CN111905561A - 文丘里管喉口截面可变的船舶尘硝协同脱除装置及脱除方法 - Google Patents

文丘里管喉口截面可变的船舶尘硝协同脱除装置及脱除方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种文丘里管喉口截面可变的船舶尘硝协同脱除装置及脱除方法，所述脱除装置包括除尘混合部分和反应器部分；所述除尘混合部分包括进气管、文丘里管和用于连接所述进气管和所述文丘里管的连接管；在文丘里管之内安装有可在文丘里管的喉部沿与烟气流动方向平行的方向上下移动的变截面装置；所述反应器部分包括反应器；所述文丘里管的扩散段通过过渡管连通于反应器的入口。本发明在发生堵塞时改变变截面装置的位置来改变文丘里管喉部的截面大小及形状，从而改变喉部气流分布，将沉积物吹入灰斗，使文丘里管回到正常工作状态，在此情况下SCR系统实现了尘硝协同脱除，并可长时间稳定工作，本发明可有效减少故障时间。

Description

文丘里管喉口截面可变的船舶尘硝协同脱除装置及脱除方法
技术领域
本发明涉及船舶污染物减排领域，具体为一种文丘里管喉口截面可变的船舶尘硝协同脱除装置及脱除方法。
背景技术
选择性催化还原技术(SCR)是应用广泛的一种烟气脱硝技术。在现有技术中，船舶烟气SCR脱销系统，一般是烟气进入烟道后，将氨气与烟气混合，之后进入SCR反应器，在SCR反应器中由多层催化剂组成，烟气中的氮氧化物与氨气在催化剂作用下发生还原反应，生成对环境无害的氮气和水。在氨气与烟气混合后，一般是使用文丘里管来加快混合气的流动速度。但是由于混合气中含有大量灰尘等固体颗粒，且混合气在文丘里管中气流分布较为固定，长时间运行容易在一些气体流速较低的部分沉积颗粒物，沉积物会严重影响文丘里管的正常工作。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明公开了一种文丘里管喉口截面可变的船舶尘硝协同脱除装置及脱除方法。
本发明所采用的技术方案如下：
一种文丘里管喉口截面可变的船舶尘硝协同脱除装置，所述脱除装置包括除尘混合部分和反应器部分；所述除尘混合部分包括进气管、文丘里管和用于连接所述进气管和所述文丘里管的连接管；在文丘里管之内安装有可在文丘里管的喉部沿与烟气流动方向平行的方向上下移动的变截面装置；所述反应器部分包括反应器；所述文丘里管的扩散段通过过渡管连通于反应器的入口。
其进一步的技术方案为：所述文丘里管是由两个平面和两个弧面围成的、截面为长方形的柱状；两个平面位于相对的位置，且两个平面互相平行；两个弧面位于相对的位置，且两个弧面弧度相同，均朝向彼此靠近的方向弯曲，两个弧面最靠近的区域形成文丘里管的喉部。
其进一步的技术方案为：所述连接管的第一端面为圆形，第二端面为方形的柱状；连接管的第一端与进气管连通，连接管的第二端与文丘里管连通。
其进一步的技术方案为：所述文丘里管的底面以方便物质进入反应器的方向倾斜。
其进一步的技术方案为：所述变截面装置为橄榄型。
其进一步的技术方案为：所述变截面装置有多个，每个变截面装置均可单独控制其上下移动。
其进一步的技术方案为：在所述反应器部分还包括除尘整流板；所述除尘整流板包括至少多个波纹板；在所述波纹板上安装有翅片。
其进一步的技术方案为：所述翅片有多组，且布置于所述波纹板的两侧。
其进一步的技术方案为：在波纹板高度11/12，5/6和2/3的地方分别装有长度为2mm，4mm，8mm的翅片；翅片与波纹板的夹角为30°。
一种船舶尘硝协同脱除方法，包括：
步骤1、尿素溶液在进气管喷入，与烟气形成混合气，一同进入文丘里管；
步骤2、混合气进入文丘里管后，经过变截面装置和文丘里管壁面共同组成的喉口经过混合后，混合气在文丘里管的扩散段流出，进入过渡管中；
步骤3、混合气进入过渡管后经过导流板整流后流入反应器中；
步骤4、混合气进入反应器，经过除尘整流板之后与催化剂进行脱硝反应；
步骤5、混合气经脱硝净化后由排气管流出反应器。
