CN107405567B - 复式喷射格栅布置 - Google Patents

Abstract

熔炉/锅炉(10)并入有复式喷射格栅布置(27)，以喷射化学制品来控制NOx和SO₃排放。多个雾化喷嘴(40)将化学制品混合物喷射到所述熔炉的烟道气中。

Description

复式喷射格栅布置

技术领域

本发明涉及一种用于喷射化学制品的复式喷射格栅布置(dual injection gridarrangement)，且更具体地说，涉及一种用于同时控制燃煤、燃油或燃气熔炉/锅炉的NOx和SO₃排放以减少熔炉/锅炉(furnace/boiler)烟道气(flue gas)中的污染物的复式喷射格栅布置。

背景技术

用于发电的锅炉通常具有燃烧系统，所述燃烧系统具有使用烟煤、褐煤、生物质等固体燃料点火的熔炉；这些燃烧系统通常具有研磨机和管道，用于将粉状燃料供应到一个或多个燃烧炉。通常，在矿物燃料的燃烧过程期间会产生污染物，例如氮氧化物(NOx)和硫氧化物(SO₂和SO₃)。如果被允许进入大气，那么这些污染物会不利地影响环境并对人类和动物造成健康隐患。US 8,017,084公开一种用于选择性催化还原(SCR)系统的喷氨格栅，所述喷氨格栅向热回收蒸汽产生系统、快装锅炉、简单循环催化剂系统、电站锅炉和火焰加热器的NOx还原系统中的SCR催化剂提供氨的均匀分布，以获得优良操作效率。所述喷氨格栅包括用于将氨喷射到烟道气流中的喷射管喷嘴。所述喷氨格栅还包括波纹状湍流增强器，所述波纹状湍流增强器与喷射管相关联以产生湍流尾流以促进湍流混合。

目前先进技术的格栅布置具有用于减少NOx并控制SO₃排放的两个独立的喷射格栅。具有单独格栅的这些格栅布置意味着化学制品的大量消耗，因为此类化学制品单独地分布在熔炉/锅炉中，并因此意味着与所述化学制品相关联的高成本。另外，此类独立格栅布置需要更多空间以及针对每个格栅的单独辅助设备，这导致更复杂的工作布置以及具有多个控制系统的多添加剂系统的高资金成本。对每个格栅布置单独地控制以供应用于减少NOx并控制SO₃排放的化学制品，从而导致具有多个控制的更复杂布置。

因此，需要提供操作简单、安装简易、资金成本更便宜并且在熔炉/锅炉中的各个位置更有效地减少NOx并控制SO₃排放的格栅布置。

发明内容

本发明描述一种复式喷射格栅布置和一种用于喷射化学制品以减少熔炉的烟道气中由于燃料燃烧而产生的污染物的方法。这将在以下简化概述中进行呈现以提供对包括所有优点的本发明的一个或多个方面的基本理解。此发明内容的唯一目的是以简化形式呈现本发明的一些概念、其方面和优点，作为将在下文呈现的更详细描述的序言。

本发明的目的是提出一种用于同时控制燃煤、燃油或燃气熔炉/锅炉中的NOx和SO₃排放以减少熔炉/锅炉烟道气中的污染物的复式喷射格栅布置，所述复式喷射格栅布置可在现存的和新的单元设备中用于大大减少这些污染物的排放。

本发明提供从具有多个喷射点的复式喷射格栅布置共喷射化学制品的技术解决方案，所述化学制品例如是氨、或尿素与碳酸钠(sodium carbonate)、碳酸氢钠(sodiumbicarbonate)或氢氧化钙(calcium hydroxide)等水性碱(aqueous alkali)或碱性吸附剂(alkaline sorbent)的混合物。

通过采用此构件，有可能在同一时间和位置从一个格栅喷射化学制品以同时控制NOx和SO₃排放。从以下详细描述和权利要求书将了解本发明的各种其它目的和特征。

根据本说明书中公开的一个方面，提供一种复式喷射格栅布置，所述复式喷射格栅布置包括至少一个喷射管，所述喷射管具有用于将化学制品喷射到烟道气流中的至少一个喷嘴。此外，喷射管大体上横向于或轴向于烟道气流延伸，其中喷射管的喷嘴是以正方形或锥形喷雾模式(图案)将化学制品喷射到烟道气中的雾化喷嘴。喷射管具有内壳，所述内壳由外壳环绕。

