CN107875847B - 一种用于火电锅炉喷氨系统的氨氮混合装置 - Google Patents

一种用于火电锅炉喷氨系统的氨氮混合装置 Download PDF

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Abstract

本发明具体涉及一种用于火电锅炉喷氨系统的氨氮混合装置，解决了大型火电锅炉SCR脱硝系统催化剂入口处烟气中氨氮摩尔比分布不均匀的问题。本发明包括顺时针混合器单元组、逆时针混合器单元组、布风板、电机和密封装置等，利用拉伐尔喷嘴产生超音速氨气气流，强烈卷吸周围烟气，并把氨气喷嘴布置为四角切圆方式，形成旋转强烈的局部涡流区，强化氨气与烟气的混合。本发明采用多孔布风板提高氨气和烟气的相对速度差，解决了锅炉低负荷运行时氨气与烟气混合困难的问题。本发明能够使得催化剂层入口处烟气中沿宽度方向的氨氮摩尔比相对偏差小于5％，沿深度方向的氨氮摩尔比相对偏差小于3％。

Description

一种用于火电锅炉喷氨系统的氨氮混合装置
技术领域
本发明属于大型火电锅炉SCR脱硝领域，具体涉及一种用于火电锅炉喷氨系统的氨氮混合装置。
背景技术
我国火电燃煤锅炉的SCR脱硝系统在实际运行过程中存在催化剂层入口前氨气和烟气混合不均匀的问题，尤其是锅炉低负荷运行时，烟道内烟气的流速较低，湍流强度不足，从喷嘴流出的氨气不能迅速扩散，所以烟气中氨氮摩尔比不平衡，导致催化剂层出口处的烟气中出现NOx含量偏高或氨逃逸浓度偏高。
为了解决这个问题，授权公告号为CN202096869U的中国专利公开了一种SCR脱硝系统的前置二次整流静态混合器，包括安装在烟道内的支撑和安装在所述支撑架上的多个一次整流混合片和二次整流混合片，所述支撑架与氨输送管道平行设置，所述氨输送管道的每个氨喷嘴的两侧均设有所述二次整流混合片，所述一次整流混合片设置在所述喷氨输送管道上的氨喷嘴正下方且位于两个所述二次整流混合片之间，该混合器可以提高烟气与氨气混合的均匀度，提升SCR反应器内的转化率，但是该混合器设计较为复杂，而且在锅炉低负荷运行时，缺乏增强气流扰动的措施。公开号为CN101394919A的中国专利公开了一种用于使气态流体与大流量气流混合、特别是用于将还原剂导入包含氮氧化物的烟气中的方法和装置，该方法采用了盘状混合元件促进气体混合，大流量气体流经斜置混合元件形成涡流，涡旋的强烈横向速度分量强化湍流混合。但由于烟道截面布置的几个盘状混合元件均向同一侧倾斜，同时盘状叶片尺寸较大，大股气流向后缘流动，盘状叶片前缘侧速度低、后缘侧速度高，速度场振动不均匀，流场均匀化距离较长。
发明内容
本发明的目的是解决大型火电锅炉SCR脱硝系统催化剂入口处烟气中氨氮摩尔比分布不均匀的问题。本发明提供一种原理先进、结构简单的用于火电锅炉喷氨系统的氨氮混合装置，尤其是锅炉低负荷运行时，能够加强烟气扰动，提高烟气流速，使得氨气和烟气迅速混合，降低烟气中氨氮摩尔比不均匀程度，进而减少催化剂层出口处烟气中的NOx深度和氨逃逸浓度。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种用于火电锅炉喷氨系统的氨氮混合装置，包括顺时针混合器单元组、逆时针混合器单元组、布风板、电机和密封装置，所述顺时针混合器单元组和逆时针混合器单元组沿脱硝烟道宽度方向从左向右依次交替布置，直至布满整个脱硝烟道，布风板设置在每个顺时针混合器单元组和逆时针混合器单元组之间，布风板上开有消阻孔，布风板通过其主轴进行定位和支撑，且使其一端穿出脱硝烟道的外壁，并与电机连接，主轴与脱硝烟道的穿孔用密封装置进行密封。
上述装置的有益效果是：
（1）本发明在锅炉低负荷运行时具有氨气和烟气混合效果好的显著优势。这是因为：在顺时针混合器和逆时针混合器的中间布置有多孔布风板，该布风板在电机的带动下能够围绕支撑轴旋转，当锅炉负荷较低，烟道内的烟气量随之减少，于是烟气流速降低，湍流度下降，不利于氨气和烟气的混合，此时可把多孔布风板向水平方向调节，减少烟气流通面积，从而提高烟气流过拉伐尔喷嘴时的流动速度，增大了氨气和烟气的相对速度差，改善氨气和烟气的混合效果；
