CN111111417A - 一种sncr尿素雾化喷枪、脱硝系统及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种SNCR尿素雾化喷枪、脱硝系统及工艺，蒸气管设置在喷枪的芯部，尿素管设置在蒸气管外侧一周，沿着蒸气管的出口端面一周开设若干混合孔，混合孔连通蒸气管和尿素管；尿素管的外侧设置有水冷套管，水冷套管连通循环冷却水母管，用高压蒸气作为雾化介质，雾化的冲击力大，雾化效果得到充分保证，节省尿素用量，也克服机械雾化及压缩空气雾化的问题；雾化剂蒸气与飞灰中未燃碳发生水煤气反应，生成的还原性气体将部分NOx进行还原，进一步节约成本，同时避免压缩空气雾化带入氧气而降低脱硝效果；水冷保护套设置在喷枪外侧，避免喷枪由于在恶劣工况下工作而烧坏堵塞，有效提高喷嘴的使用寿命。

Description

一种SNCR尿素雾化喷枪、脱硝系统及工艺
技术领域
本发明属于循环流化床锅炉技术领域，具体涉及一种SNCR尿素雾化喷枪、脱硝系统及工艺。
背景技术
喷枪是SNCR脱硝系统的核心，喷枪性能的稳定是保证脱硝剂水溶液与烟气充分混合的关键。雾化效果好可以将脱硝剂溶液雾化为小液滴便于利于反应，节约脱硝剂用量。
目前，应用于SNCR脱硝系统的现有喷枪主要有以下几种：如机械雾化喷枪、空气雾化喷枪等单一喷枪。该类型的喷枪一般适用于温度较低或者在高温下不具有腐蚀性的流体。由于在SNCR脱硝系统中，喷嘴所处的烟气环境较为恶劣，温度一般在850℃～1100℃，而且烟气中灰浓度较高，加之还原剂具有腐蚀性。所以一般的喷嘴在这种环境中长期暴露，易烧坏、易堵塞，进而导致阻力增大，引起喷嘴流量发生改变，导致混合效果变差、脱硝效率降低、氨逃逸量增大。
机械雾化结构简单，但是雾化效果一般；
压缩空气雾化效果略好于机械雾化，但实际应用过程存在如下问题：1)当压缩空气压力低时，雾化冲击能量低、雾化液滴较大；且由于市面一般空气雾化喷枪设计的雾化空气和氨水溶液在一个室内，容易互相反窜，压力低时导致氨水倒灌入压缩空气管道；
2)高压压缩空气成本和能耗较高高；
3)厂内气源不足等(部分气源不足热电厂需要新增空压机)；
4)SNCR脱硝还原反应要求还原性气氛，使用压缩空气雾化时空气中的氧气不仅不利于脱硝反应的进行，高温下还会将部分还原剂(NH3)氧化为NOx，降低脱硝效率。
鉴于以上问题，开发一种雾化性能优良的SNCR喷枪，对于循环流化床锅炉烟气脱硝具有重要意义。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种SNCR尿素雾化喷枪、脱硝系统及工艺，采用蒸气在喷枪混合孔处将尿素雾化喷出，避免雾化剂与工质互相反窜以及尿素溶液倒灌入雾化剂管，提高脱硝效率、降低尿素等脱硝剂用量，节约成本。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种SNCR尿素雾化喷枪，包括蒸气管、尿素管和混合孔，蒸气管设置在喷枪的芯部，尿素管设置在蒸气管外侧一周，沿着蒸气管的出口端面一周开设若干混合孔，混合孔连通蒸气管和尿素管；尿素管的外侧设置有水冷套管，水冷套管连通循环冷却水管道。
水冷套管设置有两层，内层连接循环冷却水进水管，外层连通循环冷却水出水管，循环冷却水进水管沿着水流方向设置有第一阀门和第三单向逆止阀，循环冷却水出水管沿着水流方向设置第四单向逆止阀。
混合孔沿着介质流向孔径逐渐增大。
蒸气管中的出口作为混合孔的入口，混合孔的孔壁上开口连通尿素管的出口，蒸气管的出口端面为锥形面，出口开设在锥形面上，混合孔的轴线与蒸气管轴线之间有一夹角，尿素管的出口朝向混合孔的孔壁。
尿素管靠近出口部位沿着介质流向通流面积逐渐减小。