另一方面，从复式喷射格栅布置喷射的可以是液/气相、或液/液相或气/气相的混合物。此外，所喷射的化学制品包括氨、或尿素与碳酸钠、碳酸氢钠或氢氧化钙等水性碱或碱性吸附剂的混合物。本发明的复式喷射格栅布置提供以下优点；可以从用于控制烟道气流中的NOx和SO₃排放的一个格栅一起/共同喷射气相和液相的各种组合。

另一方面，喷嘴可以连接在喷射管的内壳上，以将液态碱、或碱性吸附剂、或具有或不具有氨水的碱或碱性吸附剂的混合物喷射到烟道气流中。另外，在外壳上，可以用交错布置连接具有至少一个喷嘴盖的呈延伸臂形式的多个喷嘴，从而将用空气稀释的氨气喷射到烟道气流中以减少NOx排放。本发明的复式喷射格栅布置提供以下优点：在同一时间和同一位置将用于控制NOx和SO₃排放的化学制品从连接到单个格栅的雾化喷嘴一起喷射到烟道气流中。

另一方面，可以在外壳上以交错布置形成多个孔以提供冷却空气到烟道气流中。同时，在同一时间和同一位置，可以穿过内壳将呈氨、或尿素与碳酸钠、碳酸氢钠或氢氧化钙等水性碱或碱性吸附剂的混合物形式的液体喷射从连接到单个格栅的雾化喷嘴供应到烟道气流中，以控制NOx和SO₃排放。本发明的复式喷射格栅布置提供以下优点：在同一时间和同一位置直接将液体从单个格栅喷射到烟道气流中。

另一方面，提供用于NOx的控制器和用于SO₃的控制器以控制化学制品流过复式喷射格栅布置。位于单独滑道上的控制器在同一时间和位置提供化学制品，以通过复式喷射格栅布置控制烟道气中的SO₃排放和NOx排放。化学制品的喷射覆盖管道的整个横截面积，由此在复式喷射格栅布置位置的上游或下游无需额外的烟道气混合装置。优点是控制器确保在适当的时间和位置提供适当数量的化学制品以控制NOx和SO₃排放。在双介质格栅中提供多个雾化喷嘴以覆盖管道的整个横截面积。这提供基于所需化学制品的量的均匀分布以在同一位置控制NOx和SO₃排放。

本发明还涉及一种减少来自熔炉的烟道气中的污染物的方法，包括：复式喷射格栅布置，其具有至少一个喷射管，所述喷射管具有至少一个喷嘴；提供用于减少烟道气中的污染物的化学制品；将所述化学制品供应到复式喷射格栅布置；通过所述至少一个喷嘴以正方形或锥形喷雾模式/图案将所述化学制品喷射到烟道气中，其中至少一个喷嘴是雾化喷嘴。

另一方面，化学制品的供应包括将氨或尿素与水性碱或碱性吸附剂的混合物供应到喷射管的内壳和外壳。化学制品的喷射包括通过连接到内壳的喷嘴将具有或不具有氨和水的液态碱或碱性吸附剂(alkaline based sorbent)喷射到烟道气中。此外，通过以交错布置连接到外壳的至少一个喷嘴盖将具有稀释空气的氨气通过至少一个延伸臂喷射到烟道气中。

另一方面，通过用于NOx的控制器和用于SO₃的控制器控制化学制品流过复式喷射格栅布置，在同一时间和位置提供化学制品，以控制烟道气中的SO₃和NOx排放。通过喷射覆盖管道的整个横截面积的化学制品的喷射使得在喷射格栅布置位置的上游或下游无需额外的烟道气混合装置。

本发明中详细指出本发明的这些和其它方面以及表征本发明的各种新颖特征。为了更好地理解本发明、本发明的操作优点以及本发明的用途，应参考其中说明本发明的示范性实施例的附图和描述性主题。

