CN107008147A - 一种用于scr脱硝系统的喷氨装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于SCR脱硝系统的喷氨装置，包括摆动控制机构、支撑梁、涡流混合器和喷氨管、氨气和空气混合气母管；氨气和空气混合气母管通过喷氨管伸入烟道内；支撑梁固定在烟道内；涡流混合器的正面可转动地设于支撑梁上，背流面位于喷氨管的管口正下方；涡流混合器的一端与摆动控制机构的一端相连，摆动控制机构的另一端伸出烟道外。本发明喷氨装置能有效调节出口烟道深度方向NOx浓度，使其浓度分布均匀，减少氨逃逸率，保证机组稳定运行。

Description

一种用于SCR脱硝系统的喷氨装置
技术领域
本发明具体涉及一种用于电厂SCR脱硝系统的喷氨装置。
背景技术
近年来，随着国民经济的快速发展，化石能源消费量逐年增加，氮氧化物排放量不断增长。据统计，我国氮氧化物排放总量巳经由2005年的1910万吨上升至2008年的2000万吨，排放量位列世界首位；2011年我国氮氧化物棑放总量继续上升至2404万吨，氮氧化物排放量已经远远超出环境承载能力。在我国电力行业是氮氧化物排放的最主要来源，近年来，随着我国电力行业的持续发展，火电厂氮氧化物排放量呈现不断增长的态势，按照目前的排放控制水平，到2020年火电厂的氮氧化物量将达1234万吨。由此可见，火电厂氮氧化物的排放对生态环境的影响将越来越严重，实现火电厂氮氧化物减排是氮氧化物排放总量控制的关键。
随着我国对环境保护政策要求的逐年提高，火电机组排放烟气中的NOx已纳入严格监管，进行高效的、可靠的、经济的烟气脱硝已刻不容缓。选择性催化还原法(SCR)的烟气脱硝技术因具有很高的脱硝率（可达90%以上）、技术可靠、结构简单且氨气逃逸率小等优点，已成为燃煤电站锅炉控制NOx排放的主要选择。SCR脱硝方法拥有众多优点，但实际运行过程中，SCR脱硝系统还存在诸多缺陷和技术问题，例如SCR脱硝系统实际运行中由于喷氨不均造成下游空预器堵塞、冷端低温腐蚀及电除尘极板粘灰等问题，严重影响机组的稳定运行和带负荷能力，甚至造成非计划停机等严重后果。
国电集团95%以上的燃煤机组喷氨系统采用的是涡流式静态混合喷射技术，该技术是利用涡流板产生驻涡，使氨气在驻涡区自由扩散后与烟气混合，保证氨气与烟气充分混合后，在催化剂的作用下将烟气中的NOx催化还原成N2和H2O。该技术结构简单可靠，喷氨管不容易堵塞，但对脱硝系统进行喷氨优化调整过程发现，大部分涡流板式脱硝系统出口沿烟道深度方向NOx浓度偏差较大，而涡流板喷氨系统只能对烟道的宽度方向进行喷氨量的调整，对烟道深度方向NOx浓度分布偏差大的问题无法调整，导致脱硝出口NOx分布均匀性较差，氨逃逸率较高，是导致喷氨优化后空预器堵塞问题不能彻底解决的重要原因。通过进一步分析脱硝系统出口烟道深度方向NOx偏差较大的问题得知，由于涡流式静态混合喷氨系统中的涡流混合器是固定式的，一旦安装就位就无法调整，且背流面处于涡流静压区，表面积灰严重，驻涡区域后移，严重影响氨气的自由扩散和混合效果，导致催化剂入口截面上氨气浓度分布的均匀性远偏离设计值，使氨逃逸量增加。
总结现有涡流喷氨装置存在的问题，如下：
1、由于涡流板的背面存在涡流区，此区域积灰严重，长时间运行后积灰严重板结成大块，机组运行期间无法清除。
2、由于涡流板的积灰问题，影响氨气的扩散和混合效果，导致脱硝出口NOx浓度沿烟道深度方向严重不均，大部分区域NOx浓度分布呈现靠锅炉侧NOx浓度高，靠除尘器侧NOx浓度低的特点。而导致烟道深度方向NOx浓度低的区域NH3逃逸量较大，导致空预器冷端堵塞严重，甚至严重影响机组带负荷能力，使机组安全存在重大隐患。
3、涡流板固定在烟道内支座上，布置角度固定，不能根据需要进行调整角度。
4、当稀释风采用一次风时，由于灰尘和氨混合结晶，容易堵塞喷氨阀堵，导致脱硝出口沿烟道宽度方向NOx分布不均，且运行过程无法处理。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种能够较小烟道深度方向NOx浓度偏差的喷氨装置。
