CN110193285A - 一种scr脱硝系统的氨喷射混流装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种SCR脱硝系统的氨喷射混流装置，包括氨喷射单元和静态混合器(3)，所述氨喷射单元包括相互连接的喷氨管(1)和喷嘴(2)，所述静态混合器(3)包括导流板组件，所述喷嘴(2)为曲线齿圆锥齿轮形，且沿氨气喷射方向渐扩，所述导流板组件包括多个梯形板(4)，以及分别连接多个梯形板(4)靠近喷嘴(2)一端的平面板(5)，所述平面板(5)与喷嘴(2)横截面平行，所述多个梯形板(4)沿氨气喷射方向呈放射状，氨气在喷嘴(2)中旋转后喷出，经导流板组件与烟气混合。与现有技术相比，可以使得氨气在喷嘴(2)中就形成旋转扰动，增大氨气与烟气的混合周界，有效地解决了氨初始喷入烟道时和烟气混合效率较差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及烟气环保脱硝领域，尤其是涉及一种SCR脱硝系统的氨喷射混流装置。
背景技术
选择性催化还原法(SCR)是目前国内外电厂应用最广泛的烟气脱硝技术，将还原剂(NH3)通过管道喷入烟道中，与烟道中的氮氧化物(NOx)在催化剂的作用下进行催化还原反应，生成N2和H2O，从而有效减少NOx的排放，达到脱硝的目的。为了保证脱硝效率，在到达催化剂入口前，需保证NH3和NOx能够均匀混合。然而，实际电厂中，由于催化剂入口前烟道长度、截面突变、流场不均匀等限制，NH3与NOx很难达到混合均匀。
在现有技术中，烟气与氨气均混装置常见的有两种方式，第一种是采用圆形喷嘴式的喷氨格栅，配合导流板进行扰流，一般导流板个数与喷嘴个数一一对应。此方式的特点是工艺简单，但烟气与氨的混合效率低，需要很长的混合通道进行均匀混合。第二种方式是通过分区对喷氨管流量进行调节以及对喷嘴阀门开度进行调节，以匹配来流烟气量，但该方式实际操作时较为复杂。由此可见，喷氨装置的设计需要考虑避免较为复杂的操作同时，在有限的烟道内提高烟气和氨的混合均匀性。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种SCR脱硝系统的氨喷射混流装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种SCR脱硝系统的氨喷射混流装置，包括氨喷射单元和静态混合器，所述氨喷射单元包括相互连接的喷氨管和喷嘴，所述静态混合器包括导流板组件，所述喷嘴为曲线齿圆锥齿轮形，且沿氨气喷射方向渐扩，所述导流板组件包括多个梯形板，以及分别连接多个梯形板靠近喷嘴一端的平面板，所述平面板与喷嘴横截面平行，所述多个梯形板沿氨气喷射方向呈放射状，氨气在喷嘴中旋转后喷出，经导流板组件与烟气混合。
所述的曲线齿为S形曲线齿。
所述的平面板为正多边形或圆形。
所述的多个梯形板与平面板中心轴线夹角为15°～60°。
所述的多个梯形板环绕平面板均匀分布。
所述的多个梯形板间隔设置。
所述的曲线齿数量等于多个梯形板数量。
所述的喷嘴流股扩张角度为15°～60°。
所述的曲线齿数量为4～12个。
沿氨气喷射方向，所述的多个梯形板宽度增加。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)曲线齿圆锥齿轮形喷嘴可以使得氨气在喷嘴中就形成旋转扰动，增大氨气与烟气的混合周界，有效地解决了氨初始喷入烟道时和烟气混合效率较差的问题。
(2)静态混合器包括多个梯形板，以及分别连接多个梯形板靠近喷嘴一端的平面板，与曲线齿圆锥齿轮形喷嘴匹配，可进一步地加大氨气的扰动范围，使得氨气更好的与烟气扩散混合，在较短的空间距离里实现烟气-氨的均匀混合。
