CN110038418A - 一种用于煤粉炉的旋片式sncr脱硝混合系统及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种用于煤粉炉的旋片式SNCR脱硝混合系统及其工作方法，属于SNCR技术领域。通过在水平烟道内设置由若干旋流数小于0.6的旋片组成的旋片混合器，使与第一还原剂喷射点和第二还原剂喷射点喷射出的还原剂混合后的烟气流经旋片混合器后成为弱旋流，使烟气与还原剂的混合增强，还原剂液滴与烟气中的NOx等分子接触概率提高，烟气整体停留时间增长，处于最佳脱硝温度区间的时间增加，提高SNCR脱硝效率，降低煤粉炉SCR反应器脱硝比重，减少催化剂体积，降低脱硝运行成本，同时可以减少还原剂逃逸，对后续尾部受热面积灰焦有益。
Description
技术领域
本发明属于煤粉炉SNCR技术领域，具体涉及一种用于煤粉炉的旋片式SNCR脱硝混合系统及其工作方法。
背景技术
在燃煤发电所排放的大气污染物中，NOx是一种主要的大气污染物质，NOx与碳氢化合物可以在强光作用下造成光化学污染，排放到大气中的NOx是形成酸雨的主要原因，严重危害生态环境。目前国内65％左右的NOx是由煤燃烧所产生的，因此作为主要燃煤设备的电站锅炉和工业锅炉成为今后控制NOx排放所必须关注的焦点。
总的来看，控制NOx排放的方法主要分为以下三个方面：燃烧前控制、燃烧过程中控制和燃烧后控制。燃烧前控制的方法是通过降低煤等燃料中的氮元素含量，从而降低NOx的生成。但洗煤、配煤、选煤和加氨脱氮等方法既成本高又工艺复杂，且对于脱除热力型NOx效果不大，因此相关的应用较少。目前烟气脱硝的主要应用侧重于燃烧过程中和燃烧后。基于燃烧过程中的脱硝包括：烟气再循环技术、空气分级燃烧、燃料分级燃烧技术、低氮燃烧器技术、低过量空气燃烧技术等。燃烧过程中这些改进措施的应用能够部分程度地降低NOx生成，但脱硝率并没有提高。同时还会造成燃烧效率降低等负面影响。燃烧后控制即烟气脱硝技术，主要分为选择性非催化还原反应法(SNCR)和选择性催化还原反应法(SCR)技术。SNCR技术是把还原剂(通常为一定浓度的氨水、尿素或其他氨基物质)采用特定型式的喷嘴，喷入到炉膛中合适的温度范围内(一般为850℃～1000℃)，喷入的还原剂会与烟气混合，产生一系列的化学反应将烟气中的NOx变为N2，从而达到脱硝的目的。SCR技术是指在烟气中喷入氨、烃类和其它还原剂反，同时加入催化剂将NOx转化为无污染的N2和H2O。催化剂的化学组成，结构、寿命周期和价格等相关的因素可直接影响SCR技术的脱硝效率。目前的燃煤机组脱硝过程基本上通过燃烧后的烟气脱硝技术脱除大部分NOx然后辅以部分燃烧中控制方法。
目前大部分煤粉炉的烟气脱硝，由低氮燃烧器、分级燃烧技术、SNCR脱硝结合SCR技术为主，存在如下问题：1)在不影响燃烧效率的前提下，低氮和分级燃烧技术降低NOx原始排放有限；2)SNCR脱硝效率低，氨或尿素与烟气混合不充分，停留时间不够；3)SCR脱硝占整体脱硝效率比重大，催化剂的寿命和昂贵的价格使得运行成本较高，催化剂的效率也直接影响整体脱硝效率不稳定。
公开号为CN204933218U的专利文献公开了本实用新型公开了一种用于煤粉炉的SNCR+SCR联合脱硝装置，其特征在于SNCR反应区的内壁设有单层或沿竖直方向间隔布置的多层第一喷枪组，烟道水平段内壁设有单层或沿水平方向间隔布置的多层第二喷枪组。该系统利用前面SNCR反应区的逃逸氨作为后面反应区的还原剂，水平段转向室内补充喷枪组，在反应区氨逃逸不足的情况下，补充还原剂氨水溶液，有效降低氨逃逸率。但是该系统依旧没有解决SNCR反应混合不充分，停留时间低的问题。
