CN109821379B - 用于提高氨气分布均匀度的喷氨装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于提高氨气分布均匀度的喷氨装置。该装置安装在进入脱硝反应器之前的混合烟道截面上，目的是将喷出的氨气与烟气充分混合，最大限度的满足氨氮摩尔比的需求。该装置的喷氨格栅由喷氨管路布置而成，包括喷氨母管、一级喷氨支管和二级喷氨支管；所述喷头具有环形喷口和圆锥导流片，环形喷口朝向与烟气流向一致顺流布置。喷嘴的环形喷口和圆锥形导流片有利于氨气的扩散和导向。喷氨格栅装置的布置，可有效缩短氨气与烟气的混合距离，提高氨分布的均匀性。

Description

用于提高氨气分布均匀度的喷氨装置

技术领域

本发明涉及一种在脱硝反应器前烟道内的格栅喷氨装置及其喷头，属于脱硝系统工程领域。

背景技术

近年来，随着对火电厂NO_X排放要求日趋严格，随着超低排放的实施，火电厂烟气脱硝改造日趋成熟。火电机组NO_X排放严格限制在30mg/m³以下甚至更低，这就对脱硝反应器的效率提出了更高的要求。

由于烟道内烟气流场分布不均匀，如果按照正常的氨氮摩尔比进行喷氨流量控制，则烟道截面上很多区域会喷氨不足，从而引起氨氮摩尔比失调。为了达到NO_X出口排放标准，保证脱硝反应效率，很多脱硝系统都存在喷氨过量的问题，由此产生的氨逃逸变成了二次污染物，喷氨过量产生的硫酸氢铵经常造成空预器堵塞，增加了烟气整个系统压降，这大大增加了系统维护量和运营成本。因此喷氨系统的精细化显得尤为重要，提高氨气与烟气的混合均匀度，在有限的烟道长度能充分混合，尽量减少过量喷氨。

发明内容

本发明针对脱硝前烟道内喷氨与烟气混合不均匀的问题，提出了一种用于提高氨气分布均匀度的喷氨装置，该结构可有效的提升烟气与氨气的混合均匀度。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于提高氨气分布均匀度的喷氨装置，包括喷氨格栅及喷头，喷氨格栅安装在烟道截面上并与烟气方向垂直，在喷氨格栅的下游对应喷头布置静态混合板，所述喷氨格栅由喷氨管路布置而成，包括喷氨母管、一级喷氨支管和二级喷氨支管；若干一级喷氨支管从喷氨母管上垂直引出，经喷氨阀后穿过烟道壁插入烟道，并相互平行均匀排布在烟道截面上，一级喷氨支管将烟道截面均匀分为若个区域；二级喷氨支管从一级喷氨支管上垂直引出，并分布在一级喷氨支管的两侧，每侧二级喷氨支管上至少设有两个喷头，各二级喷氨支管相互平行，将烟道截面上划分成若干分区；所述喷头具有环形喷口和圆锥导流片，环形喷口朝向与烟气流向一致顺流布置。

优选地，所述喷头包括喷管、圆柱形芯和圆锥导流片，喷管上口中心安装圆柱形芯，喷管下口用于连接水管，喷管和圆柱形芯之间的间隙形成环形喷口，圆柱形芯向外由连接段与倒置的圆锥导流片连接为一体。

优选地，一体的圆柱形芯、连接段和圆锥导流片通过加强连杆支撑连接在喷管上。

优选地，圆锥导流片的扩散夹角取150度。

该圆柱形芯的下端口设45度倒角，该倒角与喷管管壁形成的喇叭形逐渐收窄结构。

优选地，一级喷氨支管间隔为1000mm～1300mm；二级喷氨支管间距为500mm～700mm，根据烟道内实测流场分布而定。

优选地，一级喷氨支管采用DN150～DN 200无缝钢管制成；二级喷氨支管采用DN100左右的无缝钢管制成；喷头主体采用DN50无缝钢管制成。

优选地，喷氨格栅装置的下游布置静态混合板，静态混合板为多层分布、每层由多片相互间隔布置的扇形导流板组成，用于将喷头喷出的氨气和烟气二次混合。

优选地，喷头中，圆柱形芯直径B与其高度C比例取1:1；圆柱形芯直径B与环形喷口宽度A比例取4：1；连接段直径E与圆柱形芯直径B的比例取1:2；连接段高度G与扇形导流片高度F的比例取1：5；圆锥导流片最大直径D与连接段直径E比例取6:1，喷管口径(B+2A)与倒圆锥导流片最大直径D比例取1:2。

本发明相比现有技术具有如下有益效果：

1、该格栅喷氨装置的管路布置和喷头结构，有利于氨气的扩散和导向，可有效缩短氨气与烟气的混合距离，提高氨分布的均匀性，最大限度的保持氨氮摩尔比在合理范围内。有效的减少喷氨过量带来的氨逃逸形成二次污染以及副产物硫酸氢氨对下游的空预器造成的堵塞，同时避免因喷氨不足导致的氮氧化物排放超标等问题。

