CN112742231B - 喷氨静态混合器及除尘方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种喷氨静态混合器及除尘方法，该混合器为一层或多层，设于烟道中，每层混合器由多个静态混合器单元组成且并排设置，静态混合器单元包括：V形板，其两侧翼板上设有开口使得烟道中的烟气形成水平碰撞；空心管，其位于V形板下部，用于收集并引导排出烟气水平碰撞后掉落的粉尘。本发明的具有除尘功能的喷氨静态混合器及除尘方法可有效克服现有技术中喷氨静态混合器无法有效除尘导致催化剂床层孔道、氨气喷嘴以及后端设备等部位堵塞的缺点。
Description
技术领域
本发明涉及烟气脱硝技术领域，特别涉及一种喷氨静态混合器及除尘方法。
背景技术
现有的烟气脱硝方法中，目前国内外应用最广的为选择性催化还原（SCR）技术。SCR 技术的主要原理是将还原剂氨喷入280℃～ 420℃的烟气中并与之混合均匀，在催化剂的作用下，NH3把烟气中的NOx还原成无毒、无污染的氮气和水，从而实现混合气体脱除NOx的目的。
烟气脱硝效率和NH3逃逸率是SCR 脱硝技术的两个核心性能指标。研究表明，SCR反应器内横截面上混合气体的流场均匀性是保证SCR脱硝反应完全，提高脱硝效率和氨利用率，以及控制较低氨逃逸率的关键因素。混合气体流场均匀性主要包括气体速度分布均匀和还原剂NH3浓度分布均匀两个方面。
目前，现有调节SCR催化剂床层入口混合气体流场均匀性的主流技术手段是依靠烟气管道内布置的喷氨混合装置（系统）及其下游的导流板（直线型和弧线形）和整流格栅等设备。其中，导流板和整流格栅主要用于气体速度大小均匀分布和速度矢量方向调节，对于NH3浓度分布调节作用有限；喷氨混合装置（系统）则对气体速度分布均匀和NH3浓度分布均匀两个方面均有理想的效果，因而喷氨混合装置（系统）的研究和优化成为近年来SCR脱硝技术的科研热点。
GB/T 34339-2017《燃煤烟气脱硝喷氨混合系统》则将喷氨混合系统分为喷氨格栅（AIG）和喷氨静态混合器，AIG的定义是以格栅管道的形式使氨气注入烟道的喷射装置，包括喷氨管道、喷嘴、支撑及配件；喷氨静态混合器的定义是利用一定的固定部件，通过改变氨气与烟气流动状态，使其达到充分混合的装置，从而获得更高的NH3/NOx混合效率；典型的喷氨静态混合器有涡流、旋流、纵向涡、V型等结构形式。
现有技术中，例如中国专利申请CN109445383A公开了一种喷氨静态混合器，其由两侧的右旋叶片、左旋叶片，烟道，喷氨格栅构成。前置静态混合器布置在喷氨格栅前，喷氨格栅后也可布置一层或若干层静态混合器，每个沿烟道宽度方向布置的静态混合器形成一个烟气组分浓度混合均匀的区域。该喷氨静态混合器并没有除尘功能。
喷氨混合系统一般设置于除尘器前，烟气中粉尘含量较高，容易造成喷嘴堵塞，大量粉尘经过喷氨混合系统进入SCR催化剂床层，容易在局部造成催化剂床层孔道堵塞，粒径较大的粉尘容易对催化剂床层造成磨损，降低了催化剂的使用寿命。近几年，受经济增速放缓、环保压力增大等因素影响，燃煤机组、加热炉、焚烧炉、余热锅炉等利用小时数不断下降，长期处于低负荷运行，烟气量减少，喷氨量也随之降低，此时喷嘴更容易堵塞，造成氨喷射不均匀，直接影响脱硝效率，并且氨逃逸率大幅增加，导致后端空预器或省煤器等设备产生泄露或堵塞严重。因此，亟需一种具有除尘功能的喷氨静态混合器，从而在保证氨与烟气混合均匀的同时，提高烟气的除尘效果。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有除尘功能的喷氨静态混合器及除尘方法，从而克服现有技术中喷氨静态混合器无法有效除尘导致催化剂床层孔道、氨气喷嘴以及后端设备等部位堵塞的缺点。