蒸气管和尿素管均采用316L不锈钢制成；本体厚度不低于5mm；水冷套管的材质为310S不锈钢，水冷套管厚度不低于6mm；水冷套管的外侧设置耐磨耐火层。
本发明还提供SNCR尿素雾化喷枪的脱硝系统，包括喷枪、尿素母管以及蒸气母管，喷枪分别通过尿素管和蒸气管连通尿素母管以及蒸气母管，尿素母管连通尿素系统，蒸气母管连通蒸气系统，喷枪的出口设置在烟道中。
尿素母管上沿着介质流向设置有调压阀和单向逆止阀；蒸气母管上沿着介质流向设置有阀门和单向逆止阀。
采用本发明所述脱硝系统的脱硝工艺，将蒸气和尿素溶液在喷枪中混合，同时用蒸气将尿素溶液雾化后喷入烟道，雾化后的尿素溶液与烟气中的NOx脱硝反应；进入烟道的蒸气与烟气飞灰中未燃碳发生水煤气反应生成还原性气体；所述还原性气体进一步将烟气中的NOx进行还原；蒸气压力为：1.0～2.5MPa；尿素溶液的浓度为10～20％。
雾化SNCR脱硝工艺，雾化过程中对喷枪用冷却水降温，冷却水流速大于5m/s。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
通过本发明提供的尿素雾化装置，能使用蒸气对尿素溶液进行雾化，雾化过程中冲击能量强，可以充分保证雾化效果；克服机械雾化效果不稳定、压缩空气压力低导致雾化效果降低而高压空气成本高以及厂内气源不足的问题；通过本发明提供的尿素雾化装置，蒸气压力较高，避免了雾化剂与工质互相反窜以及尿素溶液倒灌入雾化剂管的问题；喷管的外侧设置水冷套管，可以避免喷枪有在高烟温和高灰浓度的环境中长期暴露而出现的烧坏、易堵塞问题，有效提高了喷管的使用寿命，同时还提高设备的可靠性；本发明提供的尿素雾化装置结构简单、制造容易、材料和加工要求不高、原始投资低，易于实现应用。
进一步的，混合孔沿着介质流向孔径逐渐增大增强雾化效果。
进一步的，蒸气管中的出口作为混合孔的入口，混合孔的孔壁上开口连通尿素管的出口，蒸气管的出口端面为锥形面，出口开设在锥形面上，混合孔的轴线与蒸气管轴线之间有一夹角，尿素管的出口朝向混合孔的孔壁；能使雾化后的尿素液滴覆盖更大空间。
进一步的，尿素管靠近出口部位沿着介质流向通流面积逐渐减小，提高尿素溶液的出口压力，增强雾化效果。
进一步的，蒸气管和尿素管均采用316L不锈钢制成，提供更好的高温性能以及耐腐蚀性；本体厚度不低于5mm，提供足够的强度；水冷套管的材质为310S不锈钢，316L不锈钢和310S不锈钢提供更好的高温性能以及耐腐蚀性；水冷套管厚度不低于6mm；水冷套管的外侧设置耐磨耐火层，防止高温烟气冲蚀水冷套管，有助于提高水冷套管的使用寿命。
通过本发明提供的尿素雾化系统，能实现用于雾化的蒸气喷出后在高温下与灰中未燃碳反应生成CO和H2等还原性气体，提高脱硝效率、降低尿素等脱硝剂用量，节约成本；并且能避免压缩空气雾化带入过多氧气而降低脱硝效果。
采用本发明所述雾化尿素脱硝工艺时，蒸气压力较高，避免雾化剂与工质互相反窜以及尿素溶液倒灌入雾化剂管的问题；用于雾化的蒸气喷出后在高温下与灰中未燃碳反应生成CO和H2等还原性气体，提高脱硝效率、降低尿素等脱硝剂用量，节约成本。
附图说明
图1是SNCR雾化及冷却系统示意图；
图2是喷枪结构示意图；
1-喷枪；2-尿素系统；3-蒸气系统；4-冷却水系统；5-水冷套管；6-烟道；7-蒸气管；8-尿素管；9-混合孔；10-蒸气管端面；11-尿素母管；12-调压阀；131-第一单向逆止阀；132-第二单向逆止阀；133-第三单向逆止阀；134-第四单向逆止阀；14-蒸气母管；151-第一阀门；152-第二阀门；16-冷却水母管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明