公开号为CN203862126U的专利文献公开了一种用于四角切圆煤粉炉内脱硝的喷氨装置，其在烟道高度方向布置的多层喷氨单元，每层喷氨单元包括布置在锅炉前墙及侧墙的短枪和布置在四角的长枪，布置在锅炉四角的长枪与炉内气流的方向反切,强化了氨气在炉内的扩散，提高了锅炉的脱硝效率。同样该系统喷氨位置靠近燃烧区域，SNCR反应未处于高效区间，同时会较大程度的影响锅炉燃烧效率。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于煤粉炉的旋片式SNCR脱硝混合系统及其工作方法，使烟气与还原剂的混合增强，烟气整体停留时间增长，处于最佳脱硝温度区间的时间增加，提高SNCR脱硝效率，降低煤粉炉SCR反应器脱硝比重，减少催化剂体积，降低脱硝运行成本，同时可以减少还原剂逃逸。
本发明通过以下技术方案来实现：
本发明公开了一种用于煤粉炉的旋片式SNCR脱硝混合系统，包括锅炉炉膛、水平烟道和尾部烟道，锅炉炉膛设有燃烧器，锅炉炉膛上部设有用于向烟气中喷射还原剂的第一还原剂喷射点，第一还原剂喷射点的喷射方向与水平烟道平行，水平烟道顶部设有向烟气中喷射还原剂的第二还原剂喷射点，第二还原剂喷射点与的喷射方向与水平烟道垂直；水平烟道内设有旋片混合器，旋片混合器包括若干旋流数小于0.6的旋片，旋片混合器使流经第一还原剂喷射点和第二还原剂喷射点的烟气成为弱旋流后，进入尾部烟道。
优选地，旋片混合器包括框架，框架与水平烟道固定连接，若干旋片阵列排布在框架内；旋片包括空心圆管和若干螺旋片，螺旋片周向均布在空心圆管外壁，并与空心圆管固定连接，空心圆管与框架固定连接。
进一步优选地，螺旋片的外径为空心圆管直径的2～3倍，螺旋片沿轴向长度为空心圆管半径的1～2倍。
进一步优选地，单个旋片的螺旋片数量为6～8个。
进一步优选地，螺旋片为空心。
优选地，旋片布满水平烟道的横截面。
优选地，第一还原剂喷射点和第二还原剂喷射点包括多层布置的若干喷枪，喷枪总数C：
C＝W/Q单；
其中：W为还原剂消耗量，Q单为单个喷枪的喷射量；
第一还原剂喷射点的喷枪数C1：第二还原剂喷射点的喷枪数C2＝1:2。
优选地，第一还原剂喷射点和第二还原剂喷射点均通过管道连接有还原剂储槽，还原剂储槽内装有还原剂，管道上设有泵。
优选地，还原剂为氨或尿素。
本发明公开了上述用于煤粉炉的旋片式SNCR脱硝混合系统的工作方法，包括：煤粉颗粒由燃烧器喷入锅炉炉膛燃烧后，产生的烟气上升，与第一还原剂喷射点和第二还原剂喷射点喷射出的还原剂混合后进入布置在水平烟道内的旋片混合器，经旋片作用成为弱旋流后，进入尾部烟道。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的一种用于煤粉炉的旋片式SNCR脱硝混合系统，通过在水平烟道内设置由若干旋流数小于0.6的旋片组成的旋片混合器，使与第一还原剂喷射点和第二还原剂喷射点喷射出的还原剂混合后的烟气流经旋片混合器后成为弱旋流，相比于强旋流，弱旋流具有流场稳定，不存在回流区或回流区较小等特点。烟气在旋片的作用下，与还原剂的混合增强，还原剂液滴与烟气中的NOx等分子接触概率提高。同时由于弱旋流的作用，烟气整体停留时间增长，处于最佳脱硝温度区间的时间增加。因此，新增的旋片混合器可以提高SNCR脱硝效率(可提高至40％～50％)。进一步可以降低煤粉炉SCR反应器脱硝比重，减少催化剂体积，降低脱硝运行成本。同时可以减少还原剂逃逸，对后续尾部受热面积灰焦有益。