为实现上述目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种喷氨静态混合器，该混合器为一层或多层，设于烟道中，每层混合器由多个静态混合器单元组成且并排设置，静态混合器单元包括：V形板，其两侧翼板上设有开口使得烟道中的烟气形成水平碰撞；空心管，其位于V形板下部，用于收集并引导排出烟气水平碰撞后掉落的粉尘。
进一步，上述技术方案中，相邻两个静态混合器单元的所述翼板的上端面相连。V形板的下沿相对于水平方向具有一倾斜角度，空心管位于倾斜下方的一端。V形板的翼板可以为直角梯形板，直角梯形的斜边相对于水平方向的倾斜角度β可以设置为5至30度。V形板的翼板相对于竖直方向的倾斜角度α可以设置为30至60度。翼板上的开口数量可以为一个或多个，开口形状可以设置为长方形。开口面向对侧翼板可设有导流板，导流板与竖直方向的夹角γ可以为45至90度。
进一步，上述技术方案中，空心管可包括：竖直管段，其上端与V形板下沿倾斜下方的一端连通，用于接收V形板收集的粉尘；斜管段，其上端与竖直管段的下端连通，用于引导粉尘排出。斜管段的下端部可设有挡板，所述挡板在粉尘的压力作用下开启。
进一步，上述技术方案中，不同的静态混合器单元可以共用同一空心管。
进一步，上述技术方案中，当喷氨静态混合器设置为多层时，上层的V形板上端面的横截面积与下层的V形板上端面的横截面积之比可以设置为1.2至5。上层的空心管与下层的所述空心管连通。
根据本发明的第二方面，本发明提供了一种喷氨静态混合除尘方法，包括如下步骤：并排设置一层或多层静态混合器单元；在静态混合器单元的导流作用下，烟道中的烟气形成水平碰撞；烟气水平碰撞后掉落的粉尘被收集并被引导排出。
进一步，上述技术方案中，多层静态混合器单元可以设置为2至5层。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明的喷氨静态混合器通过烟气的互相撞击实现烟气除尘，可有效去除烟气中粒径较大的粉尘颗粒，避免进入后续SCR脱硝反应器堵塞催化剂床层孔道或对催化剂床层产生磨损，从而延长催化剂的使用寿命。
2、空心管竖直管段内的粉尘积累到一定高度后，斜管段末端的挡板自动开启，粉尘从斜管段排出，整个粉尘卸料过程实现无人操作；当竖直管段的粉尘降低至一定高度时，挡板在重力的作用下自动闭合，有效避免了烟气的泄露。
3、当喷氨静态混合器布置于喷氨管的上方时，烟气与氨气混合经过喷氨静态混合器，经过V形板后的两股混合烟气互相撞击进行强制混合，可有效增强混合效果，提高氨气与烟气的混合均匀性，从而缩短均匀混合所需的距离，并且氨逃逸率大幅降低，减缓后端空预器或省煤器等设备泄露堵塞等，可有效延长装置的运行周期。
4、同一层喷氨静态混合器的静态除尘混合器单元结构相同，可实现静态除尘混合器单元模块化批量生产制造，降低生产和安装成本，提高产品竞争力。
5、设置多层喷氨静态混合器时，可实现不同区域氨气与烟气的撞击混合，显著增强了氨气与烟气的混合均匀性，显著降低烟道同一横截面上气速分布偏差及氨浓度分布偏差，提高烟气的脱硝率和催化剂的利用率，降低氨逃逸。
6、在喷氨静态混合器上方烟道支撑及其拐弯处的积灰由于流动烟气的撞击或扰动从上到下大块掉落时，可直接落入V形板底部，防止静态混合器下方的氨气喷嘴被大块落灰堵塞，解决了由于烟道中的落灰造成的SCR系统喷嘴堵塞问题，保证喷氨格栅喷嘴正常喷氨的均匀性，有效延长装置的检修周期。
上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。
附图说明
图1是本发明实施例1的单层喷氨静态混合器的结构示意图。
图2是本发明的喷氨静态混合器单元结构示意图。
图3是本发明的喷氨静态混合器单元的俯视结构示意图。
图4是本发明的喷氨静态混合器单元的侧视结构示意图（V形板外侧方向，无导流板一侧）。
图5是本发明的喷氨静态混合器单元的侧视结构示意图（V形板内侧方向，有导流板一侧）。
图6是本发明实施例2的双层喷氨静态混合器的结构示意图。
图7是本发明实施例3的三层喷氨静态混合器的结构示意图。