(3)操作方便，结构简单，成本较低，实现起来较为容易。
(4)曲线齿为S形曲线齿，可以更好地对氨气形成旋转扰动。
(5)平面板为正多边形或圆形，多个梯形板环绕平面板均匀分布，多个梯形板间隔设置，曲线齿数量等于多个梯形板数量，曲线齿数量为4～12个，沿氨气喷射方向多个梯形板宽度增加，使静态混合器可以发挥更好的混合作用。
(6)喷嘴流股扩张角度为15°～60°，多个梯形板与平面板中心轴线夹角为15°～60°，可以使静态混合器更好地配合喷嘴，以达到更好的混合效果。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明喷嘴的立体结构图；
图3为本发明喷嘴沿氨气喷射方向的正视立体图；
图4为本发明喷嘴沿烟气流动方向的后视立体图；
图5为本发明静态混合器的结构示意图；
图6为本发明导流板组件的正视图；
图7(a)为实施例1中本发明喷嘴出口面气流速度流线图；
图7(b)为实施例1中传统圆形喷嘴出口面气流速度流线图；
图8(a)为实施例1中本发明喷嘴出口面气流速度流线图的局部放大图；
图8(b)为实施例1中传统圆形喷嘴出口面气流速度流线图的局部放大图；
图9(a)为实施例1中本发明导流板后方NH3浓度云图；
图9(b)为实施例1中传统圆导流板后方NH3浓度云图；
附图标记：
1为喷氨管；2为喷嘴；3为静态混合器；4为多个梯形板；5为平面板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
实施例1
图1所示为一种适用于SCR脱硝系统的氨喷射混流装置，包括氨喷射单元和静态混合器3，氨喷射单元包括喷氨管1和喷嘴2，以一根喷氨管为实施例，管上均布两个曲线齿圆锥齿轮形的喷嘴2，每个喷嘴2后方对应一个静态混合器3。
如图2、3、4所示，曲线齿为S形曲线齿，即可以使氨气气流在喷嘴2通道中旋转；出口截面为齿轮形，包含6组齿顶和6组齿根，全部齿顶(齿根)位于以截面中心为圆心的齿顶圆(齿根圆)上，图4中，相邻齿顶点a和齿根点b的连线经过圆心，各齿顶或齿根绕圆心的角度均为30°，全齿高为0.03m，齿顶圆半径为0.11m，齿根圆半径为0.08m。喷嘴2的氨气入口面中心距齿根的垂直距离为0.05m。
如图5、6所示，静态混合器3位于喷嘴2正后方，每个静态混合器3包含6块直梯形板和一块正12边形平面板，6块直梯形板沿氨气喷射方向呈放射状，正12边形平面板位于喷嘴2出口正后方，与喷嘴2横截面平行，且无缝连接6块直梯形板靠近喷嘴2一端，距离喷嘴2氨气出口面的垂直距离为0.2m，正12边形平面板的周长小于喷嘴2氨气出口面上齿根圆的周长。
静态混合器3的直梯形板与喷嘴齿顶面对应，其中直梯形板起始边(靠近喷嘴2一端)为直线，6块直梯形板与正12边形平面板中心轴线的夹角均为45°，6块直梯形板绕正12边形平面板中心轴线，旋转60°均匀分布，长底边为远离喷嘴2一侧，即顺着烟气流向，直梯形板逐渐变宽，前后底边长度比为1：3，高为0.3m。
在本实施例中，比较了传统圆形直喷嘴(称为Ⅰ型)和本实施例曲线齿圆锥齿轮形的喷嘴2(称为Ⅱ型)的流场及流动特性。比较原则如下，烟气入口流速和氨气入口流速进行匹配。根据SCR化学反应式，NO和NH3的物质的量之比为1，由体积流量换算出NO和NH3入口速度之比。采取控制变量的方法，其中两次模拟的计算域一样，喷氨管1尺寸布置相同，入口速度对应相等。控制本实施例喷嘴2氨气入口和传统圆喷嘴氨气入口面积相同，均为1.83×10-4m2，其中Ⅰ型喷嘴氨气入口周长为0.504m，水力直径为1.45×10-3m，Ⅱ型喷嘴2入口周长为0.913m，水力直径为8.02×10-4m。
