CN112774434B - 一种适用于scr脱硝工艺的防堵智能喷氨装置及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种适用于SCR脱硝工艺的防堵智能喷氨装置及其工作方法，包括供氨总管、分氨母管、分氨支管、万向球形喷头和智能控制机构。通过本发明装置，还原剂在烟道内可形成多层级喷氨，充分保证了烟气与还原剂均匀混合。通过喷嘴结构设计，增大了喷射速度，提高氨气与烟气充分均匀混合的同时，解决了传统喷嘴容易积灰的问题。通过智能旋转喷嘴可根据浓度需求实时调整转向，解决了传统喷嘴排布过多造成相邻喷嘴喷出的氨气流场互相干扰的缺陷的同时减少人工操作风险。

Description

一种适用于SCR脱硝工艺的防堵智能喷氨装置及其工作方法
技术领域
本发明涉及化工技术领域，具体涉及一种适用于SCR脱硝工艺的防堵智能喷氨装置及其工作方法。
背景技术
随着国家一系列政策和法规的颁布，各行业烟气超低排放改造已成趋势。烟气超低排放要求NOx排放浓度须低于50mg/m3，SCR脱硝工艺由于其技术成熟、脱硝效率高被广泛应用。现有的SCR喷氨系统，通常是从氨水储罐打出，经过蒸发器气化，再通过布置在SCR进口烟道上的喷射格栅，与烟气混合后进入SCR脱硝反应器进行脱硝反应。SCR脱硝工艺还原剂的喷射和混合是整个系统的重要组成部分，但现有喷氨系统存在烟气在喷嘴处积灰严重、还原剂与烟气混合不均匀、智能化程度低、氨逃逸高等问题，严重影响了脱硝效率，不利于NOx减排。
专利申请号为CN201610092161.7的发明专利公布一种新型涡街强混喷氨装置，包括均匀设置在烟道内的若干个氨喷射单元，所述氨喷射单元包括喷管，所述喷管的横截面为月牙形，所述喷管的内凹面居中连接有输氨管，所述喷管迎向烟气来流方向的外凸面上均匀设有若干个喷氨装置。所述的喷氨装置包括设于所述喷管上的喷孔，所述喷孔连接有喷嘴短节，所述喷嘴短节上安装有喷嘴。该发明能够形成稳定的涡街，从而加强烟气扰动，可减少氨与烟气的混合长度，对大烟道、小烟道均能形成很好的均匀混合的效果。但是该发明并没有解决喷嘴容易堵塞等问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明公开一种适用于SCR脱硝工艺的防堵智能喷氨装置及其工作方法，包括供氨总管、分氨母管、分氨支管、万向球形喷头和智能控制机构。通过本发明装置，还原剂在烟道内可形成多层级喷氨，充分保证了烟气与还原剂均匀混合。通过喷嘴结构设计，增大了喷射速度，提高氨气与烟气充分均匀混合的同时，解决了传统喷嘴容易积灰的问题。通过智能旋转喷嘴可根据浓度需求实时调整转向，解决了传统喷嘴排布过多造成相邻喷嘴喷出的氨气流场互相干扰的缺陷的同时减少人工操作风险。
一种适用于SCR脱硝工艺的防堵智能喷氨装置，包括供氨总管、分氨母管、分氨支管，供氨总管包括供氨总管A和供氨总管B,供氨总管A入口与氨气、空气混合管道的出口相连，供氨总管A穿过烟道侧壁延伸至烟道内部后与供氨总管B连接，供氨总管B与烟气运动方向平行设置，多个分氨母管一端与供氨总管B连接且垂直于供氨总管B轴向方向，分氨母管另一端和多个分氨支管连接，分氨支管连接有多个万向球形喷头，智能控制机构调节万向球形喷头的转动方向。
优选的是，所述分氨母管分层布置在催化剂层上部。
上述任一方案优选的是，所述多个分氨支管等距离间隔连接在分氨母管上。