为了达到上述目的，本发明提供了一种用于SCR脱硝系统的喷氨装置，包括摆动控制机构、支撑梁、涡流混合器和喷氨管、氨气和空气混合气母管；氨气和空气混合气母管通过喷氨管伸入烟道内；支撑梁固定在烟道内；涡流混合器的正面可转动地设于支撑梁上，背流面位于喷氨管的管口正下方；涡流混合器的一端与摆动控制机构的一端相连，摆动控制机构的另一端伸出烟道外。
涡流混合器的正面中心位置处设有支撑吊耳，边缘处设有摆动吊耳；支撑吊耳与立柱转动相连，并通过立柱与支撑梁相连；摆动控制机构包括连杆机构和手轮；摆动吊耳通过连杆机构与手轮相连；手轮设于烟道外侧。
连杆机构包括三段铰接的Z字形连杆和支柱；Z字形连杆的中间端与支柱转动相连；Z字形连杆一端与摆动吊耳铰链，另一端与手轮杆铰链，手轮杆一端伸出烟道与手轮固定相连。
涡流混合器的正面设有十字加强筋。
喷氨装置还包括吹扫装置；吹扫装置设于涡流混合器背流面的正上方，吹扫介质可采用辅汽联箱蒸汽或压缩空气。
吹扫装置包括平行设置的吹扫母管和多个平行设置的吹扫支管；各吹扫支管与吹扫母管相连，且下端均匀设置多个吹孔。
喷氨装置还包括主喷氨管道和旁路喷氨管；主喷氨管道和旁路喷氨管的两端分别与喷氨管、氨气和空气混合气母管相连通；主喷氨管道和旁路喷氨管上均设有截止阀；主喷氨管道上设有调节阀。
喷氨装置为多组，并列设于烟道同一深度处。
本发明相比现有技术具有以下优点：
1、本发明通过涡流混合器可摆动的设于烟道内，通过调节涡流混合器与烟道轴线的角度，改变喷入氨气在涡流混合器上面的扩散方向，控制氨气在烟道深度方向上浓度，最终达到SCR出口烟道深度方向上NOx浓度分布均匀性可调的目的。
2、利用吹扫装置对涡流混合器表面进行定期吹扫，可避免混合器背流面的积灰问题，防止涡流混合器表面因积灰而影响喷氨均匀性的问题。
3、在主喷氨管截止阀前后布置与其管平行的旁路喷氨管，并在旁路喷氨管上安装截止阀，当主喷氨管流量调节阀或主喷氨管道发生堵塞时，将主喷氨管上的截止阀关闭，利用旁路喷氨管进行喷氨，达到不退出脱硝系统的情况下，对堵塞管道进行维护检修的要求。
4、通过调整并列布置的喷氨管上的流量调节阀，调整氨气在烟道宽度方向上浓度分布的目的。
5、本发明喷氨装置能有效调节出口烟道深度方向NOx浓度，使其浓度分布均匀，减少氨逃逸率，保证机组稳定运行。
附图说明
图1为本发明喷氨装置的机构示意图；
图2为图1中Ⅰ处的局部放大图；
图3为图1中Ⅱ处的局部放大图；
图4为图1中涡流混合器的结构示意图；
图5为图4中涡流混合器的仰视图；
图6为本发明多组喷氨装置并列设置在烟道内的俯视图。
图中，1-涡流混合器，2-支撑梁，3-立柱，4-连杆机构，5-支撑吊耳，6-摆动吊耳，7-摆动控制机构，8-烟道，9-烟道内喷氨管，10-旁路喷氨管，11-主喷氨管道，12-主管道截止阀，13-旁路管截止阀，14-调节阀，15-流量孔板，16-吹扫装置，17-烟气导流板，18-催化剂层，19-SCR出口烟道，20-氨气和空气混合气母管，21-十字加强筋，22-手轮。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明喷氨装置用于电厂SCR脱硝系统，包括摆动控制机构、支撑梁2、涡流混合器1、烟道内喷氨管9、氨气和空气混合气母管20、吹扫装置16。氨气和空气混合气母管20通过烟道内喷氨管9伸入烟道8内；支撑梁2固定在烟道8内；涡流混合器1的正面可转动地设于支撑梁2上，背流面位于烟道内喷氨管9的管口正下方，两者之间间距约300-400mm；涡流混合器1的一端与摆动控制机构7的一端相连，摆动控制机构7的另一端伸出烟道外。
如图4、图5所示，涡流混合器1正面设有十字加强筋21，中心位置处设有两个支撑吊耳5，边缘处设有两个摆动吊耳6。