图7(a)和图8(a)给出氨气在本实施例喷嘴2出口截面的流线图，由于喷嘴2通道为旋转渐扩式齿轮、曲线齿为S形曲线齿，氨气在喷嘴2通道内高速旋转，在每个齿峰的后面都会形成一个涡流区，该涡流区引导氨气气流和烟气气流的对流混合；在出口截面的中心区域还形成两股方向相反的涡流区，使中心氨气气流向径向扩散；增加了喷氨氨气和水平烟气的接触周界，加强两者之间的混合；对于氨气初始喷入时和烟气混合效率低，具有明显的改善作用。作为对比，氨气在传统圆形喷嘴后方中心区域无涡流扰动，计算结果示于图7(b)和图8(b)。由图中可以看出，中心区域外气流扰动范围比本实施例小，约为本实施例的32.5％，达不到在初始阶段与烟气混合较好的效果。本实施例曲线齿圆锥齿轮形的喷嘴2还有如下优点，曲线齿圆锥齿轮形的喷嘴2的周界比传统圆形喷嘴、圆锥扩口形喷嘴长，增加了氨气气流和来流烟气的接触面积。例如，本实施例中，喷嘴2周界是传统圆形喷嘴的1.995倍。
图9显示了单个的喷嘴2喷氨时，NH3在静态混合器3后方的扩散浓度，选取同一平面，对比图9(a)和图9(b)两幅图可以发现，图9(a)中NH3经本实施例静态混合装置后，在混合器后方、催化剂层前方扩散的更为充分，相比图9(b)传统圆形静态混合器，增大了氨气与烟气的混合周界，使两者更均匀的混合。
实施例2
每个静态混合器3包含6块弧形梯形板和一块圆形平面板，6块弧形梯形板靠近喷嘴2一端形成圆形，圆形平面板无缝连接6块弧形梯形板靠近喷嘴2一端。其余同实施例1。
实施例3
曲线齿与直梯形板数量均为10个，正20边形连接10个直梯形板靠近喷嘴2一端。其余同实施例1。
实施例4
直梯形板与正12边形平面板中心轴线夹角为50°，其余同实施例1。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种SCR脱硝系统的氨喷射混流装置，包括氨喷射单元和静态混合器(3)，所述氨喷射单元包括相互连接的喷氨管(1)和喷嘴(2)，所述静态混合器(3)包括导流板组件，其特征在于，所述喷嘴(2)为曲线齿圆锥齿轮形，且沿氨气喷射方向渐扩，所述导流板组件包括多个梯形板(4)，以及分别连接多个梯形板(4)靠近喷嘴(2)一端的平面板(5)，所述平面板(5)与喷嘴(2)横截面平行，所述多个梯形板(4)沿氨气喷射方向呈放射状，氨气在喷嘴(2)中旋转后喷出，经导流板组件与烟气混合。
2.根据权利要求1所述的一种SCR脱硝系统的氨喷射混流装置，其特征在于，所述的曲线齿为S形曲线齿。
3.根据权利要求1所述的一种SCR脱硝系统的氨喷射混流装置，其特征在于，所述的平面板(5)为正多边形或圆形。
4.根据权利要求3所述的一种SCR脱硝系统的氨喷射混流装置，其特征在于，所述的多个梯形板(4)与平面板(5)中心轴线夹角为15°～60°。
5.根据权利要求1所述的一种SCR脱硝系统的氨喷射混流装置，其特征在于，所述的多个梯形板(4)环绕平面板(5)均匀分布。
6.根据权利要求1所述的一种SCR脱硝系统的氨喷射混流装置，其特征在于，所述的多个梯形板(4)间隔设置。
7.根据权利要求1所述的一种SCR脱硝系统的氨喷射混流装置，其特征在于，所述的曲线齿数量等于多个梯形板(4)数量。
8.根据权利要求1所述的一种SCR脱硝系统的氨喷射混流装置，其特征在于，所述的喷嘴(2)流股扩张角度为15°～60°。
9.根据权利要求1所述的一种SCR脱硝系统的氨喷射混流装置，其特征在于，所述的曲线齿数量为4～12个。
10.根据权利要求1所述的一种SCR脱硝系统的氨喷射混流装置，其特征在于，沿氨气喷射方向，所述的多个梯形板(4)宽度增加。
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