上述任一方案优选的是，每层分氨母管沿轴向方向等距离间隔设置了多个分氨支管，多个分氨支管处于同一个平面上。
上述任一方案优选的是，所述分氨支管的数量为多个。
上述任一方案优选的是，所述分氨支管的数量为8个。
上述任一方案优选的是，所述万向球形喷头等距离间隔连接在分氨支管下部，万向球形喷头轴向与烟道方向平行，与烟气运动方向相反。
上述任一方案优选的是，所述万向球形喷头半球形喷嘴顶端封闭设置，未开孔。
上述任一方案优选的是，所述万向球形喷头由喷管和一体化旋转喷嘴构成。
上述任一方案优选的是，所述一体化旋转喷嘴采用消失模法一体化铸造而成。
上述任一方案优选的是，所述一体化旋转喷嘴由旋转球、异径连接管和喷嘴构成，旋转球连接在异径连接管和喷管之间。
上述任一方案优选的是，所述旋转球为球壳结构，异径连接管连接旋转球和喷嘴，且外径由靠近旋转球一端到另一端逐渐减小。
上述任一方案优选的是，所述喷嘴为半球形壳体结构，喷嘴靠近异径连接管一端沿圆周方向等距间隔设置若干个喷眼。
上述任一方案优选的是，所述喷眼的内径由内到外逐渐增大。
上述任一方案优选的是，所述万向球形喷头喷射方向能够调节，沿喷头轴向可调节角度为0-60度；沿喷头环向可调节角度为0-360度。
一体化旋转喷嘴能够通过旋转球实现旋转，从而实现沿喷头环向可调节角度为0-360度。一体化旋转喷嘴远离旋转球一端还能向左、右两侧外扩，进而实现沿喷头轴向可调节角度为0-60度。
上述任一方案优选的是，所述智能控制机构实时采集数据信息，通过传感器及DCS系统实现实时调节万向球形喷头的转动方向。
上述任一方案优选的是，所述数据信息包括监测入口NOx浓度、出口NOx浓度、喷氨量、氨逃逸中的至少一种。
上述任一方案优选的是，所述万向球形喷头转动方向的指令运算单元为PLC控制器。
本发明还提供一种采用上述所述的防堵智能喷氨装置的喷氨方法，蒸氨装置蒸发的氨气与空气混合调配后到达供氨总管A，经过供氨总管B再进入多个分氨母管，通过分氨母管分配至等距离间隔设置的多个分氨支管内，再通过分氨支管上连接的万向球形喷头喷出，与烟气混合发生脱硝还原反应。
上述任一方案优选的是，所述分氨母管分层布置在催化剂层上部。
上述任一方案优选的是，所述多个分氨支管等距离间隔连接在分氨母管上。
上述任一方案优选的是，每层分氨母管沿轴向方向等距离间隔设置了多个分氨支管，多个分氨支管处于同一个平面上。
上述任一方案优选的是，所述分氨支管的数量为多个。
上述任一方案优选的是，所述分氨支管的数量为8个。
上述任一方案优选的是，所述万向球形喷头等距离间隔连接在分氨支管下部，万向球形喷头轴向与烟道方向平行，与烟气运动方向相反。
上述任一方案优选的是，所述万向球形喷头由喷管和一体化旋转喷嘴构成。
上述任一方案优选的是，所述一体化旋转喷嘴采用消失模法一体化铸造而成。
上述任一方案优选的是，所述一体化旋转喷嘴由旋转球、异径连接管和喷嘴构成，旋转球连接在异径连接管和喷管之间。
上述任一方案优选的是，所述旋转球为球壳结构，异径连接管连接旋转球和喷嘴，且外径由靠近旋转球一端到另一端逐渐减小。
上述任一方案优选的是，所述喷嘴为半球形壳体结构，喷嘴靠近异径连接管一端沿圆周方向等距间隔设置若干个喷眼。
上述任一方案优选的是，所述喷眼的内径由内到外逐渐增大。
上述任一方案优选的是，所述万向球形喷头喷射方向能够调节，沿喷头轴向可调节角度为0-60度；沿喷头环向可调节角度为0-360度。
