CN108211790A - 一种采用喷氨格栅的scr脱硝装置及脱硝工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用喷氨格栅的SCR脱硝装置及脱硝工艺，通过将来自锅炉省煤器出口含有氮氧化物的烟气经连接烟道送入由多根并列喷氨管组成的喷氨格栅，经氨气混合器使氨气与含有氮氧化物NOX的烟气充分均匀混合后，经导流板进入SCR反应器的上部气室，使氨气与烟气的混合气体经整流器后进入多层催化剂层中还原成N2和H2O；最后，SCR反应器出来的经脱硝后的烟气返回锅炉空预器前的烟道，经热交换、除尘和脱硫后排出。本发明不仅使喷出的氨气量均匀，使NH3与烟气混合反应均匀，并且通过调整氨气喷嘴开度，使各氨气喷嘴流量与烟气中需还原的NOX含量相匹配，以免造成局部喷氨过量，保证脱硝效果。
Description
技术领域
本发明涉及环保脱硝技术领域，具体涉及一种采用喷氨格栅的SCR脱硝装置及脱硝工艺，同样适用于各种燃烧设备排放烟气中的喷氨格栅装置。
背景技术
氮氧化物作为主要的大气污染物之一，是继二氧化硫之后国家严格控制排放的对象，目前我国氮氧化物排放的总量约为1624.5万吨。现在应用最广泛的烟气脱硝技术是SCR技术，SCR技术脱硝效率可达到95％以上，由脱销效率高、选择性好、适用范围广、运行稳定可靠等优点，自七十年代后期在日本安装第一台电厂SCR装置以来，得到迅猛发展，在日本已有超过170个商业SCR装置在运行，SCR脱销装置已成为发达国家电厂的必备，其工作原理是在280-420℃温度下，烟气中NO2和上游烟道内喷入的还原剂NH3在催化剂作用下发生还原反应，生产N2和H2O等。
目前，选择性催化还原（SCR）脱硝工艺在很多领域应用广泛，SCR 脱硝工艺需要氨作为还原剂，一般有三种形态：液氨、尿素、氨水，现有技术使用较多的为液氨，大多 SCR 脱硝技术也都采用此工艺，SCR系统的性能指标主要包括脱硝效率和NH3逃逸率，氨的扩散及与烟气的混合均匀程度是影响脱硝效率的关键因素之一，也是各个公司的核心技术所在。目前SCR主要的喷氨混合装置是喷氨格栅（AIG），喷氨格栅设计不当时，容易造成NOX和NH3的混合及反应不均匀，不但影响脱硝效率及经济性，而且极易造成局部喷氨过量，还会影响脱硝效果及稳定运行。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明提出了一种采用喷氨格栅的SCR脱硝装置及脱硝工艺，充分考虑喷氨格栅中气体静压对混合长度的影响，通过对现有的喷氨格栅的结构进行改进，使喷口喷出的氨气量大致均匀，使NH3与烟气混合反应均匀，并且通过调整各氨气喷嘴阀门的开度，使各氨气喷嘴流量与烟气中需还原的NOX含量相匹配，以免造成局部喷氨过量；保证在喷氨过程中，各喷氨孔喷出的氨气量保持相同，从而不会影响到氨气与烟气的混合长度，保证脱硝效果。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是，一种采用喷氨格栅的SCR脱硝装置，包括气体混合装置和SCR反应器，所述气体混合装置的入口连接锅炉省煤器出口烟道，气体混合装置的出口连接SCR反应器的入口；所述气体混合装置内，沿烟气进入方向依次设置有喷氨格栅和氨气混合器，所述氨气混合器使氨气与含有氮氧化物NOX的烟气充分且均匀混合后进入SCR反应器的入口管道，所述SCR反应器的入口管道内设置有导流板，所述 SCR反应器内部设置有整流器、催化剂层，所述导流板、整流器、催化剂层沿烟气流动方向依次连接。