对于煤粉炉SNCR系统通常受限于混合程度与停留时间，SNCR脱硝效率较低，因此，本发明采用专门设计的基于旋片的旋流混合器来解决相应的问题，旋片中的流体质点在运动中不仅发生平动(或形变)，而且绕着自身的瞬时轴线作旋转运动，即有旋流中如有液体微团的旋转角速度不全为0。有旋流体无论是分子间的碰撞概率还是对应停留时间都大幅度增加，因此可以用来强化混合，提高化学反应效率。旋流数小于0.6的气流称为弱旋流，相比于强旋流，其具有流场稳定，不存在回流区或回流区较小等特点。由于煤粉炉尾部烟道设置的换热面需要保持烟气流场稳定，此处选用弱旋流不但可以起到强化SNCR反应的效果，也能保证后续流场稳定。旋流通常可由切向进风、离心风道等方法产生，但是对于煤粉炉烟道内，可改造变动空间小，本发明的由弱旋旋片构成的旋流混合器放置在烟道内，产生旋流。旋流数是表征旋流强度的无量纲数，取决于旋片的几何结构，而与气体种类，气流流速等其他外在因素无关，其定义为轴向角动量与轴向动量变化率和粗口半径的比。在旋片结构设计的过程中，在考虑烟道尺寸的同时，应以旋流数为最终校核指标。综上所述，本发明的用于煤粉炉的旋片式SNCR脱硝混合系统可以较大幅度提升SNCR反应效率，减少催化剂体积，降低运行成本和还原剂逃逸。
进一步地，旋片混合器由若干旋片阵列排布固定在框架内构成，使烟气和还原剂的混合体系能够均匀分布通过旋片混合器，效率高。
更进一步地，螺旋片的外径和沿轴向长度，是根据烟气流速和目标旋流数(小于0.6)计算得出的，通常设置螺旋片的外径为空心圆管直径的2～3倍，螺旋片沿轴向的长度为空心圆管半径的1～2倍，能够达到最优的旋流数。
更进一步地，单个旋片的螺旋片数量为6～8个，能够产生最稳定的弱旋流场，混合效果最好。
进一步地，旋片布满水平烟道的横截面，使经过的烟气能够从各个部位通过水平烟道，一方面避免遗漏，另一方面提高了反应效率。
进一步地，旋片采用空心结构，与实心旋片相比，空心弱旋旋片的阻力较低，烟气流速在15m/s以下时，空心旋片混合器阻力低于600Pa。
进一步地，第一还原剂喷射点的喷枪数和第二还原剂喷射点的喷枪数的比为1:2，第一喷射点的还原剂在喷枪雾化与烟气自身流场的共同作用下实现初步混合，其余还原剂在第二喷射点喷入，经旋片混合器，实现充分混合。分区域喷射不但可以充分利用流场和混合器，达到高效混合，也可以增加SNCR反应停留时间，最大程度地利用有效温度区间。
本发明公开的一种用于煤粉炉的旋片式SNCR脱硝混合系统的工作方法，煤粉颗粒燃烧生成的烟气上升后经过旋片混合器成为弱旋流，能够强化还原剂与烟气的混合，增加对应烟气的停留时间，进一步提升SNCR脱硝效率，经过旋流的烟气，紧接着进入尾部烟道换热后排出。该方法工艺简单，不需要额外设置复杂的部件即能提高现有煤粉炉SNCR反应效率，经济环保。
附图说明
图1为本发明的系统构成示意图；
图2为本发明的旋片混合器的结构示意图；
图3为本发明的旋片的结构示意图。
图中：1为锅炉炉膛，2为水平烟道，3为尾部烟道，4为泵，5为还原剂储槽，6为燃烧器，7为第二还原剂喷射点，8为第一还原剂喷射点，9为旋片混合器，9-1为框架，9-2为旋片，9-2-1为空心圆管，9-2-2为螺旋片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述，其内容是对本发明的解释而不是限定：