上述任一方案优选的是，所述数据信息包括实时采集和智能控制机构实时采集数据信息，通过传感器及DCS系统实现实时调节万向球形喷头的转动方向发送监测入口NOx浓度、出口NOx浓度、喷氨量、氨逃逸中的至少一种。
上述任一方案优选的是，所述万向球形喷头转动方向的指令运算单元为PLC控制器。
本发明的有益效果如下：
(1)分氨母管采用分层布置，还原剂在烟道内形成多层级喷氨系统，在每层级喷氨系统中还原剂NH3沿烟道横截面均匀分布，充分保证了烟气与还原剂NH3的混合均匀程度。
(2)采用万向球形喷头喷射半径大，可减少喷嘴数量，解决了传统喷嘴排布过多造成相邻喷嘴喷出的氨气流场互相干扰的缺陷。
(3)一体化万向球形喷头中旋转球与异径连接管连接部分形成缩口，氨气在球形喷头缩口处获得一次加速，通过异径管壁旋流获得二次加速后，经球形喷嘴喷出，喷射速度快，可实现氨气与烟气混合的更均匀，通过喷嘴该结构设计，增大了喷射速度，提高氨气与烟气充分均匀混合的同时，解决了传统喷嘴容易积灰的问题。
(4)一体化万向球形喷头半球形喷嘴顶端未开孔，解决了传统喷嘴积灰的问题。
(5)一体化万向喷头通过调节喷射方向，可克服传统喷嘴由于能量流动逐级递减，靠近分氨母管中部的分氨支管喷出的氨气和远离分氨母管中部的喷氨量不一致的问题。
(6)智能控制机构通过实时监测入口NOx浓度、出口NOx浓度、喷氨量、氨逃逸与烟气量等数据信息，实时调节万向球形喷头的转动方向，减少人工操作风险。
附图说明
图1为本发明的一种适用于SCR脱硝工艺的防堵智能喷氨装置一优选实施例的整体结构示意图；
图2为图1中万向球形喷头的结构示意图；
图3为图2的剖视图。
其中：1、供氨总管；2、分氨母管；3、分氨支管；4、万向球形喷头；4-1、喷管；4-2、一体化旋转喷嘴；4-2-1、旋转球；4-2-2、异径连接管；4-2-3、喷嘴；4-2-3-1、喷眼；5、智能控制机构；6、蒸氨装置；7、烟道侧壁；8、催化剂。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
实施例1
如图1-图3所示，一种适用于SCR脱硝工艺的防堵智能喷氨装置，包括供氨总管、分氨母管、分氨支管，其特征在于，所述供氨总管包括供氨总管A和供氨总管B,供氨总管A入口与氨气、空气混合管道的出口相连，供氨总管A穿过烟道侧壁7延伸至烟道内部后与供氨总管B连接，供氨总管B沿着烟气运动方向设置，多个分氨母管2一端与供氨总管B连接且垂直于供氨总管B轴向方向，分氨母管2另一端和多个分氨支管3连接，分氨支管3连接有多个万向球形喷头4，智能控制机构5调节万向球形喷头的转动方向。
本实施例进一步优化的技术方式是，所述分氨母管2分层布置在催化剂层8上部。分4层设置于多层催化剂层8的间隙中，与供氨总管B轴向方向垂直连通。单层分氨母管2垂直于烟气流动方向设置。本实施例进一步优化的技术方式是，所述多个分氨支管3等距离间隔连接在分氨母管2上。每个分氨支管3方向与供氨总管B轴向垂直。
本实施例进一步优化的技术方式是，每层分氨母管2沿轴向方向等距离间隔设置了多个分氨支管3，多个分氨支管3处于同一个平面上，构成的平面平行于烟道截面。
具体的，根据催化剂截面长度每层分氨母管上等间隔连通8个分氨支管。
本实施例进一步优化的技术方式是，所述多个万向球形喷头4等距离间隔连接在分氨支管3下部，万向球形喷头4轴向与烟道方向平行，与烟气运动方向相反。
本实施例进一步优化的技术方式是，多个万向球形喷头4规格相同，万向球形喷头4等间距设置在分氨支管3轴向方向，与分氨支管3连通。具体的，每个分氨支管3上根据催化剂截面宽度等间隔设置8个万向球形喷头4。
