CN108325406A - 一种新型强湍流静态混合器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型强湍流静态混合器，属于燃煤锅炉、工业锅炉、烧结机等工业烟气净化领域。它安装在脱硝系统入口的竖直烟道(3)内，包括喷氨格栅(4)和静态混合器(5)，静态混合器(5)位于喷氨格栅(4)的下游，静态混合器(5)由若干个混合单元(12)组成，混合单元(12)由四个混合单体(11)组成，其中混合单体(11)包括一次旋转叶片(15)、二次旋转叶片(16)和中心圆板(17)。本发明设计的静态混合器结构简单合理，流场组织效果更好，使得氨气‑烟气混合均匀，同时使得系统阻力较小，混合效率更高。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型强湍流静态混合器，属于燃煤锅炉、工业锅炉、烧结机等工业烟气净化领域。
背景技术
目前我国对燃煤电站、冶金行业的氮氧化物的排放控制要求日益严格，SCR烟气脱硝技术是一种高效、成熟的技术，目前脱硝效率可达90％以上，因此选择性催化还原法(SCR)以其成熟的技术已发展成为国际上烟气脱硝的主流技术。在选择性催化还原法(SCR)中烟气脱硝喷氨混合系统是其重要组成部分，氨气与烟气能否稳定、均匀的混合直接影响到脱硝效率及氨逃逸率，因此，合理高效的组织氨气-烟气流场已成为SCR脱硝技术的核心。目前我国SCR脱硝系统经常面临布置空间有限，竖直烟道较短，造成烟道中烟气气流分布不均，导致氨气-烟气混合不均匀等现象，严重降低了脱硝效率，同时使氨逃逸率增加，加剧了脱硝系统下游空预器冷段腐蚀，造成空预器严重积灰。通过在SCR系统喷氨格栅下游合理的布置静态混合器能够有效的缩短氨与烟气的混合距离，使氨与空气能够更好的混合均匀。氨的均匀分布既可以提高脱硝效率，又能延长催化剂更替周期，降低氨逃逸量，减轻空气预热器的腐蚀和堵塞，降低投资和运行管理成本。因此氨与烟气的均混装置设计是影响氨均匀分布的重要因素，成为SCR烟气脱硝系统工艺设计的关键。目前工程实际应用中，一些静态混合器为了提高混合效率，结构和工艺较为复杂，投影覆盖面积较大，导致系统阻力增大，积灰严重等问题；有些静态混合器虽然结构简单，系统阻力小，不易积灰，但是混合效率相对较差。
公告号CN103007701A公开了一种局部涡流和整体旋流相结合的花瓣型喷氨格栅，包括母管以及由母管上引出的4-8根的支管，每根支管上布置有一个喷嘴，每个喷嘴的下方布置一个圆盘，圆盘与烟气的流动方向呈45°～60°布置，且各个圆盘与烟气流向的夹角均不相同，各个圆盘在空间上形成顺时针或逆时针旋转。对每组花瓣型喷氨格栅来说，烟气在流过圆盘的时候在圆盘背部形成局部负压区，同时圆盘使来流烟气形成旋转，这种局部涡流和整体旋流作用极大的加剧了氨/空气混合气与烟气的混合，可以有效的缩短氨均匀扩散到烟气中的距离。这种静态混合器需要配合特定的喷氨格栅使用，设计及结构工艺相对复杂。
公告号CN102423630B公开了一种用于选择性催化还原脱硝系统的静态混合器，由若干V型混合单元组成，每个混合单元包括两块混合器板，两块混合器板焊接成V型，混合器板的截面为四边形，其中三条边为直线边，另一条边为圆弧边，两混合器板焊接时使圆弧边朝同一个方向。混合单元前后、左右、上下交错布置，使混合流体时而左旋，时而右旋，不断改变流动方向，不仅能将烟气推向周边，而且还能将烟气推向中心，从而得到很好的混合效果，使选择性催化还原反应器入口氨气和烟气分布的均匀性得到极大的改善。这种静态混合器的混合单元相对较多，系统阻力相对较大，综合经济性较差。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种新型强湍流静态混合器，设计的静态混合器结构简单合理，流场组织效果更好，使得氨气-烟气混合均匀，同时使得系统阻力较小，混合效率更高。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
一种新型强湍流静态混合器安装在脱硝系统入口的竖直烟道内，包括喷氨格栅和静态混合器，静态混合器位于喷氨格栅的下游，静态混合器由若干个混合单元组成，混合单元由四个混合单体组成，其中混合单体包括一次旋转叶片、二次旋转叶片和中心圆板。