（2）本发明的局部烟气旋转非常强烈，混合效果好，但整体上烟气不会出现明显的旋流特征，不会影响烟气流速的平均分布，也不会形成飞灰的局部富集。这是因为：顺时针混合器单元和逆时针混合器单元沿烟道宽度方向为间隔均匀布置，顺时针混合器单元产生顺时针旋转气流，逆时针混合器单元产生逆时针旋转气流，这二股气流旋转强度相当，方向相反，因此相互抵消，最终形成烟气直流流动，并且在相互抵消的过程中二股气流发生强烈的撞击，再次增强了混合效果；
（3）本发明能够实现沿烟道深度方向的氨氮浓度分布非常均匀。这是因为：每个混合器单元都有一个单独的调节阀，如果出现了沿烟道宽度方向氨氮摩尔浓度分布偏差大的现象，可以通过调节阀进行调整，具体方法是将氨氮摩尔浓度偏差超过1.05的区域所对应的调节阀减小，将氨氮摩尔浓度偏差低于1的区域所对应的调节阀开大，最终实现在整个烟道的宽度方向上氨氮摩尔浓度偏差小于5%；
（4）本发明的氨氮混合装置具有系统阻力小的特点。这是因为：第一，高负荷运行时，多孔布风板与烟气流动方向平行，不会占用较多的通流面积，且拉伐尔喷嘴在翼形防磨套的保护下，也不会产生涡流区和回流区，所以阻力较小；第二，低负荷运行时，多孔布风板将占用一定的通流面积，但该布风板上开有多个消阻孔，能够防止在布风板的背面产生涡流区和回流区，且此工况下烟速较低，流动阻力较小，所以氨氮混合装置产生的附加阻力很小。
所述顺时针混合器单元组包含至少二个顺时针混合器，所述顺时针混合器由4个喷嘴组件组成，4个喷嘴组件的喷射方向形成了顺时针方向的假想切圆，4个喷嘴组件的入口通过设有调节阀的管子与氨气母管连接。
所述逆时针混合器单元组包含至少二个逆时针混合器，所述逆时针混合器由4个喷嘴组件组成，4个喷嘴组件的喷射方向形成了逆时针方向的假想切圆，4个喷嘴组件的入口通过设有调节阀的管子与氨气母管连接。
上述装置的有益效果是：
（1）本发明的4个拉伐尔喷嘴射流能够形成气流旋涡中心，大大增强了与烟气的混合速度。这是因为：4个拉伐尔喷嘴的射流轴线形成了假想切圆，借助上游气流的推动作用能够产生以假想切圆的中心为涡心的旋转运动，增大了烟气的湍流度，加快了烟气与氨气的混合速度；
（2）本发明能够实现沿烟道深度方向的氨氮浓度分布非常均匀。这是因为：第一，沿烟道深度方向，均匀布置混合器单元，每个混合器单元都能够形成一个独立的旋转气流，在两个相邻的旋转气流接触的部位，气流的流动方向相反，因此发生强烈撞击，大大增加了扰动度，非常有利于氨气和烟气的混合。第二，每个混合器单元都有一个单独的调节阀，如果沿烟道深度方向出现了氨氮摩尔浓度分布偏差大的现象，可以通过调节阀进行调整，具体方法是将氨氮摩尔浓度偏差超过1.05的区域所对应的调节阀减小，将氨氮摩尔浓度偏差低于1的区域所对应的调节阀开大，最终实现在整个烟道的深度方向上氨氮摩尔浓度偏差小于3%；
（3）本发明的各个拉伐尔喷嘴的氨气流量基本均衡，能够防止氨气浓度局部过高或过低。这是因为：氨气的供给管道的布置合理，氨气从母管首先进入到水平分流管的中间位置，再从水平分流管均匀的分流到4个角支管，所以氨气在通往各个拉伐尔喷嘴的流动阻力损失是相等的，所以保证了各个拉伐尔喷嘴的流量基本相等。
所述喷嘴组件由弯头、双层导流板、直管段、拉伐尔喷嘴和翼形防磨套组成，双层导流板安装在弯头的内部，双层导流板按等截面原则将弯头分为通流面积相等的三个通道，弯头的入口与氨气支管连接，弯头的出口与直管段的入口连接，直管段的出口与拉伐尔喷嘴的入口连接，翼形防磨套设在直管段和拉伐尔喷嘴的下方。
上述装置的有益效果是：
（1）本发明的氨气从喷嘴射出时具有超音速气流的动量，能够形成局部强烈扰动混合。这是因为：氨气流过弯头时，在双层导流板的作用下，可以防止由于惯性出现偏心流动，确保氨气沿着管道横截面均匀分布，并在直管段内进一步混合，氨气的流速和压力分布都趋于一致，然后送入拉伐尔喷嘴射出，在拉伐尔喷嘴特定结构的作用下，形成超音速气流，把氨气的压力能最大程度的转变成了动能，在烟气中具有较长的射程，局部扰动非常强烈，并对周围烟气具有强烈的卷吸作用；
（2）本发明的拉伐尔喷嘴具有较长的寿命，且更换容易。这是因为：第一，拉伐尔喷嘴的迎风面安装有翼形防磨套，能够防止烟气中的飞灰磨损拉伐尔喷嘴，且翼形结构能够有效防止出现涡流区和回流，从而达到减少局部阻力损失的目的；第二，拉伐尔喷嘴和直管段采用螺纹连接，可以利用机组大、小修机会及时更换。