本实施例进一步优化的技术方式是，所述万向球形喷头4由喷管4-1和一体化旋转喷嘴4-2构成。
本实施例进一步优化的技术方式是，所述一体化旋转喷嘴4-2由旋转球4-2-1、异径连接管4-2-2和喷嘴4-2-3构成，旋转球4-2-1活动连接在异径连接管4-2-2和喷管4-1之间，在旋转球4-2-1的作用下，异径连接管4-2-2能够带动喷嘴4-2-3自转也能够往左右两侧外侧倾斜，从而实现沿喷头轴向可调节角度为0-60度，以及喷头环向可调节角度为0-360度可调节。
本实施例进一步优化的技术方式是，所述旋转球4-2-1为球壳结构，异径连接管4-2-2连接旋转球4-2-1和喷嘴4-2-3，且外径由靠近旋转球4-2-1一端到另一端逐渐减小，从而起到局部加速流动的作用。
本实施例进一步优化的技术方式是，所述喷嘴4-2-3为半球形壳体结构，喷嘴4-2-3靠近异径连接管4-2-2一端沿圆周方向等距间隔设置若干个喷眼4-2-3-1。
本实施例进一步优化的技术方式是，所述万向球形喷头4喷射方向能够调节，沿喷头轴向可调节角度为0-60度；沿喷头环向可调节角度为0-360度。具体的，一体化旋转喷嘴能够通过旋转球实现旋转，从而实现沿喷头环向可调节角度为0-360度。体化旋转喷嘴还能像左、右两侧外扩，进而实现沿喷头轴向可调节角度为0-60度。
本实施例进一步优化的技术方式是，所述数据信息包括实时采集和智能控制机构5实时采集数据信息，通过传感器及DCS系统实现实时调节万向球形喷头的转动方向发送监测入口NOx浓度、出口NOx浓度、喷氨量、氨逃逸。万向球形喷头转动方向的指令运算单元为PLC控制器。上述传感器及DCS系统如何设置，均为本领域的公知常识，在此不再赘述。
一种采用防堵智能喷氨装置的喷氨方法，蒸氨装置6蒸发的氨气与空气混合调配后到达供氨总管A，经过供氨总管B再进入多个分氨母管2，通过分氨母管2分配至等距离间隔设置的多个分氨支管3内，再通过分氨支管3上连接的万向球形喷头4喷出，与烟气混合发生脱硝还原反应。通过本发明的装置，分氨母管2上下分层设置，还原剂在烟道内可形成多层级喷氨，充分保证了烟气与还原剂均匀混合。通过喷嘴4-2-3结构设计，即末端封闭，喷眼9呈圆周环绕设置在末端封闭端外圈，增大了喷射速度，提高氨气与烟气充分均匀混合的同时，同时解决了传统喷嘴容易积灰的问题。通过智能旋转喷嘴可根据浓度需求实时调整转向，解决了传统喷嘴排布过多造成相邻喷嘴喷出的氨气流场互相干扰的缺陷的同时减少人工操作风险。
实施例2
一种适用于SCR脱硝工艺的防堵智能喷氨装置，和实施例1相似，不同的是，分氨母管2分2层设置于多层催化剂层8的间隙中，与供氨总管B轴向方向垂直连通。
实施例3
一种适用于SCR脱硝工艺的防堵智能喷氨装置，和实施例1相似，不同的是，和同一段分氨母管2连接的多个分氨支管3也可以处于不同的平面上。
实施例4
一种适用于SCR脱硝工艺的防堵智能喷氨装置，和实施例1相似，不同的是，每层分氨母管上等间隔连通4个分氨支管。
实施例5
一种适用于SCR脱硝工艺的防堵智能喷氨装置，和实施例1相似，不同的是，多个万向球形喷头4大小规格可以不同。
实施例6
一种适用于SCR脱硝工艺的防堵智能喷氨装置，和实施例1相似，不同的是，所述一体化旋转喷嘴4-2采用消失模法一体化铸造而成。
实施例7