前述的新型强湍流静态混合器，所述同一混合单元的四个混合单体位于同一矩形的四个直角处；沿顺时针方向或逆时针方向，相邻两个混合单体沿对应的矩形中心轴线旋转90度后布置方式相同。
前述的新型强湍流静态混合器，沿顺时针方向或逆时针方向，所述同一混合单元的四个混合单体具有相同的旋向；或者沿顺时针方向或逆时针方向，所述同一混合单体的一次旋转叶片具有相同的旋向；或者沿顺时针方向或逆时针方向，所述同一混合单体的二次旋转叶片具有相同的旋向。
前述的新型强湍流静态混合器，所述同一混合单体的一次旋转叶片与混合单体中心轴线呈30度至60度的夹角，且各一次旋转叶片与混合单体中心轴线夹角相等。其中混合单体的一次旋转叶片形状可以但不局限于三边形，三边形其中两条是直线、一条是弧线。
前述的新型强湍流静态混合器，所述同一混合单体的二次旋转叶片与混合单体中心轴线呈30度至60度的夹角，且各二次旋转叶片与混合单体中心轴线夹角相等。其中混合单体的二次旋转叶片形状可以但不局限于四边形，四边形其中两条是直线、两条是弧线。
前述的新型强湍流静态混合器，所述同一混合单体中一次旋转叶片的个数至少有三个，其中一次旋转叶片的长度为混合单体外接圆直径的3/20～7/20。
前述的新型强湍流静态混合器，所述同一混合单体的二次旋转叶片的个数至少有三个，其中二次旋转叶片的长度为混合单体外接圆直径的1/20～3/20。
前述的新型强湍流静态混合器，所述混合单体的中心圆板材质与一次旋转叶片、二次旋转叶片材质相同，所述混合单体的中心圆板直径为混合单体外接圆直径的1/10～5/10。
前述的新型强湍流静态混合器，所述喷氨格栅与静态混合器之间的距离大于或者等于混合单体外接圆的直径，且小于或者等于混合单体外接圆直径的三倍。
前述的新型强湍流静态混合器，沿顺时针方向或逆时针方向，所述同一混合单元的混合单体、混合单体的一次旋转叶片、混合单体的二次旋转叶片三者具有相同的旋向。其中所述混合单体通过支撑杆固定在竖直烟道内。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
1.通过采用以多级旋转叶片组成混合单体组成的混合单元，当氨气-烟气经过静态混合器时，流经混合单体中心圆板时产生局部涡流，同时由于混合单体一次旋转叶片、二次旋转叶片的强旋转作用，使局部涡流形成顺时针或逆时针方向的强旋转涡流且使涡流扩大到整个混合单元，同时由于同一混合单元的四个混合单体和一次旋转叶片、二次旋转叶片具有相同的旋向，使氨气-烟气产生顺时针或逆时针方向更加强烈的旋转涡流，最终使氨气-烟气在四重涡流的作用下，氨气-烟气能够充分混合均匀；
2.通过对上述静态混合器的仿真研究表明，静态混合器的阻力较小，满足技术指标要求，且第一层催化剂层上方0.5m处NH3浓度的相对标准偏差(Cv)较小，满足技术指标要求，同时氨气-烟气混合距离大大缩短，提高脱硝效率；该混合器适用但不局限于火电厂燃煤锅炉，工业炉以及冶金行业等领域。
总之，本发明结构简单合理、流场组织效果更好，使得氨气-烟气混合均匀，同时使得系统阻力较小，混合效率更高。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图；
图2是本发明的主视图；
图3是图2的A-A向视图；
图4是图2的B-B向视图；
图5是本发明中混合单体的三维视图；
图6是本发明用于现有SCR脱硝系统时的安装结构示意图。
附图标记的含义：1-省煤器出口，2-导流板A，3-竖直烟道，4-喷氨格栅，5-静态混合器，6-导流板B，7-整流格栅，8-催化剂层，9-SCR反应区，10-氨气母管，11-混合单体，12-混合单元，13-氨气喷嘴，14-氨气支管，15-一次旋转叶片，16-二次旋转叶片，17-中心圆板。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