附图说明
图1为本发明在脱硝烟道中的安装示意图；
图2为顺时针混合器的安装示意图；
图3为逆时针混合器的安装示意图；
图4为喷嘴组件的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，本实施例中的一种用于火电锅炉喷氨系统的氨氮混合装置，包括顺时针混合器单元组2、逆时针混合器单元组4、布风板5、电机6和密封装置7；如图2所示，所述顺时针混合器单元组2包含二个顺时针混合器，所述顺时针混合器由4个喷嘴组件21组成， 4个喷嘴组件21的喷射方向形成了顺时针方向的假想切圆23，4个喷嘴组件21的入口通过设有调节阀22的管子与氨气母管连接；如图3所示，所述逆时针混合器单元组3包含二个逆时针混合器，所述逆时针混合器由4个喷嘴组件21组成，4个喷嘴组件21的喷射方向形成了逆时针方向的假想切圆31，4个喷嘴组件21的入口通过设有调节阀22的管子与氨气母管连接；如图4所示，所述喷嘴组件21由弯头211、双层导流板212、直管段213、拉伐尔喷嘴214和翼形防磨套215组成，双层导流板212安装在弯头211的内部，双层导流板212按等截面原则将弯头211分为通流面积相等的三个通道，弯头211的入口与氨气支管连接，弯头211的出口与直管段213的入口连接，直管段213的出口与拉伐尔喷嘴214的入口采用螺纹连接，翼形防磨套215采用螺钉连接方式安装在直管段213和拉伐尔喷嘴215的下方；所述顺时针混合器单元组和逆时针混合器单元组4沿脱硝烟道1宽度方向从左向右依次交替布置，直至布满整个脱硝烟道1的深度方向，顺时针混合器单元组2沿脱硝烟道1的深度方向为一列，逆时针混合器单元组3沿脱硝烟道1的深度方向为一列，布风板5设置在每个顺时针混合器单元组2和逆时针混合器单元组4之间，布风板5上开有消阻孔8，布风板5通过其主轴3进行定位和支撑，且使其一端穿出脱硝烟道1的外壁，并与电机6连接，主轴3与脱硝烟道1的穿孔用密封装置7进行密封。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种用于火电锅炉喷氨系统的氨氮混合装置，其特征在于：包括顺时针混合器单元组(2)、逆时针混合器单元组(4)、布风板(5)、电机(6)和密封装置(7)，所述顺时针混合器单元组(2)和逆时针混合器单元组(4)沿脱硝烟道(1)宽度方向从左向右依次交替布置，且间隔均匀，直至布满整个脱硝烟道(1)，布风板(5)设置在每个顺时针混合器单元组(2)和逆时针混合器单元组(4)之间，布风板(5)上开有消阻孔(8)，布风板(5)通过其主轴(3)进行定位和支撑，且使其一端穿出脱硝烟道(1)的外壁，并与电机(6)连接，通过调节布风板(5)方向，进而调节烟气的流通面积和流通速度，主轴(3)与脱硝烟道(1)的穿孔用密封装置(7)进行密封；
所述顺时针混合器单元组(2)包含至少二个顺时针混合器，所述顺时针混合器由4个喷嘴组件(21)组成，4个喷嘴组件(21)的喷射方向形成了顺时针方向的假想切圆(23)，4个喷嘴组件(21)的入口通过设有调节阀(22)的管子与氨气母管连接；
所述逆时针混合器单元组(4)包含至少二个逆时针混合器，所述逆时针混合器由4个喷嘴组件(21)组成，4个喷嘴组件(21)的喷射方向形成了逆时针方向的假想切圆(31)，4个喷嘴组件(21)的入口通过设有调节阀(22)的管子与氨气母管连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于火电锅炉喷氨系统的氨氮混合装置，其特征在于：所述喷嘴组件(21)由弯头(211)、双层导流板(212)、直管段(213)、拉伐尔喷嘴(214)和翼形防磨套(215)组成，双层导流板(212)安装在弯头(211)的内部，双层导流板(212)按等截面原则将弯头(211)分为通流面积相等的三个通道，弯头(211)的入口与氨气支管连接，弯头(211)的出口与直管段(213)的入口连接，直管段(213)的出口与拉伐尔喷嘴(214)的入口连接，翼形防磨套(215)设在直管段(213)和拉伐尔喷嘴(214)的下方。
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