主要附图标记说明：
1-喷氨静态混合器单元，11-V形板，11A-第一翼板，11B-第二翼板，11C-翼板下沿相交线，11D-开口，11E-导流板；12-空心管，12A-竖直管段，12B-斜管段，12C-挡板，12D-旋转轴；
2-烟道；
F1-第一层喷氨静态混合器，F2-第二层喷氨静态混合器，F3-第三层喷氨静态混合器。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。
在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在所述元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向（旋转90度或其他取向）且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。
在本文中，术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位，并不是用以限定特定的位置或相对关系。换言之，在一些实施例中，术语“第一”、“第二”等也可以彼此互换。
本发明的喷氨静态混合器具有除尘功能，如图1-7所示，由至少一层喷氨静态混合器组成，优选可设置为2~5层喷氨静态混合器。每层喷氨静态混合器由若干静态除尘混合器单元1组成且并排设置，相邻的两个静态除尘混合器单元1之间上端面相连。静态除尘混合器单元1包括V形板11和空心管12，其中V形板11的两侧翼板上设有开口可使烟道2中的烟气形成水平碰撞。空心管12位于V形板11的下部，用于收集并引导排出烟气水平碰撞后掉落的粉尘。进一步如图2-5所示，空心管12包括竖直管段12A、斜管段12B、挡板12C和旋转轴12D。V形板11底部封闭，上部开口，上端面与水平面平齐，V形板11的下沿相对于水平方向具有一倾斜角度β，空心管12位于倾斜下方的一端。空心管的竖直管段12A上端与V形板底面连通（连通位置即为前述倾斜下方的一端，或者说较低的一端），下端与斜管段12B连通，用于引导粉尘排出，挡板12C通过旋转轴12D固定于斜管段12B的末端上。
优选而非限制性地，进一步如图4、5所示，V形板11由两块直角梯形的翼板组成，如图2所示，两块直角梯形翼板（即11A和11B）相对于V形板相交线所在的竖直平面成平面对称，两块直角梯形板与竖直方向的夹角α相同，为了保证V形板上的开口能使烟气产生水平碰撞，α为15~75°，优选采用30~60°。为了使烟气水平碰撞后掉落的粉尘顺利进入空心管12，直角梯形板的斜边与水平方向的夹角β（即前述V形板11的下沿相对于水平方向的倾斜角度）为5~75°，优选采用5~30°。
优选而非限制性地，进一步如图3-5所示，直角梯形翼板上设置至少一个开口11D（图中设置了四个长方形开口），两块直角梯形板上的开口相对于V形板11翼板相交线所在的竖直平面成平面对称，开口11D的形状可以为圆形、椭圆形、半圆形、心形、梅花形、三角形、正方形、长方形、平行四边形、梯形、菱形、星型、五边形、六边形、多边形等，优选采用圆形、正方形和长方形，更优选采用长方形。开口11D面向对侧翼板的一侧设置有导流板11E，如图2所示，导流板11E与竖直方向的夹角γ为15~90°，优选采用45~90°。
优选而非限制性地，斜管段12B下端（即末端）可以为楔形面，楔形面与竖直方向的夹角δ为5~45°。挡板12C在自身重力作用下将斜管段12B下端楔形面封闭，当竖直管段12A的粉尘积累到一定高度时（即在粉尘的压力作用下）挡板12C受力沿旋转轴12D转动向远离斜管段12B的一侧开启，粉尘从斜管段12B楔形面出口排出。当竖直管段12A的粉尘降低至一定高度时，挡板12C在重力的作用下自动闭合。
