CN112191096A - 一种适用于scr脱硝的喷氨装置及喷氨混合装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于SCR脱硝的喷氨装置及喷氨混合装置，其中喷氨装置包括喷管以及设置在所述喷管上的喷口，其特征在于：所述喷管包括环状段管路，所述环状段管路由位于同一平面上的N个相同管径的半圆型管拼接而成，相拼接的两个半圆型管的直径之比为1：1.25‑1.75。本发明设计的喷氨和混合装置可使氨气与烟气在较短混合距离后浓度分布均匀，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，提高了脱硝效率，保障了机组安全稳定运行。

Description

一种适用于SCR脱硝的喷氨装置及喷氨混合装置
技术领域
本发明应用于烟气脱硝技术领域，具体是涉及一种适用于SCR脱硝的环状喷氨混合装置。
背景技术
《锅炉大气污染物排放标准》（GB 13271-2014）明确规定了电站锅炉NOx的排放不高于200 mg/m3，因此各燃煤机组为满足日益严格的环保要求，大多采用了目前应用广泛的选择性还原法（SCR）脱硝技术。SCR脱硝的原理为利用氨气（NH3）等还原剂在催化剂的作用下，将烟气中的氮氧化物（NOx）转化为对环境无毒无害的氮气（N2）。在SCR脱硝过程中，NH3与烟气的混合成为其最主要的工艺技术之一，其混合均匀程度决定了脱硝效率的高低，同时也影响到下游空气预热器的安全稳定运行。
现有技术中，常见的氨-烟气均混装置为装有圆形喷嘴的喷氨格栅，并配合导流板扰流，其工艺简单，但是喷氨阻力较大，氨与烟气混合效率低，很难达到氨量与烟气量相匹配。
因此，本领域亟需设计一种喷氨混合装置，以使氨气与烟气充分混合。
发明内容
为了克服现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种适用于SCR脱硝的环状喷氨及混合装置，该装置加工、安装简单，成本低，同时能在较短烟道内增强氨气与烟气的均匀混合效果，提升脱硝效率，减少硫酸氢铵的生成，保障空气预热器的安全运行。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种适用于SCR脱硝的喷氨装置，包括喷管以及设置在所述喷管上的喷口，其特征在于：所述喷管包括环状段管路，所述环状段管路由位于同一平面上的N个等直径的半圆型管拼接而成，相拼接的两个半圆型管的直径之比为1：1.25-1.75。
N为7-11。
喷管占烟气流通面积的27~37 %。
根据调整所述半圆型管的个数和直径大小，调整占烟气流通面积的比例。
所述喷口均匀分布在环状段管路上，相邻喷口与圆心连接线的夹角为22.5~45°。
所述半圆型管的管径为80~100 mm，喷口直径为10~15 mm。
所述喷管还包括直段管路，所述喷氨直段管路长度为0.5~1 m；
一种适用于SCR脱硝的喷氨混合装置，包括喷氨装置和氨-烟气混合装置，其特征在于：所述喷氨装置为上述所述的环状喷氨装置；所述氨-烟气混合装置位于喷氨装置的下游。
所述氨-烟气混合装置位于距离喷氨装置1~1.5 m处。
所述氨-烟气混合挡板为喷氨环状管路在烟气流动方向上的投影，其投影面积占烟气流通面积的25~35 %。
有益效果： 本发明与现有的喷氨混合装置相比有如下优点和改进：
1. 本发明设计的环状喷氨管路可以减小氨气在管路中的流动阻力，使得各喷嘴处氨气量接近一致，同时喷嘴数量呈放射状分布，可以增强氨气与烟气的混合效果，提高脱硝效率。
2. 本发明设计的混合装置与喷氨装置相匹配，混合挡板与喷氨管路对应，可以利用挡板后方的负压形成回流区，进而增强氨气与烟气的扰动，提高氨气与烟气的混合均匀性。
3. 本发明设计的喷氨和混合装置不需要复杂的操作，结构简单，成本较低，实现起来较为容易。
4. 本发明设计的喷氨和混合装置可使氨气与烟气在较短混合距离后浓度分布均匀，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，提高了脱硝效率，保障了机组安全稳定运行。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1中环状喷氨装置的立体结构图。
图3为图2中环状喷氨装置沿烟气流动方向的正视立体图。
图4为图2中环状喷氨装置沿烟气流动方向的后视立体图。
图5为图1中氨-烟气混合装置的正视图。
图6为本发明装置氨浓度随混合距离变化关系曲线图。
图7为本发明喷氨装置（a）和传统格栅式喷氨装置（b）分别在混合距离为5 m处NH3速度云图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清晰地描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1所示为一种适用于SCR脱硝的喷氨混合装置，包括喷氨装置和氨-烟气混合装置，氨-烟气混合装置5位于喷氨装置的下游0.5~1m处，包括一块喷氨管路沿流动方向投影形状的挡板。
喷氨装置如图2-4所示，包括喷氨直段管路1、环状管路以及呈放射状均匀分布的圆形喷口4。环状管由以A圆心为同心圆的半环管路2和以B圆心为同心圆的半环管路3首尾相连而成。其中以A圆心为同心圆的半环管路2和以B圆心为同心圆的半环管路3的两个半环管路的管道等径。
喷氨管路管径为80 mm，喷口的直径为15 mm，直段管路长度为0.5 m，环状管路部分是由以B圆心为同心圆的半环管路和相对应的以A圆心为同心圆的半环管路焊接而成，保证了管路的圆润性，可以大大减小氨气的流动阻力，其中以B圆心为同心圆的半环管路设计为4个，由内向外直径依次为250 mm、500 mm、750 mm、1000 mm，以A圆心为同心圆的半环管路设计为3个，由内向外直径以此为375 mm、625 mm、875 mm，两者圆心距离为125 mm。圆形喷口呈放射状均匀分布在环状喷氨管路上，相邻喷口与圆心连线的夹角为22.5°，即每个半环管路上均匀分布7个圆心喷口，增大氨气与烟气接触面积。
如图5所示，氨-烟气混合装置为一块有一定厚度的挡板，安装喷氨管路下游，距离喷氨管路1 m处，其形状为环状喷氨管路在烟气流动方向上的投影形状，利用挡板后方的负压区域形成回流，加剧氨气与烟气之间的混合。
在本实施例中，选取一组环状喷氨混合装置以及对应的SCR烟道作为计算域进行CFD（Computational Fluid Dynamics，即计算流体动力学）数值模拟计算，边界条件中，烟气入口流速为13.08 m/s，温度为613 K，氨气入口流速为5.11 m/s。氨浓度不均匀度随混合距离变化的模拟结果示于图6，由该图可知，随着混合距离的增加，氨浓度不均匀度逐渐降低。当混合距离大于3.5 m时，氨浓度不均匀度降低到10 %以下；当混合距离大于5 m时，氨浓度不均匀度降低到5 %以下，完全可以达到预期的氨-烟气混合效果。
本实施例中，同时对比了本发明喷氨装置和传统格栅式喷氨装置的氨-烟气混合效果。在烟气入口流速和氨气入口流速一致的情况下，混合距离为5 m时氨浓度分布云图示于图7，a图展示了本发明喷氨装置氨-烟气混合效果，其氨气在混合挡板后扩散地较为充分，氨气分布相对均匀，不均匀度为4.68 %；b图展示了传统格栅式喷氨装置氨-烟气混合效果，其氨气扩散较差，氨气分布明显不均匀，在正对喷氨格栅处氨气浓度较大，而在其他区域氨浓度很小，其氨气不均匀度为16.75 %。因此，从数值模拟结果来看，本发明喷氨装置在氨-烟气混合效果方面优于传统的喷氨方式，可大大提高脱硝效率，减轻空气预热器堵灰问题，提过锅炉运行的安全稳定性。
本发明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)