如图1，为本发明的用于煤粉炉的旋片式SNCR脱硝混合系统，包括锅炉炉膛1、水平烟道2和尾部烟道3，锅炉炉膛1设有燃烧器6，锅炉炉膛1上部设有用于向烟气中喷射还原剂的第一还原剂喷射点8，第一还原剂喷射点8的喷射方向与水平烟道2平行，水平烟道2顶部设有向烟气中喷射还原剂的第二还原剂喷射点7，第二还原剂喷射点7与的喷射方向与水平烟道2垂直；水平烟道2内设有旋片混合器9，旋片混合器9包括框架9-1和若干旋流数小于0.6的旋片9-2，框架9-1与水平烟道2固定连接，框架9-1与水平烟道2的横截面大小相等，则旋片9-2布满水平烟道2的横截面，如图2，若干旋片9-2阵列排布在框架9-1内；如图3，此处为了凸显螺旋片9-2-2的结构，只画出了相对180°的两个螺旋片9-2-2；旋片9-2包括空心圆管9-2-1和若干螺旋片9-2-2，螺旋片9-2-2与空心圆管9-2-1固定连接，空心圆管9-2-1与框架9-1固定连接。螺旋片9-2-2的外径为空心圆管9-2-1直径的2～3倍，螺旋片9-2-2沿径向的长度为空心圆管9-2-1半径的1～2倍。通常设置单个旋片9-2的螺旋片9-2-2数量为6～8个，螺旋片9-2-2优选为空心。
第一还原剂喷射点8和第二还原剂喷射点7包括多层布置的若干喷枪，喷枪数量由烟气中所含NOx浓度确定，通常总氨氮比为1.5～2，喷枪总数C：C＝W/Q单；其中：W为还原剂消耗量，Q单为单个喷枪的喷射量；第一还原剂喷射点8的喷枪数C1：第二还原剂喷射点7的喷枪数C2＝1:2。第一还原剂喷射点8和第二还原剂喷射点7均通过管道连接有还原剂储槽5，还原剂储槽5内装有还原剂，还原剂为氨或尿素，管道上设有泵4。
单个旋片9-2受加工精度的限制，直径一般小于1m，可根据水平烟道2的矩形横截面积计算旋片9-2的数量。在本发明的一个实施例中，旋片混合器9由15个旋片9-2组成，成5×3的阵列排布，空心圆管9-2-1与框架9-1焊接固定，空心圆管9-2-1外壁周向焊接固定有8片螺旋片9-2-2，经过旋片9-2的的烟气旋流会扩张，烟气旋流后扩张面积为旋片9-2本身面积的9～16倍，具有良好地效果。
本发明的用于煤粉炉的旋片式SNCR脱硝混合系统的工作方法，包括：
煤粉颗粒由燃烧器6喷入锅炉炉膛1燃烧后，产生的烟气上升，与第一还原剂喷射点8和第二还原剂喷射点7喷射出的还原剂混合后进入布置在水平烟道2内的旋片混合器9，经旋片9-2作用成为弱旋流后，进入尾部烟道3。
效果验证：
实验室内采用添加示踪粒子的方式，对本发明的旋片混合器9旋流效果进行研究采用一个平面置于旋片混合器9出口，则会发现示踪粒子均匀的撞击到平面上，并成圆形分布，圆形直径的大小取决于对应平面与旋流混合器出口的距离以及气流流速，结果表明对应弱旋流旋片9-2出口处的示踪粒子分散效果良好，均匀的分布在气流中。安装在锅炉的水平烟道2中，烟气与还原剂能够在旋片混合器9的作用下实现良好的混合，并形成稳定的弱旋流，减少还原剂的消耗，强化SNCR反应的效果。
需要说明的是，以上所述仅为本发明实施方式之一，根据本发明所描述的系统所做的等效变化，均包括在本发明的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于煤粉炉的旋片式SNCR脱硝混合系统，其特征在于，包括锅炉炉膛(1)、水平烟道(2)和尾部烟道(3)，锅炉炉膛(1)设有燃烧器(6)，锅炉炉膛(1)上部设有用于向烟气中喷射还原剂的第一还原剂喷射点(8)，第一还原剂喷射点(8)的喷射方向与水平烟道(2)平行，水平烟道(2)顶部设有向烟气中喷射还原剂的第二还原剂喷射点(7)，第二还原剂喷射点(7)与的喷射方向与水平烟道(2)垂直；水平烟道(2)内设有旋片混合器(9)，旋片混合器(9)包括若干旋流数小于0.6的旋片(9-2)，旋片混合器(9)使流经第一还原剂喷射点(8)和第二还原剂喷射点(7)的烟气成为弱旋流后，进入尾部烟道(3)。