本发明的实施例1：如图1～图6所示，一种新型强湍流静态混合器安装在脱硝系统入口的竖直烟道3内，包括喷氨格栅4和静态混合器5，静态混合器5由若干个混合单元12组成，静态混合器5位于喷氨格栅4的下游。混合单元12由四个混合单体11组成，混合单体11由一次旋转叶片15、二次旋转叶片16以及中心圆板17组成，混合单体11与所述竖直烟道3烟气流通方向呈30～60度的夹角。同一混合单元12的四个混合单体11位于同一矩形的四个直角处，沿顺时针方向或逆时针方向，任一相邻两个混合单体11沿对应的矩形中心轴线旋转90度后布置形式相同。一次旋转叶片15所在的面与混合单体11中心轴线呈30度至60度的夹角，且所有一次旋转叶片15所在的面与混合单体11中心轴线夹角相等。二次旋转叶片16所在的面与混合单体11的中心轴线呈30度至60度的夹角，且所有二次旋转叶片16所在的面与混合单体11中心轴线夹角相等。混合单体11的一次旋转叶片15、二次旋转叶片16和同一混合单元12的混合单体11三者的旋转方向相同，沿顺时针方向或逆时针方向。混合单元12与喷氨格栅4之间的距离大于或者等于混合单体11外接圆的直径，且小于或者等于混合单体11外接圆直径的三倍。混合单体11通过支撑杆固定在所述竖直烟道3内。同一混合单体11中一次旋转叶片15和二次旋转叶片16的个数均不小于3个。一次旋转叶片15的长度为混合单体11外接圆直径的3/20～7/20；二次旋转叶片16的长度为混合单体11外接圆直径的1/20～3/20；中心圆板17材质与混合单体11材质相同，中心圆板17的直径为混合单体11外接圆直径的1/10～5/10。
实施例2：如图1～图6所示，一种新型强湍流静态混合器安装在脱硝系统入口的竖直烟道3内，包括喷氨格栅4和静态混合器5，静态混合器5位于喷氨格栅4的下游，静态混合器5由若干个混合单元12组成，混合单元12由四个混合单体11组成，其中混合单体11包括一次旋转叶片15、二次旋转叶片16和中心圆板17。所述同一混合单元12的四个混合单体11位于同一矩形的四个直角处；沿顺时针方向或逆时针方向，相邻两个混合单体11沿对应的矩形中心轴线旋转90度后布置方式相同。沿顺时针方向或逆时针方向，所述同一混合单元12的四个混合单体11具有相同的旋向。或者沿顺时针方向或逆时针方向，所述同一混合单体11的一次旋转叶片15具有相同的旋向。或者沿顺时针方向或逆时针方向，所述同一混合单体11的二次旋转叶片16具有相同的旋向。或者，沿顺时针方向或逆时针方向，所述同一混合单元12的混合单体11、混合单体11的一次旋转叶片15、混合单体11的二次旋转叶片16三者具有相同的旋向。
实施例3：如图1～图6所示，一种新型强湍流静态混合器安装在脱硝系统入口的竖直烟道3内，包括喷氨格栅4和静态混合器5，静态混合器5位于喷氨格栅4的下游，静态混合器5由若干个混合单元12组成，混合单元12由四个混合单体11组成，其中混合单体11包括一次旋转叶片15、二次旋转叶片16和中心圆板17。沿顺时针方向或逆时针方向，所述同一混合单体11的一次旋转叶片15具有相同的旋向。所述同一混合单体11的一次旋转叶片15与混合单体11中心轴线呈30度至60度的夹角，且各一次旋转叶片15与混合单体11中心轴线夹角相等。其中混合单体11的一次旋转叶片15形状可以但不局限于三边形，三边形其中两条是直线、一条是弧线。所述同一混合单体11中一次旋转叶片15的个数至少有三个，其中一次旋转叶片15的长度为混合单体11外接圆直径的3/20～7/20。
实施例4：如图1～图6所示，一种新型强湍流静态混合器安装在脱硝系统入口的竖直烟道3内，包括喷氨格栅4和静态混合器5，静态混合器5位于喷氨格栅4的下游，静态混合器5由若干个混合单元12组成，混合单元12由四个混合单体11组成，其中混合单体11包括一次旋转叶片15、二次旋转叶片16和中心圆板17。沿顺时针方向或逆时针方向，所述同一混合单体11的二次旋转叶片16具有相同的旋向。所述同一混合单体11的二次旋转叶片16与混合单体11中心轴线呈30度至60度的夹角，且各二次旋转叶片16与混合单体11中心轴线夹角相等。其中混合单体11的二次旋转叶片16形状可以但不局限于四边形，四边形其中两条是直线、两条是弧线。所述同一混合单体11的二次旋转叶片16的个数至少有三个，其中二次旋转叶片16的长度为混合单体11外接圆直径的1/20～3/20。
实施例5：如图1～图6所示，一种新型强湍流静态混合器安装在脱硝系统入口的竖直烟道3内，包括喷氨格栅4和静态混合器5，静态混合器5位于喷氨格栅4的下游，静态混合器5由若干个混合单元12组成，混合单元12由四个混合单体11组成，其中混合单体11包括一次旋转叶片15、二次旋转叶片16和中心圆板17。所述混合单体11的中心圆板17材质与一次旋转叶片15、二次旋转叶片16材质相同，所述混合单体11的中心圆板17直径为混合单体11外接圆直径的1/10～5/10。所述喷氨格栅4与静态混合器5之间的距离大于或者等于混合单体11外接圆的直径，且小于或者等于混合单体11外接圆直径的三倍。所述混合单体11通过支撑杆固定在竖直烟道3内。