进一步的，所述喷氨格栅采用变径喷孔，其由多根并列的喷氨管构成，喷氨管上沿轴向均匀设置多个喷氨孔。
进一步的，所述氨气从喷氨格栅的喷氨孔喷出，所述喷氨管由氨气母管和氨气支管组成，输送氨气的氨气母管、氨气支管上都装有阀门调控，从而调节氨气的输入量，选择最佳氨氮摩尔比。
进一步的，所述氨气支管一端设有固定端头及上面设有若干个氨气喷头，所述氨气喷头的两端的上部连接有流量平衡管，所述氨气喷头上设有喷氨孔。
进一步的，所述喷氨孔为圆形孔，依氨气的流动方向从喷氨管的进气端至末端，所述喷氨孔的直径依次逐渐缩小。
进一步的，所述喷氨管上最末端的喷氨孔为圆形喷氨孔，其余喷氨孔均为扁圆形喷氨孔，所述扁圆形喷氨孔的两端设置为对称的弧形，弧形的半径与圆形喷氨孔的半径相同。
进一步的，所述催化剂层包括第一催化剂层、第二催化剂层及备用催化剂层，所述第一催化剂层、第二催化剂层及备用催化剂层沿烟气流动方向依次设置。
进一步的，一种用于实现喷氨格栅的SCR脱硝装置的脱硝工艺，沿烟气进入方向依次设置有喷氨格栅和氨气混合器，其包括如下步骤：首先，将来自锅炉省煤器出口含有氮氧化物的烟气经连接烟道送入由多根并列喷氨管组成的喷氨格栅，沿氨气的流动方向，喷氨格栅上沿喷氨管轴向排列的喷氨孔的直径逐渐减小，使烟气与喷氨孔喷出的氨气充分混合；然后，经氨气混合器使氨气与含有氮氧化物NOX的烟气充分且均匀混合，然后经导流板进入SCR反应器的上部气室，氨气与烟气的混合气体经整流器后进入多层催化剂层中还原成N2和H2O；最后，SCR反应器出来的经脱硝后的烟气返回锅炉空预器前的烟道，经热交换、除尘和脱硫后排出。
进一步的，所述氨气先加压后再输入喷氨格栅。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.传统的喷氨格栅结构在喷口后烟道内静压一致、喷口直径相同的情况下，各喷口喷出的混合气体量沿喷氨管道的延伸方向增加，使得各喷口喷出的氨气量不均匀，增加了氨气/烟气的混合长度，影响了脱硝效果，而本发明通过采用变径喷孔的喷氨格栅，各喷氨孔的尺寸大小随氨气的流动方向逐渐缩小，从而保证在喷氨过程中，各喷氨孔喷出的氨气量大致相同，从而不会影响到氨气与烟气的混合长度，也不会弱化脱硝效果；
2.本发明的喷氨格栅的喷氨孔根据需要具体设计喷氨孔的孔径，从而满足多种情况下的使用需要，其结构紧凑，加工方便，实施效果好，适合推广使用。
综上所述，与现有技术相比，本发明结构简单，设计合理，加工方便，不仅使喷出的氨气量均匀，使NH3与烟气混合反应均匀，并且通过调整氨气喷嘴开度，使各氨气喷嘴流量与烟气中需还原的NOX含量相匹配，以免造成局部喷氨过量，保证脱硝效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1所示为本发明的一种采用喷氨格栅的SCR脱硝装置结构示意图；
图2所示为本发明的喷氨管局部结构示意图；
图3所示为本发明的喷氨孔结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的技术方案进行详细的描述：