附图说明

结合附图参考以下详细描述和权利要求书，将更好地理解本发明的优点和特征，附图中用相同的符号表示相同的元件，并且其中：

图1是根据本发明的示范性实施例的具有所安装复式格栅布置的熔炉的侧视图的示意性图示；

图2A是根据本发明的喷射管的第一实施例的侧视图；

图2B是沿图2A的线A-A获取的示意性截面；

图3A是根据本发明的喷射管的第二实施例的侧视图；

图3B是沿图3A的线B-B获取的示意性截面；

具体实施方式

图1示意性地示出并入有根据本发明的复式喷射格栅布置27的熔炉/锅炉10。所述熔炉包括壳体11，所述壳体11具有穿过所述壳体11的下半部分的壁突出的燃烧炉12。燃烧炉12喷射并点燃供应的燃料和一次空气(primary air)。燃烧反应在燃烧室14中进行。

壳体壁带有蒸汽产生管，所述蒸汽产生管吸收来自燃烧火焰的辐射热以产生蒸汽。所述热还由辐射/对流过热器元件利用，其中流过所述辐射/对流过热器元件的蒸汽通过燃烧过程的热气产物过热。熔炉10中的各种过热器元件和热交换器管在本说明书中一般称为热交换器。热气燃烧产物被称为废气或烟道气。燃烧产物在锅炉鼻端18处离开燃烧室14，并进入锅炉/熔炉对流区域20。锅炉/熔炉的对流区域20具有多个辐射和对流热表面16和22的管排(tube banks)。烟道气穿过用于对锅炉给水预热的预热管(economizer banks)26。接着烟道气向上穿过竖直管道21且接着穿过稳流器28，以拉直(straighten)导向催化剂层32和36的烟道气流。烟道气穿过用于预热一次和二次燃烧空气的空气预热器34。穿过空气预热器34，烟道气进入气体净化设备，例如颗粒净化装置(未示出)和干式或湿式涤气器(未示出)。接着净化气体通过烟道(未示出)排出到大气。

复式喷射格栅布置27安装在管道21内以跨越管道21的整个横截面积延伸。复式喷射格栅布置27在具体管道内的精确位置是单元特定的。复式喷射格栅布置27可以安装在管道21中的竖直或水平面中。此外，复式喷射格栅布置27具有用于将化学制品喷射到燃气流中的至少一个喷射管30。喷射管30一般横向于或轴向于管道21中的烟道气流延伸。

喷射管30具有多个孔口，例如沿着喷射管30以一定间距间隔开的喷嘴40或钻孔，其中每个喷嘴40将减少污染物的化学制品的混合物喷到管道21中。每个格栅的喷射管的数目以及喷嘴的间距是单元特定的(unit specific)，并且取决于熔炉/锅炉10的几何结构、燃料特性以及熔炉/锅炉10的烟道气流特性和排放要求。喷射管30上的多个喷嘴覆盖管道21的宽度和深度，以确保化学制品适当均匀地分布到管道21中。喷嘴40可以是以例如正方形或锥形喷雾模式/图案(pattern)等模式/图案喷射化学制品的雾化喷嘴。化学制品呈液/气相、或液/液相、或气/气相的混合物的形式喷射。此外，喷射包括氨或尿素与例如碳酸钠、碳酸氢钠或氢氧化钙等水性碱(aqueous alkali)或碱性吸附剂(alkaline sorbent)的混合物的化学制品。也可以考虑能够降低NOx和SO₃浓度的许多类似反应剂。

在复式喷射格栅布置27内，将存在将需要较高氨输入的相对高温度、质量流和NOx浓度的区域，以及将需要较高碳酸钠、碳酸氢钠或氢氧化钙输入的相对低NOx浓度但高SO₃浓度的区域。因此，根据本发明，化学制品的喷射方式使得其浓度可以根据待处理的化学物质的浓度变化而在选定体积内发生变化。

氨和水性碱或碱性吸附剂可以在进入喷射管30之前预混合或仅在喷射点处混合或分开地喷射到管道21中。提供图1中示出的歧管50以预混合液态和气态的氨、和水性碱或碱性吸附剂。在仅在喷射点处混合或分开地喷射到管道21中的情况下，可以布置单独的歧管。