在步骤1～步骤5的过程中，橄榄型的变截面装置的中心处位于文丘里管的喉口位置；检测文丘里管的入口和出口之间的压力差；如果压力差过大，下调变截面装置的位置使其离开文丘里管的喉口位置，吹扫颗粒物至灰斗，压力差正常之后将变截面装置的位置恢复至文丘里管的喉口位置。
本发明的有益效果如下：
本发明仍属于SCR系统的一种，其脱硝特征为尿素溶液与烟气混合后热解产生氨气，混合气体接着进入反应器与催化剂接触反应生成氮气和水；本SCR系统除尘混合部分采用可变截面文丘里管的设计，可变截面文丘里管通过气体流动变化的扰动，优化气体混合。这种造型的文丘里管优点是结构简单，金属耗量少，造价低廉，混合效果好，气体能量损失小。本发明通过文丘里管上下游的压差，判别文丘里管工作状态，在发生堵塞时改变变截面装置的位置来改变文丘里管喉部的截面大小及形状，从而改变喉部气流分布，将沉积物吹入灰斗，使文丘里管回到正常工作状态，在此情况下SCR系统实现了尘硝协同脱除，并可长时间稳定工作，本发明可有效减少故障时间。
附图说明
图1为文丘里管喉口截面可变的船舶尘硝协同脱除装置的一个实施例的示意图。
图2为图1的俯视图。
图3为图1中沿B-B线的剖面图。
图4为图1中沿A-A线的剖面图。
图5为除尘整流板的一个实施例的部分结构的示意图。
图6为图5的另一个角度的示意图。
图7为导流环的一个实施例的示意图。
图8为变截面装置位于文丘里管的喉口位置的示意图。
图9为变截面装置下降过程的示意图。
图10为变截面装置恢复过程的示意图。
图中：1、进气管；2、导流环；21、内导流环；22、外导流环；23、支架；3、连接管；4、变截面装置；5、文丘里管；6、过渡管；7、导流板；8、反应器；9、除尘整流板；91、波纹板；92，93，94、翅片；10、SCR催化剂；11、排气管。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
实施例1。
实施例1公开了一种文丘里管喉口截面可变的船舶尘硝协同脱除装置。图1为文丘里管喉口截面可变的船舶尘硝协同脱除装置的一个实施例的示意图。如图1所示，脱除装置包括除尘混合部分和反应器部分。除尘混合部分包括沿烟气流动方向依次连通的进气管1、文丘里管5和用于连接进气管1和文丘里管5的连接管3。
如图1，文丘里管5是由两个平面和两个弧面围成的柱状。两个平面位于相对的位置，且两个平面互相平行。两个弧面位于相对的位置，且两个弧面弧度相同，均朝向彼此靠近的方向弯曲，两个弧面最靠近的区域形成文丘里管5的喉口。
由于文丘里管5的入口截面为方形，进气管1的出口截面为圆形，所以连接管3为第一端为圆形，第二端为方形的柱状。连接管3的第一端与进气管1的出口连通。连接管3的第二端与文丘里管5的入口连通。
文丘里管5的底部呈斜面，方便烟气流入反应器8，便于粉尘进入灰斗。
图2为图1的俯视图。图3为图1中沿B-B线的剖面图。如图2、图3所示，在文丘里管5之内安装有可在文丘里管5的喉部沿与烟气流动方向平行的方向上下移动的变截面装置4。
为了在保证混合效果的同时，减小气体在流经文丘里管喉部时因为流动分离而造成的不必要的动能损失，优选的，变截面装置4为橄榄型。
正常工作情况下，橄榄形变截面装置4的中点位于文丘里管5的最小截面处，此时文丘里管5喉部的截面积最小，混合气在被挤压到文丘里管5的喉部后经过文丘里管的扩张管喷出能达到较好的混合效果。
优选的，变截面装置4设置有多个，且多个变截面装置4的形状相同，以减小扰流装置的尺寸、增大截面面积并减小烟气排出时的阻力损失。
如图2所示，在本实施例中，文丘里管5之内并排布置有三个相同的橄榄形的变截面装置4，每个变截面装置4安装于一个可以单独操控的可伸缩调节支架之上，可伸缩调节支架可以是液压或者电动伸缩杆。可伸缩调节支架可以调节变截面装置4的高度。变截面装置4的调整范围在文丘里管5的喉部位置至离开文丘里管5的喉部位置。在不同工作情况下可调整变截面装置4的位置来改变文丘里管5之内截面积的大小。