当喷氨静态混合器设置为多层时，第N+1层（N=1、2、3……）喷氨静态混合器的V形板上端面横截面积与第N层喷氨静态混合器的V形板上端面横截面积比例为1~10，优选比例为1.2~5。此处的第N+1层为上层，而第N层为下层。优选而非限制性地，进一步如图6、7所示，同一层或不同层的喷氨静态混合器单元之间可共用同一空心管12，即共用竖直管段、斜管段及挡板。进一步如图6所示，不同层共用空心管的情况下，上层的空心管12的竖直管段保证在不穿设下层V形板11的前提下与下层空心管的竖直管段连通，以便保证V形板的完整性。
本发明的喷氨静态混合器实现除尘功能的工作原理为：携带粉尘的烟气自下而上流动，经过喷氨静态混合器，在V形板开口处设置的导流板的作用下烟气流向变为水平方向或斜向下，由于构成V形板的两块翼板完全对称，故两股烟气的速度和流量基本相同，两股烟气撞击后水平方向的力互相抵消，烟气中的粉尘在自身重力的作用下落入V形板底部，V形板底部倾斜设置，粉尘在自身重力及气流的吹动作用下沿斜面流动经空心管的竖直管段进入斜管段，竖直管段内的粉尘积累到一定高度后，斜管段末端的挡板受力沿旋转轴转动向远离斜管段的一侧开启，粉尘从斜管段排出，从而实现烟气除尘。
本发明通过烟气的互相撞击实现烟气除尘，可有效去除烟气中粒径较大的粉尘颗粒，本发明的喷氨静态混合器布置于喷氨管的上方，该喷氨静态混合器通过氨与烟气混合气体之间的相互撞击进行强制混合，可在较短的距离内实现氨气与烟气的均匀混合，显著降低烟道同一横截面上气速分布偏差及氨浓度分布偏差，降低氨逃逸，并能解决由于烟道中粉尘造成的SCR喷嘴堵塞的问题，有效延长SCR脱硝装置的检修周期。
实施例1
如图1~5所示的装置实施例，本发明的喷氨静态混合器由一层喷氨静态混合器组成，直角梯形翼板（即第一翼板11A和第二翼板11B）与竖直方向的夹角α均为30°，第一翼板11A和第二翼板11B的直角梯形斜边与水平方向的夹角β均为15°，第一翼板11A和第二翼板11B的上部设置四个开口11D，开口11D的形状为长方形，开口面向对侧翼板一侧设置有导流板11E，导流板11E与竖直方向的夹角γ为75°，斜管段12B下端的楔形面与竖直方向的夹角δ为15°。
某锅炉烟气，采用本发明的单层喷氨静态混合器，沿烟气流动方向，喷氨静态混合器前的颗粒物（粉尘）含量为2520mg/Nm3，喷氨格栅后的颗粒物（粉尘）含量为1325mg/Nm3，除尘效率为47,4%。
实施例2
如图6所示的装置实施例，本发明的喷氨静态混合器由两层喷氨静态混合器组成，即第一层喷氨静态混合器F1和第二层喷氨静态混合器F2，两层喷氨静态混合器之间共用同一空心管12，包括竖直管段12A、斜管段12B及挡板12C。第二层喷氨静态除尘混合器的V形板11上端面横截面积与第一层喷氨静态除尘混合器的V形板上端面横截面积比例为1.5：1。
进一步如图2-5所示，直角梯形翼板（即第一翼板11A和第二翼板11B）与竖直方向的夹角α均为45°，第一翼板11A和第二翼板11B的直角梯形斜边与水平方向的夹角β均为30°，第一翼板11A和第二翼板11B的上部设置四个开口11D，开口11D的形状为长方形，开口面向对侧翼板一侧设置有导流板11E，导流板11E与竖直方向的夹角γ为60°，斜管段12B下端的楔形面与竖直方向的夹角δ为30°。
某锅炉烟气，采用本发明的两层喷氨静态混合器，沿烟气流动方向，喷氨静态混合器前的颗粒物（粉尘）含量为2058mg/Nm3，喷氨格栅后的颗粒物（粉尘）含量为886mg/Nm3，除尘效率为56.9%。
实施例3
如图7所示的装置实施例，本发明的喷氨静态混合器由三层喷氨静态混合器组成，即第一层喷氨静态混合器F1、第二层喷氨静态混合器F2和第三层喷氨静态混合器F3，三层喷氨静态混合器之间共用同一空心管12，包括竖直管段12A、斜管段12B及挡板12C。第二层喷氨静态除尘混合器的V形板11上端面横截面积与第一层喷氨静态除尘混合器的V形板上端面横截面积比例为2:1，第三层喷氨静态除尘混合器的V形板11上端面横截面积与第二层喷氨静态除尘混合器的V形板上端面横截面积比例为1.75：1。