2、该装置的一级喷氨支管、二级喷氨支管，将烟道截面划分为多个矩形区域，有利于对喷氨的定量控制，这种分区的理念可结合该区域的烟气流量前馈测量，为精细化喷氨创造有利的条件。

3、环形喷口结构有效防止喷头的堵塞，因氨气喷口朝向与烟气流向一致，且喷口上方有圆锥导流片的保护，不利于灰尘的累积和倒灌，在喷口为正压的条件下不易积灰，避免了因喷口堵塞造成的截面喷氨不均。

4、所配置的静态混合器，不但有利于氨气与烟气的混合，同时对烟气起到整流和重布的作用，有利于提高烟道内流场的均匀度。

附图说明：

图1为本发明实施例中喷头结构示意图；

图2为图1的C-C向示意图；

图3为本发明实施例中格栅装置布置示意图(也作摘要附图)；

图4为本发明实施例中喷头导流方向示意图；

图5为本发明实施例中喷氨格栅装置与静态混合板结构示意图；

图6为图2的比例标注图；

图中：1-倒圆锥导流片；2-喷管；3-圆柱形芯；4-环形喷口；5-加强连杆；6-一级喷氨支管；7-二级喷氨支管；8-喷头；9-静态混合板。

具体实施方案

下面结合附图说明，对本发明作进一步说明。

实施一：

本发明的用于提高氨气分布均匀度的喷氨装置，该装置包括喷氨格栅及喷头，安装在进入脱硝反应器之前的混合烟道截面上，目的是将喷出的氨气与烟气充分混合，最大限度的满足氨氮摩尔比的需求。

喷氨格栅安装在烟道截面上并与烟气方向垂直，在喷氨格栅的下游对应喷头布置静态混合板。喷头具有环形喷口4和圆锥导流片1，有利于氨气的扩散和导向，环形喷口朝向与烟气流向一致顺流布置，如图4所示。

如图3所示，喷氨格栅由喷氨管路布置而成，包括喷氨母管、一级喷氨支管6和二级喷氨支管7。

一级喷氨支管6从烟道外的喷氨母管上垂直引出，穿过烟道壁，贯穿整个烟道截面，该支管数量根据烟道宽度确定，支管间隔在1000mm～1300mm，在水平方向上，将烟道截面划分为若干区域。在该支管上游(烟道外)的管路上通常配有喷氨阀，可在精细喷氨调节系统中，根据实际的氮氧化物浓度和烟气流量实时调节喷氨量。考虑到该支管贯穿烟道，跨度较大，为减少支管远端喷口阻力，一般采用DN150～DN 200无缝钢管。

二级喷氨支管7从一级喷氨支管上垂直引出，分布在一级喷氨支管的两侧，二级喷氨支管间距500mm～700mm，根据烟道内实测流场分布而定。二级喷氨支管相互平行，将烟道在水平方向上划分成若干分区，二级喷氨支管一般采用DN100左右的无缝钢管。

喷头8焊接在二级喷氨支管上，每根二级喷氨支管每侧上设有至少2个喷头，喷头数量和间距，按实际烟气流场分布确定，在高流速区域可适当增加喷头密度。喷头主体采用DN50无缝钢管制造。如图1、图2所示，喷头8包括喷管2、圆柱形芯3和圆锥导流片1，喷管2上口中心安装圆柱形芯，喷管2下口用于连接水管，喷管2和圆柱形芯3之间的间隙形成环形喷口4，圆柱形芯向外由连接段与倒置的圆锥导流片连接为一体。一体的圆柱形芯、连接段和圆锥导流片通过加强连杆5支撑连接在喷管2上。

如图5所示，静态混合板9起到辅助混合作用，混合板与喷头位置有对应关系，每组支管对应一片混合板，该混合板为左右交错斜向分布，烟气在混合板表面撞击后形成较强的紊流区域，更有利于与氨气的混合，并将烟气重新分割整流，混合均匀后流向下游脱硝反应装置。至此，该格栅装置在烟道截面上实现了氨气与烟气的均匀混合。

本发明在喷氨支管上增加调节阀，根据烟道内气量和流场分布实时调节各喷氨支路的喷氨气量，实现按需匹配。这种精细化喷氨方案有较好的实用效果。但也对喷氨格栅的布置和喷头的混合效果提出了更高的要求，本发明就是在这样的背景下，为精细化喷氨的有效实现，提供了一种有效的喷氨格栅装置及喷头。

实施二：

本发明用于提高氨气分布均匀度的喷氨装置，在该装置的应用中烟气与氨气的有效混合实施方案如下：

氨气从烟道外的喷氨母管进入若干个一级喷氨支管6，该支管从喷氨母管上垂直引出，然后穿过烟道壁贯穿烟道，并在水平方向上将烟道截面划分为若干个分区。每个一级喷氨支管6两侧均匀安装有多排二级喷氨支管7，该二级喷氨支管7在垂直方向上均匀将烟道截面划分为若干分区，二级喷氨支管间隔为500mm～700mm。在每个二级喷氨支管7上安装有多个喷头8，按烟气的实际流场分布可调整喷头的间隔密度。