在本发明的实施例中，喷射管30配置有内壳60，所述内壳由外壳80环绕，如图2B中所描绘。图2B是沿图2A的线A-A获取的示意性截面，其描绘化学制品在烟道气流中喷射到雾化喷嘴40。如图2A中所示，内通道52将不具有氨的液态碱70、或碱性吸附剂72、或碱或碱性吸附剂的混合物74供应到内壳60，连接到内壳60的雾化喷嘴40从所述内壳将所述不具有氨的液态碱70或碱性吸附剂72或碱或碱性吸附剂的混合物74以正方形或锥形喷雾模式/图案喷射到烟道气中，以控制SO₃排放。至少一个外通道54将具有稀释空气的氨气76供应到外壳80，以交错布置连接到所述外壳80的、例如呈延伸臂42形式的喷嘴从所述外壳将所述氨气76喷射到烟道气中，以减少NOx排放。可以通过延伸臂42和至少一个喷嘴盖45同时进行使不具有氨的液态碱70或碱性吸附剂72或碱或碱性吸附剂的混合物74通过雾化喷嘴40的此喷射、以及具有稀释空气的氨气76的此喷射。

连接到内壳60的雾化喷嘴40与烟道气流成轴向地布置。具有与其连接的喷嘴盖45的延伸臂42在与烟道气流偏移30度到60度、以及更优选地45度的范围内。延伸臂42在管道21中从外壳80延伸3英寸到9英寸之间、且更优选地延伸6英寸，以避免喷嘴盖45发生堵灰。喷嘴40可以始终沿着喷射管30的长度布置。喷嘴的总数目、喷嘴相对于彼此布置的角度、和/或喷嘴之间的间隔是将根据不同应用变化的设计参数。外壳80的形状例如为椭圆形，且内壳60的形状例如为圆形。取决于特定应用，针对外壳80和内壳60还可采用所有其它类似形状。

在另一实施例中，喷射管30具有由外壳80环绕的内壳60，以提供在烟道气流中喷射到雾化喷嘴40的化学制品，如沿图3A的线B-B获取的示意性截面的图3B中所描绘。如图3A中所示，内通道52将液态碱70、或碱性吸附剂72、或具有液态氨78和水84的碱或碱性吸附剂的混合物74供应到内壳60，连接到内壳60的雾化喷嘴40从所述内壳将所述液态碱70、或碱性吸附剂72、或具有液态氨78和水84的碱或碱性吸附剂的混合物74以正方形或锥形喷雾模式/图案喷射到烟道气中，以控制SO₃排放、并在同一时间和同一位置减少NOx排放。外通道54将冷却/稀释空气82供应到具有呈交错布置的多个孔100的外壳80，从而将冷却/稀释空气82提供到烟道气流中。以此方式，在通过内壳的同时，将呈氨或尿素与诸如碳酸钠、碳酸氢钠或氢氧化钙等碱水溶液70或碱性吸附剂72的混合物形式的液体喷射，从连接到单个复式喷射格栅27的雾化喷嘴40在同一时间和同一位置供应到烟道气流中，以控制NOx和SO₃排放。

提供位于单独滑道(未示出)上的控制器140以控制化学制品流过复式喷射格栅布置27。受控复式喷射格栅布置27在同一时间和位置提供化学制品以控制烟道气中的SO₃排放和NOx排放。化学制品的喷射覆盖管道21的整个横截面积，由此在复式喷射格栅布置27位置的上游或下游无需额外的烟道气混合装置。通过控制器140的NOx还原(reduction)是基于使用通过位于复式喷射格栅布置27上游的分析仪160提供的NOx信号的前馈过程(feedforward process)。通过测量烟道气流速、入口NOx浓度、以及氨与入口NOx的设定摩尔比(set molar ratio)，确定所需氨流量。为了确保在所有操作负荷下实现NOx排放要求，通过由位于SCR反应器腔室47下游的分析仪170提供的NOx微调信号(trim signal)进一步调整控制器140。出口NOx测量提供对调节(trimming)位于单独滑道(未示出)上的氨流控制阀180的反馈。