实施例2。
在实施例1的基础上，实施例2中在反应器8内安装有除尘整流板9。图10为图1中沿A-A线的剖面图。如图10所示，在反应器部分还包括除尘整流板9。除尘整流板9位于SCR催化剂10下方。
图5为除尘整流板的一个实施例的部分结构的示意图。图6为图5的另一个角度的示意图。如图5、图6所示，除尘整流板9包括多个波纹板91。在波纹板上91安装有翅片92，93，94。翅片布置于波纹板91的两侧。
优选的，在波纹板9的高度11/12，5/6和2/3的地方依次分别装有长度为2mm，4mm，8mm的翅片92，93，94。翅片92，93，94与波纹板的夹角为30°。翅片92，93，94厚度可以是2cmm。
翅片92，93，94可以产生扰动优化除尘整流的效果。
如图4所示，为了使脱硝效率满足排放法规要求，反应器8中布置有除尘整流板9和两层SCR催化剂10。
实施例3。
在实施例1和实施例2的基础上，实施例3中在过渡管6和反应器8的连接处安装有导流板7。导流板7由多片带有折边的平板构成，折边角度为30～60°。反应器8的底部为倾斜状，优选的，导流板7的倾斜程度与反应器8底部的倾斜程度一致，。
在过渡管6下端设置有灰斗，用于收集文丘里管5和除尘整流板9捕集的颗粒。
实施例4。
图7为导流环的一个实施例的示意图。如图7所示，在实施例1～实施例3任一个实施例的基础上中，进一步的，在进气管1之内安装有导流环2用于使得连接管3出口处烟气速度差异值变小。导流环2包括内导流环21和外导流环22。内导流环21包括相互连通的第一圆柱面和第一锥状面，第一锥状面由第一圆柱面沿烟气流动方向的末端延伸形成。外导流环22包括相互连通的第二圆柱面和第二锥状面，第二锥状面由第二圆柱面沿烟气流动方向的末端延伸形成。第一圆柱面和第二圆柱面同轴安装。优选的，第一圆柱面和第一圆锥面的夹角为30～60°。第二圆柱面和第二圆锥面的夹角为30～60°
混合气在连接管3进行流动时，使尿素溶液吸收烟气中热量而蒸发热解，有效减少尿素溶液在下游设备上的结晶现象；部分尿素溶液液滴撞击导流环2而沉积，由于导流环2位于管路中心，烟气温度较高，沉积的尿素溶液晶体在提高烟气温度后能较快蒸发热解，从而避免了对下游设备的影响。
实施例5。
实施例5公开了一种船舶尘硝协同脱除方法，包括：
步骤1、尿素溶液在进气管1部分喷入，与烟气形成混合器，一同进入除尘混合部分，混合气经过导流环2整流后进入文丘里管5。
步骤2、混合气进入文丘里管5后，经过变截面装置4和文丘里管5壁面共同组成的喉口，经过剧烈混合后，之后混合气在文丘里管5的扩张段流出，进入过渡管6中。
步骤3、混合气进入过渡管6后在导流板7整流后流入反应器8中。
步骤4、混合气进入反应器8后，混合气进入反应器8后，先经过除尘整流板9之后与再催化剂10进行脱硝反应，以进一步提高除尘效率，同时简化了反应器8的结构，避免安装蒸汽或压缩空气吹灰器，降低了运行成本。
步骤5、混合气经脱硝净化后由排气管11流出反应器8。
在步骤1～步骤5的过程中，在文丘里管5的上游和下游之间安装压力差传感器，检测文丘里管5的上游和下游之间的压力差。如果压力差过大，说明文丘里管5的喉口发生颗粒物过量沉积，通过改变伸缩杆的长度，下调变截面装置4的位置使其离开文丘里管5的喉口位置，增大文丘里管5的喉口截面积，改变气流分布来吹扫颗粒物，颗粒物吹扫至灰斗后，将变截面装置4恢复至文丘里管5的喉口位置。