如图1所示的一种采用喷氨格栅的SCR脱硝装置，包括气体混合装置和SCR反应器，所述气体混合装置的入口连接锅炉省煤器出口烟道，气体混合装置的出口连接SCR反应器的入口；所述气体混合装置内，沿烟气进入方向依次设置有喷氨格栅3和氨气混合器4，所述氨气混合器4使氨气与含有氮氧化物NOX的烟气充分且均匀混合后进入SCR反应器的入口管道，所述SCR反应器的入口管道内设置有导流板8，所述 SCR反应器内部设置有整流器9、催化剂层，所述导流板8、整流器9、催化剂层沿烟气流动方向依次连接。
所述催化剂层包括第一催化剂层5、第二催化剂层6及备用催化剂层7，所述第一催化剂层5、第二催化剂层6及备用催化剂层7沿烟气流动方向依次设置。
如图1、2所示，所述喷氨格栅采用变径喷孔，其由多根并列的喷氨管构成，喷氨管上沿轴向均匀设置多个喷氨孔；所述喷氨管由氨气母管1和氨气支管2组成，所述氨气支管2一端设有固定端头10及上面设有若干个氨气喷头12，所述氨气喷头12的两端的上部连接有流量平衡管11，所述氨气喷头12上设有喷氨孔。
如图3所示，所述喷氨孔均为圆形孔，从喷氨管的进气口至末端，喷氨孔的直径逐渐减小，该设计对喷氨量控制精度一般。处于喷氨管上最末端的喷氨孔E设置为圆形喷氨孔，喷氨管上的其余喷氨孔A、B、C、D均设置为扁圆形喷氨孔，扁圆形喷氨孔的两端设置为对称的弧形，弧形的半径与圆形喷氨孔的半径相同，从喷氨管的进气口至末端，扁圆形喷氨孔的长度依次减小，该方式对各喷氨孔喷氨量的控制精度较高。
参看图1所示，一种用于实现喷氨格栅的SCR脱硝装置的脱硝工艺，沿烟气进入方向依次设置有喷氨格栅3和氨气混合器4，其包括如下步骤：首先，将来自锅炉省煤器出口含有氮氧化物的烟气经连接烟道送入由多根并列喷氨管组成的喷氨格栅3，所述喷氨管由和氨气支管2组成，氨气先加压后再输入喷氨格栅,3，沿氨气的流动方向，喷氨格栅3上沿喷氨管轴向排列的喷氨孔的直径逐渐减小，所述氨气从喷氨格栅3的喷氨孔喷出，输送氨气的主氨气母管1、氨气支管2管道上都装有阀门调控，从而调节氨气的输入量，选择最佳氨氮摩尔比，使烟气与喷氨孔喷出的氨气充分混合；然后，经氨气混合器4使氨气与含有氮氧化物NOX的烟气充分且均匀混合，然后经导流板8进入SCR反应器的上部气室，氨气与烟气的混合气体经整流器9后进入多层催化剂层中还原成N2和H2O；最后，SCR反应器出来的经脱硝后的烟气返回锅炉空预器前的烟道，经热交换、除尘和脱硫后排出。
参见图1-3所示，本发明的工作流程如下：
本发明的SCR脱硝装置在使用时，将氨气经加压后输入喷氨格栅，氨气从格栅的喷氨孔喷出，输送氨气的主、支管道上都装有阀门调控，从而调节氨气的输入量，选择最佳氨氮摩尔比，氨气混合器能够保证氨气与烟气中的氮氧化物在湍流和混流装置的共同作用下充分均匀混合，导流板将混合均匀的氨气和烟气均匀导入SCR反应器的上部气室中，生成混合均匀、流速平缓的气流，再经催化还原反应，实现脱硝。
所述喷氨管内径为100mm，其入口流速为18.6m/s，喷氨管上设计5个喷孔，分别按下列三种方案进行设计：
方案一：按照常规设计方式，喷氨孔按等直径设计，喷氨孔的直径为40mm；
方案二：喷氨孔使用圆形喷氨孔，从喷氨管的进气端至末端，喷氨孔的直径依次减小，分别为43.6mm、42.4mm、41.1mm、40.4mm、40mm；
方案三：喷氨孔使用圆形喷氨孔+扁圆形喷氨孔的混合喷氨孔设计方式，圆形喷氨孔和弧形的半径均为20mm(扁圆形喷氨孔的长度可以看做是弧形的半径*2+中间部分的长度)，各扁圆形喷氨孔的长度沿氨气流动方向，依次为(40+6)mm、(40+4)mm、(40+2)mm、(40+1)mm，圆形喷氨孔的直径为40mm。