2.根据权利要求1所述的用于煤粉炉的旋片式SNCR脱硝混合系统，其特征在于，旋片混合器(9)包括框架(9-1)，框架(9-1)与水平烟道(2)固定连接，若干旋片(9-2)阵列排布在框架(9-1)内；旋片(9-2)包括空心圆管(9-2-1)和若干螺旋片(9-2-2)，螺旋片(9-2-2)周向均布在空心圆管(9-2-1)外壁，并与空心圆管(9-2-1)固定连接，空心圆管(9-2-1)与框架(9-1)固定连接。
3.根据权利要求2所述的用于煤粉炉的旋片式SNCR脱硝混合系统，其特征在于，螺旋片(9-2-2)的外径为空心圆管(9-2-1)直径的2～3倍，螺旋片(9-2-2)沿轴向长度为空心圆管(9-2-1)半径的1～2倍。
4.根据权利要求2所述的用于煤粉炉的旋片式SNCR脱硝混合系统，其特征在于，单个旋片(9-2)的螺旋片(9-2-2)数量为6～8个。
5.根据权利要求2所述的用于煤粉炉的旋片式SNCR脱硝混合系统，其特征在于，螺旋片(9-2-2)为空心。
6.根据权利要求1所述的用于煤粉炉的旋片式SNCR脱硝混合系统，其特征在于，旋片(9-2)布满水平烟道(2)的横截面。
7.根据权利要求1所述的用于煤粉炉的旋片式SNCR脱硝混合系统，其特征在于，第一还原剂喷射点(8)和第二还原剂喷射点(7)包括多层布置的若干喷枪，喷枪总数C：
C＝W/Q单；
其中：W为还原剂消耗量，Q单为单个喷枪的喷射量；
第一还原剂喷射点(8)的喷枪数C1：第二还原剂喷射点(7)的喷枪数C2＝1:2。
8.根据权利要求1所述的用于煤粉炉的旋片式SNCR脱硝混合系统，其特征在于，第一还原剂喷射点(8)和第二还原剂喷射点(7)均通过管道连接有还原剂储槽(5)，还原剂储槽(5)内装有还原剂，管道上设有泵(4)。
9.根据权利要求1所述的用于煤粉炉的旋片式SNCR脱硝混合系统，其特征在于，还原剂为氨或尿素。
10.根据权利要求1～9任意一项所述用于煤粉炉的旋片式SNCR脱硝混合系统的工作方法，包括：
煤粉颗粒由燃烧器(6)喷入锅炉炉膛(1)燃烧后，产生的烟气上升，与第一还原剂喷射点(8)和第二还原剂喷射点(7)喷射出的还原剂混合后进入布置在水平烟道(2)内的旋片混合器(9)，经旋片(9-2)作用成为弱旋流后，进入尾部烟道(3)。
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| CN201910412974.3A CN110038418A (zh) | 2019-05-17 | 2019-05-17 | 一种用于煤粉炉的旋片式sncr脱硝混合系统及其工作方法 |
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2019
- 2019-05-17 CN CN201910412974.3A patent/CN110038418A/zh active Pending
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