=360°/s。

4.根据权利要求1所述的焦炉烟气脱硝花瓣形喷氨装置，其特征在于，所述扰流件由m=5~15个角钢构成，相邻角钢的夹角为θ=360°/m，角钢顶端与烟道内侧壁的距离为h=5~50mm。

5.根据权利要求1所述的焦炉烟气脱硝花瓣形喷氨装置，其特征在于，所述氨气进气管从烟道外进入放置在烟道内的混合器，所述氨气进气管顶端封闭，侧面环形均匀开设x=2~10个小孔，每个小孔的孔径为d=2~10mm。