还通过复式喷射格栅布置27上游的入口SO₃分析仪190由单独控制器142控制用于SO₃抑制的碱或碱性吸附剂的混合物。类似于NOx控制系统，通过SO₃分析仪190将信号提供到进料泵(未示出)和对应的流量(流动(flow))控制阀200，所述流量控制阀调节碱或碱性吸附剂的混合物74到喷射管30的流量/流动。通过位于管道21中的个别雾化喷嘴40将碱或碱性吸附剂的混合物74流喷洒到烟道气中。位于空气预热器34下游的分析仪210将充当控制器142上的调节件，以确保满足SO₃排放要求。控制器142、氨控制阀180、SO₃控制阀200设置在位于复式喷射格栅27附近的滑道(未示出)上。

在用于减少来自熔炉/锅炉10的烟道气中的污染物的方法中，将化学制品供应到复式喷射格栅布置27。通过雾化喷嘴40以正方形或锥形喷雾模式/图案将化学制品喷射到烟道气中。所供应的化学制品包括供应到喷射管30的内壳60和外壳80的氨或尿素与水性碱或碱性吸附剂的混合物。化学制品的喷射包括通过连接到内壳60的雾化喷嘴40将具有或不具有液态氨78和水84的液态碱或碱性吸附剂喷射到烟道气中。另外，通过(例如)呈以交错布置连接到外壳80的延伸臂42和喷嘴盖45的形式将具有冷却/稀释空气82的氨气76喷射到烟道气中。

控制器140控制化学制品流过复式喷射格栅布置27，从而在同一时间和位置提供化学制品以控制烟道气中的NOx排放；并且单独的控制器142控制化学制品流过复式喷射格栅布置27，从而在同一时间和位置提供化学制品以控制SO₃。覆盖管道2的整个横截面积的化学制品喷射使得在喷射格栅布置27位置的上游或下游无需额外的烟道气混合装置。

已出于说明和描述的目的呈现了本发明的特定实施例的前述描述。所述实施例并非预期是详尽的或将本发明限制于所公开的精确形式。鉴于以上实例，可能存在许多修改和变化。选择和描述实施例是为了最好地解释本发明及其实际应用的原理，由此使所属领域的技术人员能够最好地利用本发明以及具有适合所涵盖的特定用途的各种修改的各种实施例。应理解，涵盖等效物的各种省略和替代，因为详情可能表明或有利于但也希望涵盖不脱离本发明的权利要求书的精神或范围的应用或实施方案。

Claims (12)

1.一种减少来自熔炉的烟道气中的污染物的方法，所述方法包括以下步骤：

布置具有至少一个喷射管的复式喷射格栅，所述至少一个喷射管与烟道气流流体连通，所述喷射管包括由外壳环绕的内壳，所述内壳具有至少一个喷嘴，所述外壳具有至少一个孔口；

将第一化学制品提供到所述内壳；

将第二化学制品提供到所述外壳；

通过所述至少一个喷嘴将所述第一化学制品喷射到所述烟道气中，并在同一位置通过所述至少一个孔口将所述第二化学制品喷射到所述烟道气中；

并且其中所述第一化学制品和所述第二化学制品中的至少一种是氨或尿素与水性碱或碱性吸附剂的混合物。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个喷嘴以喷射图案将所述第一化学制品喷射到所述烟道气中。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一化学制品是液/气相或液/液相或气/气相。

4.根据权利要求1所述的方法，其中具有至少一个喷嘴盖的至少一个延伸臂联接到所述外壳，从而将用空气稀释的氨气喷射到所述烟道气中。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个孔口限定以交错布置形成在所述外壳上的多个喷嘴或孔。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一化学制品和所述第二化学制品的提供是在同一时间进行的。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一化学制品和所述第二化学制品中的至少一种是具有或不具有氨和水的液态碱或碱性吸附剂。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二化学制品的喷射包括通过具有至少一个喷嘴盖的至少一个延伸臂将具有稀释空气的氨气喷射到所述烟道气中。

9.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：

利用第一控制器控制通过所述复式喷射格栅布置的第一化学制品的流；

利用第二控制器控制所述第二化学制品的流。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一化学制品和所述第二化学制品的喷射覆盖管道的整个横截面面积。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个喷射管大体横向于或轴向于所述烟道气流延伸。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个孔口包括至少一个第二喷嘴。

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