如图2所示，摆动控制机构包括连杆机构4、手轮杆和手轮22。连杆机构4包括三段铰接的Z字形连杆和支柱；Z字形连杆的中间端与支柱铰接；Z字形连杆一端位于两个摆动吊耳6之间，与摆动吊耳6铰链，另一端与手轮杆铰链，手轮杆一端伸出烟道与手轮22固定相连。立柱3一端固定在支撑梁上，另一端位于两个支撑吊耳5之间，与支撑吊耳5铰接。通过转动手轮，调节涡流混合器1与支撑梁2之间的角度α在0°-90°范围内摆动。当手轮顺时针转动时，Z字形连杆向里，夹角α增加；反正，夹角减小。通过控制涡流混合器1与支撑梁2之间的夹角可改变烟道内喷氨管9喷出的氨气在涡流混合器1背流面的扩散角度，达到控制氨气在烟道深度方向上浓度。
结合图3，烟道内喷氨管9、氨气和空气混合气母管20之间并联设有主喷氨管道11和旁路喷氨管10。主喷氨管道11上设有两个主管道截止阀12和调节阀14。旁路喷氨管10上设有旁路管截止阀13。正常运行时，主喷氨管道11上的两个主管道截止阀12处于全开状态，旁路喷氨管10上的旁路管截止阀13处于关闭状态，通过调整主喷氨管道11上的调节阀14调整喷氨量，当主喷氨管道11发生堵塞时，将两个主管道截止阀12关闭，将旁路管截止阀13打开，即可对堵塞管道进行检修，解决了烟道内喷氨管9或阀门堵塞需要退出脱硝系统进行检修的问题，既方便又安全。
如图1所示，吹扫装置16位于烟道内喷氨管9的管口上方。结合图6，吹扫装置16包括平行设置的吹扫母管和多个平行设置的吹扫支管；各吹扫支管与吹扫母管相连，且下端均匀设置多个吹孔。吹扫介质可以是蒸汽，也可以是压缩空气。
如图6所示，在烟道8的宽度方向（同一深度截面处）设有多组喷氨装置，各涡流混合器1均通过对应的立柱与对应的支撑梁2连接。每个涡流混合器1均设有对应的吹扫装置16、摆动控制机构7、烟道内吹氨管9和相连的主喷氨管道11、旁路喷氨管10。通过控制各主喷氨管道11上的调节阀14控制烟道内吹氨管9的氨气流量，调整氨气在烟道宽度方向上浓度分布。
使用时，氨气和稀释风经过氨气和空气混合气母管20、流量孔板15输送至并列布置的各主喷氨管道11，进入烟道8中的烟道内喷氨管9，氨气和稀释风从烟道内喷氨管的管口喷射到涡流混合器1的背流面，由于涡流作用使烟气在混合器1背流面形成驻涡，氨气在驻涡内自由扩散后与烟气充分混合，通过转动手轮22调节涡流混合器1的角度，控制烟道深度方向的氨气浓度。氨气和烟气混合后经过导流板17分流后进入催化剂层18，在催化剂的催化作用下，氨气与烟气中的NOx发生化学反应，生成N2和H2O，通过SCR出口烟道19。

Claims (8)

1.一种用于SCR脱硝系统的喷氨装置，其特征在于：所述喷氨装置包括摆动控制机构、支撑梁、涡流混合器和喷氨管、氨气和空气混合气母管；所述氨气和空气混合气母管通过喷氨管伸入烟道内；所述支撑梁固定在烟道内；所述涡流混合器的正面可转动地设于支撑梁上，背流面位于喷氨管的管口正下方；所述涡流混合器的一端与摆动控制机构的一端相连，摆动控制机构的另一端伸出烟道外。
2.根据权利要求1所述的喷氨装置，其特征在于：所述涡流混合器的正面中心位置处设有支撑吊耳，边缘处设有摆动吊耳；所述支撑吊耳与立柱转动相连，并通过立柱与支撑梁相连；所述摆动控制机构包括连杆机构和手轮；所述摆动吊耳通过连杆机构与手轮相连；所述手轮设于烟道外侧。
3.根据权利要求2所述的喷氨装置，其特征在于：所述连杆机构包括三段铰接的Z字形连杆和支柱；所述Z字形连杆的中间端与所述支柱转动相连；所述Z字形连杆两端分别与摆动吊耳、手轮转动相连。
4.根据权利要求3所述的喷氨装置，其特征在于：所述涡流混合器的正面设有十字加强筋。
5.根据权利要求2至4任一所述的喷氨装置，其特征在于：所述喷氨装置还包括吹扫装置；所述吹扫装置设于涡流混合器背流面的正上方。
6.根据权利要求5所述的喷氨装置，其特征在于：所述吹扫装置包括平行设置的吹扫母管和多个平行设置的吹扫支管；各吹扫支管与吹扫母管相连，且下端均匀设置多个吹孔。
7.根据权利要求6所述的喷氨装置，其特征在于：所述喷氨装置还包括主喷氨管道和旁路喷氨管；所述主喷氨管道和旁路喷氨管的两端分别与喷氨管、氨气和空气混合气母管相连通；所述主喷氨管道和旁路喷氨管上均设有截止阀；所述主喷氨管道上设有调节阀。
8.根据权利要求7所述的喷氨装置，其特征在于：所述喷氨装置为多组，并列设于烟道同一深度处。
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