具体的，图8为变截面装置位于文丘里管的喉口位置的示意图。如图8所示，在正常工作情况下，橄榄形的变截面装置4的中点，位于文丘里管5的最小截面处，此时文丘里管5的喉部的截面积最小，混合气在被挤压到文丘里管5的喉部后经过文丘里管5的扩张管喷出能达到较好的混合效果。图9为变截面装置下降过程的示意图。如图9所示，工作过程中当文丘里管5的上下游压差大于500Pa时，说明文丘里管5的喉部出现大量颗粒物沉积，这时通过与变截面装置4连接的可伸缩支架调节变截面装置4的位置，增大文丘里管5的喉部截面积，由此引发的气流分布的改变可将沉积的颗粒物吹入下游的灰斗。图10为变截面装置恢复过程的示意图。如图10所示，一段时间后压差恢复到100Pa时，将变截面装置4重新置于正常工作位置。此外可以独立调节三个变截面装置4的高度来满足不同工况需求。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的基本结构的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (10)

1.一种文丘里管喉口截面可变的船舶尘硝协同脱除装置，其特征在于：所述脱除装置包括除尘混合部分和反应器部分；所述除尘混合部分包括进气管(1)、文丘里管(5)和用于连接所述进气管(1)和所述文丘里管(5)的连接管(3)；在文丘里管(5)之内安装有可在文丘里管(5)的喉部沿与烟气流动方向平行的方向上下移动的变截面装置(4)；所述反应器部分包括反应器(8)；所述文丘里管(5)的扩散段通过过渡管(6)连通于反应器(8)的入口。
2.根据权利要求1所述的文丘里管喉口截面可变的船舶尘硝协同脱除装置，其特征在于：所述文丘里管(5)是由两个平面和两个弧面围成的、截面为长方形的柱状；两个平面位于相对的位置，且两个平面互相平行；两个弧面位于相对的位置，且两个弧面弧度相同，均朝向彼此靠近的方向弯曲，两个弧面最靠近的区域形成文丘里管(5)的喉部。
3.根据权利要求2所述的文丘里管喉口截面可变的船舶尘硝协同脱除装置，其特征在于：所述连接管(3)的第一端面为圆形，第二端面为方形的柱状；连接管(3)的第一端与进气管(1)连通，连接管(3)的第二端与文丘里管(5)连通。
4.根据权利要求1所述的舶尘硝协同脱除装置，其特征在于：所述文丘里管(5)的底面以方便物质进入反应器(8)的方向倾斜。
5.根据权利要求1所述的文丘里管喉口截面可变的船舶尘硝协同脱除装置，其特征在于：所述变截面装置(4)为橄榄型。
6.根据权利要求1所述的文丘里管喉口截面可变的船舶尘硝协同脱除装置，其特征在于：所述变截面装置(4)有多个，每个变截面装置(4)均可单独控制其上下移动。
7.根据权利要求1所述的文丘里管喉口截面可变的船舶尘硝协同脱除装置，其特征在于：在所述反应器部分还包括除尘整流板(9)；所述除尘整流板(9)包括至少多个波纹板(91)；在所述波纹板(91)上安装有翅片(92，93，94)。
8.根据权利要求7所述的文丘里管喉口截面可变的船舶尘硝协同脱除装置，其特征在于：所述翅片(92，93，94)有多组，且布置于所述波纹板(91)的两侧。
9.根据权利要求7所述的文丘里管喉口截面可变的船舶尘硝协同脱除装置，其特征在于：在波纹板(91)高度11/12，5/6和2/3的地方分别装有长度为2mm，4mm，8mm的翅片(92，93，94)；翅片(92，93，94)与波纹板(91)的夹角为30°。
10.一种船舶尘硝协同脱除方法，其特征在于，包括：
步骤1、尿素溶液在进气管(1)喷入，与烟气形成混合气，一同进入文丘里管(5)；
步骤2、混合气进入文丘里管(5)后，经过变截面装置(4)和文丘里管(5)壁面共同组成的喉口经过混合后，混合气在文丘里管(5)的扩散段流出，进入过渡管(6)中；
步骤3、混合气进入过渡管(6)后经过导流板(7)整流后流入反应器(8)中；
步骤4、混合气进入反应器(8)，经过除尘整流板(9)之后与催化剂(10)进行脱硝反应；
步骤5、混合气经脱硝净化后由排气管(11)流出反应器(8)。
在步骤1～步骤5的过程中，橄榄型的变截面装置(4)的中心处位于文丘里管(5)的喉口位置；检测文丘里管(5)的入口和出口之间的压力差；如果压力差过大，下调变截面装置(4)的位置使其离开文丘里管(5)的喉口位置，吹扫颗粒物至灰斗，压力差正常之后将变截面装置(4)的位置恢复至文丘里管(5)的喉口位置。
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