通过计算机模拟软件对上述方案分别建立模拟模型，通过设置相同的喷氨条件，入口流量为0.1736kg/s，出口相对压力为0Pa，根据模拟结果，喷氨管进口和各喷口流量如下表所示：
综上可见，采用第二种方案和第三种方案的变径喷氨孔方式，最大与最小喷氨孔的流量差大大减小，喷出的氨气更加均匀，更有利于氨气/烟气的混合。
以上仅是本申请的具体实施方式，应当指出，在于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (9)
1.一种采用喷氨格栅的SCR脱硝装置，包括气体混合装置和SCR反应器，其特征在于，所述气体混合装置的入口连接锅炉省煤器出口烟道，气体混合装置的出口连接SCR反应器的入口；所述气体混合装置内，沿烟气进入方向依次设置有喷氨格栅和氨气混合器，所述氨气混合器使氨气与含有氮氧化物NOX的烟气充分且均匀混合后进入SCR反应器的入口管道，所述SCR反应器的入口管道内设置有导流板，所述 SCR反应器内部设置有整流器、催化剂层，所述导流板、整流器、催化剂层沿烟气流动方向依次连接。
2.根据权利要求1所述的一种采用喷氨格栅的SCR脱硝装置，其特征在于，所述喷氨格栅采用变径喷孔，其由多根并列的喷氨管构成，喷氨管上沿轴向均匀设置多个喷氨孔。
3.根据权利要求1所述的一种采用喷氨格栅的SCR脱硝装置，其特征在于，所述氨气从喷氨格栅的喷氨孔喷出，所述喷氨管由氨气母管和氨气支管组成，输送氨气的氨气母管、氨气支管上都装有阀门调控。
4.根据权利要求3所述的一种采用喷氨格栅的SCR脱硝装置，其特征在于，所述氨气支管一端设有固定端头及上面设有若干个氨气喷头，所述氨气喷头的两端的上部连接有流量平衡管，所述氨气喷头上设有喷氨孔。
5.根据权利要求2所述的一种采用喷氨格栅的SCR脱硝装置，其特征在于，所述喷氨孔为圆形孔，依氨气的流动方向从喷氨管的进气端至末端，所述喷氨孔的直径依次逐渐缩小。
6.根据权利要求2所述的一种采用喷氨格栅的SCR脱硝装置，其特征在于，所述喷氨管上最末端的喷氨孔为圆形喷氨孔，其余喷氨孔均为扁圆形喷氨孔，所述扁圆形喷氨孔的两端设置为对称的弧形，弧形的半径与圆形喷氨孔的半径相同。
7.根据权利要求1所述的一种采用喷氨格栅的SCR脱硝装置，其特征在于，所述催化剂层包括第一催化剂层、第二催化剂层及备用催化剂层，所述第一催化剂层、第二催化剂层及备用催化剂层沿烟气流动方向依次设置。
8.一种用于实现喷氨格栅的SCR脱硝装置的脱硝工艺，沿烟气进入方向依次设置有喷氨格栅和氨气混合器，其特征在于，包括如下步骤：首先，将来自锅炉省煤器出口含有氮氧化物的烟气经连接烟道送入由多根并列喷氨管组成的喷氨格栅，沿氨气的流动方向，喷氨格栅上沿喷氨管轴向排列的喷氨孔的直径逐渐减小，使烟气与喷氨孔喷出的氨气充分混合；然后，经氨气混合器使氨气与含有氮氧化物NOX的烟气充分且均匀混合，然后经导流板进入SCR反应器的上部气室，氨气与烟气的混合气体经整流器后进入多层催化剂层中还原成N2和H2O；最后，SCR反应器出来的经脱硝后的烟气返回锅炉空预器前的烟道，经热交换、除尘和脱硫后排出。
9.根据权利要求8所述的一种用于实现喷氨格栅的SCR脱硝装置的脱硝工艺，其特征在于，所述氨气先加压后再输入喷氨格栅。
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