进一步如图2-5所示，直角梯形翼板（即第一翼板11A和第二翼板11B）与竖直方向的夹角α均为60°，第一翼板11A和第二翼板11B的直角梯形斜边与水平方向的夹角β均为45°，第一翼板11A和第二翼板11B的上部设置四个开口11D，开口11D的形状为长方形，开口面向对侧翼板一侧设置有导流板11E，导流板11E与竖直方向的夹角γ为75°，斜管段12B下端的楔形面与竖直方向的夹角δ为45°。
某锅炉烟气，采用本发明的单层喷氨静态混合器，沿烟气流动方向，喷氨静态混合器前的颗粒物（粉尘）含量为1798mg/Nm3，喷氨格栅后的颗粒物（粉尘）含量为564mg/Nm3，除尘效率为68.6%。
实施例4
该实施例为本发明的喷氨静态混合除尘方法实施例，具体包括如下步骤：在烟道中并排设置一层或多层静态混合器单元1，其中多层静态混合器单元1可以设置为2-5层；在静态混合器单元1的导流作用下，烟道2中的烟气形成水平碰撞；烟气水平碰撞后掉落的粉尘被收集并被引导排出。应当说明的是，该方法实施例可以应用以上任意一种喷氨静态混合器。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。针对上述示例性实施方案所做的任何简单修改、等同变化与修饰，都应落入本发明的保护范围。
Claims (14)
1.一种喷氨静态混合器，其特征在于，该混合器为一层或多层，设于烟道中，每层所述混合器由多个静态混合器单元组成且并排设置，所述静态混合器单元包括：
V形板，其两侧翼板上设有开口使得所述烟道中的烟气形成水平碰撞；
空心管，其位于所述V形板下部，用于收集并引导排出所述烟气水平碰撞后掉落的粉尘。
2.根据权利要求1所述的喷氨静态混合器，其特征在于，相邻两个所述静态混合器单元的所述翼板的上端面相连。
3.根据权利要求1或2所述的喷氨静态混合器，其特征在于，所述V形板的下沿相对于水平方向具有一倾斜角度，所述空心管位于倾斜下方的一端。
4.根据权利要求3所述的喷氨静态混合器，其特征在于，所述V形板的翼板为直角梯形板，所述直角梯形的斜边相对于水平方向的倾斜角度β为5至30度。
5.根据权利要求1或2所述的喷氨静态混合器，其特征在于，所述V形板的翼板相对于竖直方向的倾斜角度α为30至60度。
6.根据权利要求1或2所述的喷氨静态混合器，其特征在于，所述开口数量为一个或多个，所述开口形状为长方形。
7.根据权利要求6所述的喷氨静态混合器，其特征在于，所述开口面向对侧翼板设有导流板，所述导流板与竖直方向的夹角γ为45至90度。
8.根据权利要求1或2所述的喷氨静态混合器，其特征在于，所述空心管包括：
竖直管段，其上端与所述V形板下沿倾斜下方的一端连通，用于接收V形板收集的粉尘；
斜管段，其上端与所述竖直管段的下端连通，用于引导所述粉尘排出。
9.根据权利要求8所述的喷氨静态混合器，其特征在于，所述斜管段的下端部设有挡板，所述挡板在所述粉尘的压力作用下开启。
10.根据权利要求8所述的喷氨静态混合器，其特征在于，不同的所述静态混合器单元共用同一所述空心管。
11.根据权利要求1或2所述的喷氨静态混合器，其特征在于，当所述喷氨静态混合器设置为多层时，上层的所述V形板上端面的横截面积与下层的所述V形板上端面的横截面积之比为1.2至5。
12.根据权利要求11所述的喷氨静态混合器，其特征在于，上层的所述空心管与下层的所述空心管连通。
13.一种喷氨静态混合除尘方法，其特征在于，应用如权利要求1至12中任意一项所述的喷氨静态混合器，包括如下步骤：
并排设置一层或多层静态混合器单元；
在所述静态混合器单元的导流作用下，烟道中的烟气形成水平碰撞；
所述烟气水平碰撞后掉落的粉尘被收集并被引导排出。
14.根据权利要求13所述的喷氨静态混合除尘方法，其特征在于，所述多层静态混合器单元设置为2至5层。
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