喷管2上端为环形喷口4，该喷口朝向与烟气流向一致，喷头8主体为直径约50mm的无缝钢管，钢管中心装有圆柱形芯3，在喷管2内部起到环形分流作用，当氨气从环形喷口4喷出后撞击到圆锥导流片1后，成150度夹角按扇形向四周扩散，在局部形成直径500mm左右的均匀的混合扩散带，该扩散区的氨气撞击到静态混合板9上，在局部形成较强的紊流，从而实现了氨气与烟气的均匀混合。

实施三：

可选地，本实例对喷头的进一步设计，喷头的喷管2中心安装有圆柱形芯3，其圆柱形芯直径B与环形喷口宽度A比例为4：1，形成窄而细的风道型切口，增加了环形喷口喷氨压力，使得喷出的氨气撞击在扇形导流片上之后，在导流片内侧形成一圈扇形的紊流区域，有利于氨气的均布与扩散。

圆锥导流片1与圆柱形芯3的连接段直径E，与圆柱形芯直径B的比例为1:2；连接段高度G，与扇形导流片高度F的比例为1：5，该连接段处为向内收缩的变径结构，向内收缩的区域为一环形负压区，该区域的作用是增加氨气在进入导流片交界面的局部扰动，形成回流气旋，从而增加喷氨口向四周扩散的紊流程度。

圆柱形芯3直径B与高度C比例接近1:1，是一个比较匀称的圆柱体，利于喷口圆周压力均匀，该圆柱的下端口45度倒角，倒角宽度接近环形喷口宽度，倒角与管壁形成的喇叭形逐渐收窄结构，有利于喷头内流场均匀过渡，减小变径阻力。

经喷头喷出的氨气在喷管内经过了两次导流，第一次是在管内经由圆柱形芯分流至管壁，第二次导流是经环形喷口喷出后，氨气经喷口上方的倒圆锥形导流片，将氨气由中心均匀呈扇形向四周扩散。倒圆锥形导流片最大直径D与连接段直径E比例约6:1，扩散夹角约150度，喷口直径(B+2A)：D＝1:2，在不增加喷管直径的前提下，经过倒锥形导流片的扩散作用，实际将喷口面积扩大了4倍以上。

Claims (5)

1.一种用于提高氨气分布均匀度的喷氨装置，包括喷氨格栅及喷头，喷氨格栅安装在烟道截面上并与烟气方向垂直，在喷氨格栅的下游对应喷头布置静态混合板，其特征在于：所述喷氨格栅由喷氨管路布置而成，包括喷氨母管、一级喷氨支管和二级喷氨支管；若干一级喷氨支管从喷氨母管上垂直引出，经喷氨阀后穿过烟道壁插入烟道，并相互平行均匀排布在烟道截面上，一级喷氨支管将烟道截面均匀分为若个区域；二级喷氨支管从一级喷氨支管上垂直引出，并分布在一级喷氨支管的两侧，每侧二级喷氨支管上至少设有两个喷头，各二级喷氨支管相互平行，将烟道截面上划分成若干分区；所述喷头具有环形喷口和圆锥导流片，环形喷口朝向与烟气流向一致顺流布置；圆锥导流片的扩散夹角取150度；圆柱形芯的下端口设45度倒角，该倒角与喷管管壁形成的喇叭形逐渐收窄结构；所述喷头包括喷管、圆柱形芯和圆锥导流片，喷管上口中心安装圆柱形芯，喷管下口用于连接水管，喷管和圆柱形芯之间的间隙形成环形喷口，圆柱形芯向外由连接段与倒置的圆锥导流片连接为一体；一体的圆柱形芯、连接段和圆锥导流片通过加强连杆支撑连接在喷管上。

2.根据权利要求1所述用于提高氨气分布均匀度的喷氨装置，其特征在于：一级喷氨支管间隔为1000mm~1300mm；二级喷氨支管间距为500mm~700mm，根据烟道内实测流场分布而定。

3.根据权利要求2所述用于提高氨气分布均匀度的喷氨装置，其特征在于：一级喷氨支管采用DN150~DN 200无缝钢管制成；二级喷氨支管采用DN100的无缝钢管制成；喷头主体采用DN50无缝钢管制成。

4.根据权利要求1所述用于提高氨气分布均匀度的喷氨装置，其特征在于：喷氨格栅装置的下游布置静态混合板，静态混合板为多层分布、每层由多片相互间隔布置的扇形导流板组成，用于将喷头喷出的氨气和烟气二次混合。

5.根据权利要求1-4任一所述用于提高氨气分布均匀度的喷氨装置，其特征在于：喷头中，圆柱形芯直径B与其高度C比例取1:1；圆柱形芯直径B与环形喷口宽度A比例取4：1；连接段直径E与圆柱形芯直径B的比例取1:2；连接段高度G与扇形导流片高度F的比例取1：5；圆锥导流片最大直径D与连接段直径E比例取6:1，喷管口径（B+2A）与倒圆锥导流片最大直径D比例取1:2。

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