一种适用于SCR脱硝工艺的防堵智能喷氨装置，和实施例1相似，不同的是，所述喷眼4-2-3-1的内径由内到外逐渐增大，起到局部加速的效果，从而进一步增大喷眼4-2-3-1出口处的喷氨速度，防止堵塞，另外，喷眼4-2-3-1的数量为8个且等间距环绕设置。
实施例8
一种适用于SCR脱硝工艺的防堵智能喷氨装置，和实施例1相似，不同的是，多个喷眼4-2-3-1在同一平面的圆周上环绕设置。
实施例9
一种适用于SCR脱硝工艺的防堵智能喷氨装置，和实施例1相似，不同的是，多个喷眼4-2-3-1在不同平面的圆周上环绕设置，从而进一步增大喷射路径，保证混合更充分。
实施例10
一种适用于SCR脱硝工艺的防堵智能喷氨装置，和实施例1相似，不同的是，多个喷眼4-2-3-1的形状不同，喷眼4-2-3-1形状为三角形、圆形、多边形中的至少一种。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种适用于SCR脱硝工艺的防堵智能喷氨装置，包括供氨总管（1）、分氨母管（2）、分氨支管（3），其特征在于，所述供氨总管包括供氨总管A和供氨总管B,供氨总管A入口与氨气、空气混合管道的出口相连，供氨总管A穿过烟道侧壁（7）延伸至烟道内部后与供氨总管B连接，供氨总管B与烟气运动方向平行设置，多个分氨母管（2）一端与供氨总管B连接且垂直于供氨总管B轴向方向，分氨母管（2）另一端和多个分氨支管（3）连接，分氨支管（3）连接有多个万向球形喷头（4），智能控制机构（5）调节万向球形喷头的转动方向；
所述万向球形喷头（4）由喷管（4-1）和一体化旋转喷嘴（4-2）构成；所述一体化旋转喷嘴（4-2）由旋转球（4-2-1）、异径连接管（4-2-2）和喷嘴（4-2-3）构成，旋转球（4-2-1）连接在异径连接管（4-2-2）和喷管（4-1）之间；所述旋转球（4-2-1）为球壳结构，异径连接管（4-2-2）连接旋转球（4-2-1）和喷嘴（4-2-3），且外径由靠近旋转球（4-2-1）一端到另一端逐渐减小；所述喷嘴（4-2-3）为半球形壳体结构，喷嘴（4-2-3）靠近异径连接管（4-2-2）一端沿圆周方向等距间隔设置若干个喷眼（4-2-3-1）。
2.如权利要求1所述的适用于SCR脱硝工艺的防堵智能喷氨装置，其特征在于，所述多个分氨支管（3）等距离间隔连接在分氨母管（2）上。
3.如权利要求2所述的适用于SCR脱硝工艺的防堵智能喷氨装置，其特征在于，每层分氨母管（2）沿轴向方向等距离间隔设置了多个分氨支管（3），多个分氨支管（3）处于同一个平面上。
4.如权利要求1所述的适用于SCR脱硝工艺的防堵智能喷氨装置，其特征在于，所述万向球形喷头（4）等距离间隔连接在分氨支管（3）下部，万向球形喷头（4）轴向与烟道方向平行，与烟气运动方向相反。
5.如权利要求1所述的适用于SCR脱硝工艺的防堵智能喷氨装置，其特征在于，所述智能控制机构（5）实时采集数据信息，通过传感器及DCS系统实现实时调节万向球形喷头的转动方向。
6.一种采用如权利要求1-5中任一项所述的防堵智能喷氨装置的工作方法，其特征在于，蒸氨装置（6）蒸发的氨气与空气混合调配后到达供氨总管A，经过供氨总管B再进入多个分氨母管（2），通过分氨母管（2）分配至等距离间隔设置的多个分氨支管（3）内，再通过分氨支管（3）上连接的万向球形喷头（4）喷出，与烟气混合发生脱硝还原反应。
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