如图2所示，一种SNCR尿素雾化喷枪，包括蒸气管7、尿素管8和混合孔9，蒸气管7设置在喷枪的芯部，尿素管8设置在蒸气管7外侧一周，沿着蒸气管7的出口端面10一周开设若干混合孔9，混合孔9连通蒸气管7和尿素管8；尿素管8的外侧设置有水冷套管5，水冷套管5连通循环冷却水母管16；水冷套管5设置有两层，内层连接循环冷却水进水管，外层连通循环冷却水出水管，如图2所示，循环冷却水进水管和循环冷却水出水管均沿着水流方向设置有第三单向逆止阀133和第四单向逆止阀134。
如图1所示，蒸气管7中的出口作为混合孔9的入口，混合孔9的孔壁上开口连通尿素管8的出口，蒸气管7的出口端面10为锥形面，出口开设在锥形面上，混合孔9的轴线与蒸气管轴线之间有一夹角，尿素管8的出口朝向混合孔的孔壁；混合孔9沿着介质流向孔径逐渐增大；尿素管8靠近出口部位沿着介质流向通流面积逐渐减小。
蒸气管7和尿素管8均采用316L不锈钢制成；本体厚度不低于5mm；水冷套管5的材质为310S不锈钢，水冷套管5厚度不低于6mm；水冷套管5的外侧设置耐磨耐火层。
参考图2，本发明还提供SNCR尿素雾化喷枪的脱硝系统，包括喷枪1、尿素母管11以及蒸气母管14，喷枪1分别通过尿素管8和蒸气管7连通尿素母管11以及蒸气母管14，尿素母管11连通尿素系统2，蒸气母管14连通蒸气系统3，喷枪1的出口设置在烟道6中。
尿素母管11上沿着介质流向设置有调压阀12和第一单向逆止阀131；蒸气母管14上沿着介质流向设置有第一阀门151和第二单向逆止阀131。
采用本发明所述脱硝系统的脱硝工艺，将蒸气和尿素溶液在喷枪1中混合，同时用蒸气将尿素溶液雾化后喷入烟道6，雾化后的尿素溶液与烟气中的NOx脱硝反应；进入烟道6的蒸气与烟气飞灰中未燃碳发生水煤气反应生成还原性气体；所述还原性气体进一步将烟气中的NOx进行还原；蒸气压力为：1.0～2.5MPa；尿素溶液的浓度为10～20％。
雾化SNCR脱硝工艺，雾化过程中对喷枪1用冷却水降温，冷却水流速大于5m/s。
蒸气管7出口为混合孔9蒸气入口；尿素管8出口为混合孔9尿素入口；混合孔9出口通向烟道6。
尿素系统2包括尿素母管11、调压阀12和第一单向逆止阀131，尿素母管11出口通过调压阀12与第一单向逆止阀131入口相连，第一单向逆止阀131出口与尿素管8入口相连；蒸气系统3包括蒸气母管14、第一阀门151和第二单向逆止阀131，蒸气母管14出口通过第一阀门151与第二单向逆止阀131入口相连，第二单向逆止阀131出口与蒸气管7入口相连；冷却水系统4包括冷却水母管16、第二阀门152、第三单向逆止阀133和第四单向逆止阀134，冷却水母管16出口通过第二阀门152与第三单向逆止阀133入口相连，第三单向逆止阀133出口与水冷套管5入口相连，水冷套管5出口与第四单向逆止阀134入口相连，第四单向逆止阀134出口通向厂内存水处。
水冷套管5入口侧为内侧，紧邻喷枪1外侧，水冷套管5出口侧为外侧。
所述蒸气压力：1.0～2.5MPa。
所述尿素：10～20％尿素溶液；
所述冷却水流速：>5m/s。
所述喷枪1本体材质：不锈钢316L，喷枪本体厚度不低于5mm；所述水冷套管5材质：不锈钢310S，厚度不低于6mm；水冷套管5外侧敷设耐磨耐火浇注料。
进入喷枪1的蒸气和尿素溶液分别进入蒸气管7和尿素管8，随后进入混合孔9内充分混合，高压蒸气将尿素溶液雾化成小液滴后进入烟道6，再与烟气中的NOx进行脱硝反应。
使用蒸气进行雾化，避免压缩空气雾化带入过多氧气而降低脱硝效果的同时，进入烟道6的蒸气还会与烟气飞灰中未燃碳发生水煤气反应，反应如下：
C+H2O→CO+H2
生成的CO和H2均为还原性气体，可以将烟气中的NOx进行还原，提高脱硝效率，反应如下：
2CO+2NO→2CO2+N2