1.一种适用于SCR脱硝的喷氨装置，包括喷管以及设置在所述喷管上的喷口，其特征在于：所述喷管包括环状段管路，所述环状段管路由位于同一平面上的N个相同管径的半圆型管拼接而成，相拼接的两个半圆型管的直径之比为1：1.25-1.75。
2.根据权利要求1所述的适用于SCR脱硝的喷氨装置，其特征在于：N为7-11。
3.根据权利要求1所述的适用于SCR脱硝的喷氨装置，其特征在于：环状段管路的喷管占烟气流通面积的27~37 %。
4.根据权利要求1所述的适用于SCR脱硝的喷氨装置，其特征在于：根据调整所述半圆型管的个数和直径大小，调整占烟气流通面积的比例。
5.根据权利要求1所述的适用于SCR脱硝的喷氨装置，其特征在于：所述喷口（4）均匀分布在环状段管路上，相邻喷口与圆心连接线的夹角为22.5~45°。
6.根据权利要求5所述的适用于SCR脱硝的喷氨装置，其特征在于：所述半圆型管的管径为80~100 mm，喷口（4）直径为10~15 mm。
7.根据权利要求6所述的适用于SCR脱硝的喷氨装置，其特征在于：所述喷管还包括直段管路，所述喷氨直段管路（1）长度为0.5~1 m。
8.一种适用于SCR脱硝的喷氨混合装置，包括喷氨装置和氨-烟气混合装置，其特征在于：所述喷氨装置为权利要求1-7任一所述的喷氨装置；所述氨-烟气混合装置（5）位于喷氨装置的下游。
9.根据权利要求8所述的适用于SCR脱硝的环状喷氨混合装置，其特征在于：所述氨-烟气混合装置（5）位于距离喷氨装置1~1.5 m处。
10.根据权利要求8所述的适用于SCR脱硝的环状喷氨混合装置，其特征在于：所述氨-烟气混合挡板（5）为喷氨环状管路在烟气流动方向上的投影，其投影面积占烟气流通面积的25~35 %。
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