本发明的一种实施例的工作原理：从图1可以清楚的看到静态混合器5的布置方式；从图3可以清楚的看到静态混合器5的混合单体11、混合单元12；从图3和图4可以看出氨气经氨气母管10流经各氨气支管14并从氨气喷嘴13喷入竖直烟道3与烟气混合。从图5可以清楚的看到混合单体11的结构形式，包括一次旋转叶片15、二次旋转叶片16以及中心圆板17。如图6所示，高温、高尘烟气离开省煤器出口1后，经90°弯头进入水平烟道，然后经导流板A2后进入竖直烟道3内。喷氨格栅4安装在竖直烟道3内，静态混合器5安装在喷氨格栅4下游，本发明实施过程中，可根据不同的烟气条件设置混合单体11与喷氨格栅4之间的距离L。混合单体11与喷氨格栅4之间的距离大于或者等于混合单体11外接圆的直径，且小于或者等于混合单体11外接圆直径的三倍。混合单体11通过支撑杆固定在竖直烟道3内。烟气经过静态混合器5后经导流板B6及整流格栅7进入SCR反应区9，烟气经过静态混合器5后，氨气-烟气充分混合，在第一层催化剂层8上方0.5m处NH3浓度的相对标准偏差(Cv)较小，满足技术指标要求，同时氨气-烟气混合距离大大缩短，提高脱硝效率。通过仿真计算对静态混合器5安装前后的效果进行了对比，经计算，安装前第一层催化剂层8上方0.5m处氨气浓度Cv值为11.3％，安装静态混合器5后第一层催化剂层8上方0.5m处氨气浓度Cv值降低到3.4％，静态混合器5的阻力为59Pa，满足各项技术指标技术要求。
Claims (10)
1.一种新型强湍流静态混合器，安装在脱硝系统入口的竖直烟道(3)内，其特征在于，包括喷氨格栅(4)和静态混合器(5)，静态混合器(5)位于喷氨格栅(4)的下游，静态混合器(5)由若干个混合单元(12)组成，混合单元(12)由四个混合单体(11)组成，其中混合单体(11)包括一次旋转叶片(15)、二次旋转叶片(16)和中心圆板(17)。
2.根据权利要求1所述的新型强湍流静态混合器，其特征在于，所述同一混合单元(12)的四个混合单体(11)位于同一矩形的四个直角处；沿顺时针方向或逆时针方向，相邻两个混合单体(11)沿对应的矩形中心轴线旋转90度后布置方式相同。
3.根据权利要求1所述的新型强湍流静态混合器，其特征在于，所述同一混合单元(12)的四个混合单体(11)具有相同的旋向，或者所述同一混合单体(11)的一次旋转叶片(15)具有相同的旋向，或者所述同一混合单体(11)的二次旋转叶片(16)具有相同的旋向。
4.根据权利要求3所述的新型强湍流静态混合器，其特征在于，所述同一混合单体(11)的一次旋转叶片(15)与混合单体(11)中心轴线呈30度至60度的夹角，且各一次旋转叶片(15)与混合单体(11)中心轴线夹角相等。
5.根据权利要求3所述的新型强湍流静态混合器，其特征在于，所述同一混合单体(11)的二次旋转叶片(16)与混合单体(11)中心轴线呈30度至60度的夹角，且各二次旋转叶片(16)与混合单体(11)中心轴线夹角相等。
6.根据权利要求4所述的新型强湍流静态混合器，其特征在于，所述同一混合单体(11)中一次旋转叶片(15)的个数至少有三个，其中一次旋转叶片(15)的长度为混合单体(11)外接圆直径的3/20～7/20。
7.根据权利要求5所述的新型强湍流静态混合器，其特征在于，所述同一混合单体(11)的二次旋转叶片(16)的个数至少有三个，其中二次旋转叶片(16)的长度为混合单体(11)外接圆直径的1/20～3/20。
8.根据权利要求1所述的新型强湍流静态混合器，其特征在于，所述混合单体(11)的中心圆板(17)直径为混合单体(11)外接圆直径的1/10～5/10。
9.根据权利要求1所述的新型强湍流静态混合器，其特征在于，所述喷氨格栅(4)与静态混合器(5)之间的距离大于或者等于混合单体(11)外接圆的直径，且小于或者等于混合单体(11)外接圆直径的三倍。
10.根据权利要求1所述的新型强湍流静态混合器，其特征在于，所述同一混合单元(12)的混合单体(11)、混合单体(11)的一次旋转叶片(15)、混合单体(11)的二次旋转叶片(16)三者具有相同的旋向；所述混合单体(11)通过支撑杆固定在竖直烟道(3)内。
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