4CO+2NO2→4CO2+N2
CO+N2O→CO2+N2
2H2+2NO→2H2O+N2
4H2+2NO2→4H2O+N2
H2+N2O→H2O+N2
厂内的尿素溶液首先进入尿素母管11，然后依次通过调压阀12和第一单向逆止阀131进入尿素管8；厂内产生的高压蒸气进入蒸气母管14入口，再依次通过第一阀门151和第二单向逆止阀131进入蒸气管7。
冷却水进入冷却水母管16后依次通过第二阀门152与第三单向逆止阀133，而后进入水冷套管5内侧，由于水冷套管5环绕布置在喷枪1外侧，冷却水通过对流换热将喷枪1进行冷却，避免了喷枪因长期暴露在烟气中而出现烧坏和堵塞；换热完成后的冷却水进入水冷套管5外侧，流经第四单向逆止阀134后进入厂内存水处循环使用。

Claims (10)

1.一种SNCR尿素雾化喷枪，其特征在于，包括蒸气管(7)、尿素管(8)和混合孔(9)，蒸气管(7)设置在喷枪的芯部，尿素管(8)设置在蒸气管(7)外侧一周，沿着蒸气管(7)的出口端面(10)一周开设若干混合孔(9)，混合孔(9)连通蒸气管(7)和尿素管(8)；尿素管(8)的外侧设置有水冷套管(5)，水冷套管(5)连通循环冷却水母管(16)。
2.根据权利要求1所述的SNCR尿素雾化喷枪，其特征在于，水冷套管(5)设置有两层，内层连接循环冷却水进水管，外层连通循环冷却水出水管，循环冷却水进水管沿着水流方向设置有第一阀门(151)和第三单向逆止阀(133)，循环冷却水出水管沿着水流方向设置第四单向逆止阀(134)。
3.根据权利要求1所述的SNCR尿素雾化喷枪，其特征在于，混合孔(9)沿着介质流向孔径逐渐增大。
4.根据权利要求1所述的SNCR尿素雾化喷枪，其特征在于，蒸气管(7)中的出口作为混合孔(9)的入口，混合孔(9)的孔壁上开口连通尿素管(8)的出口，蒸气管(7)的出口端面(10)为锥形面，出口开设在锥形面上，混合孔(9)的轴线与蒸气管轴线之间有一夹角，尿素管(8)的出口朝向混合孔的孔壁。
5.根据权利要求1所述的SNCR尿素雾化喷枪，其特征在于，尿素管(8)靠近出口部位沿着介质流向通流面积逐渐减小。
6.根据权利要求1所述的SNCR尿素雾化喷枪，其特征在于，蒸气管(7)和尿素管(8)均采用316L不锈钢制成；本体厚度不低于5mm；水冷套管(5)的材质为310S不锈钢，水冷套管(5)厚度不低于6mm；水冷套管(5)的外侧设置耐磨耐火层。
7.一种采用权利要求1-6中任意一项SNCR尿素雾化喷枪的脱硝系统，其特征在于，包括喷枪(1)、尿素母管(11)以及蒸气母管(14)，喷枪(1)分别通过尿素管(8)和蒸气管(7)连通尿素母管(11)以及蒸气母管(14)，尿素母管(11)连通尿素系统(2)，蒸气母管(14)连通蒸气系统(3)，喷枪(1)的出口设置在烟道(6)中。
8.根据权利要求7所述的脱硝系统，其特征在于，尿素母管(11)上沿着介质流向设置有调压阀(12)和第一单向逆止阀(131)；蒸气母管(14)上沿着介质流向设置有第一阀门(151)和第二单向逆止阀(132)。
9.采用权利要求7或8所述脱硝系统的工艺，其特征在于，将蒸气和尿素溶液在喷枪(1)中混合，同时用蒸气将尿素溶液雾化后喷入烟道(6)，雾化后的尿素溶液与烟气中的NOx脱硝反应；进入烟道(6)的蒸气与烟气飞灰中未燃碳发生水煤气反应生成还原性气体；所述还原性气体进一步将烟气中的NOx进行还原；蒸气压力为：1.0～2.5MPa；尿素溶液的浓度为10～20％。
10.根据权利要求9所述的脱硝系统的工艺，其特征在于，雾化过程中对喷枪(1)用冷却水降温，冷却水流速大于5m/s。
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