CN114259861A - 一种自主式旋转喷头sncr脱硝喷枪 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种自主式旋转喷头SNCR脱硝喷枪,包括保护套管、内枪管及法兰,内枪管同轴设置在保护套管内,内枪管的出口端连接有旋转喷头,法兰与烟道外壁或者锅炉炉膛外壁固定连接,法兰与导套连接,保护套管可拆卸地从法兰和导套中心穿过;保护套管与导套之间设置限位件;保护套管的管壁采用中空结构,保护套管上设置有冷却液入口和冷却液出口连通所述中空结构,内枪管与保护套管的端部之间设置支撑端盖,内枪管上开设还原剂入口和压缩空气入口,还原剂入口和压缩空气入口均与内枪管中心流道连通;本发明结构简单、拆装方便,具备耐高温、防磨损、抗腐蚀等优点,脱硝效率高,使用寿命长,有效的解决了传统SNCR雾化性能低、混合效果差等问题。
Description
技术领域
本发明涉及烟气净化脱硝领域,具体涉及一种SNCR脱硝喷枪。
背景技术
近年来,随着环境污染问题日益加重,环境保护越来越受到国家的重视,烟气排放标准也越来越严格。2011年7月29日颁布国家标准《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)规定:自2014年7月1日起现有的火力发电厂及新建火力发电厂氮氧化物浓度排放限值为:100mg/m3,其余W型火焰炉膛锅炉、循环流化床发电锅炉及2003年前建成的老旧机组锅炉氮氧化物排放量执行200mg/m3的限值。随后,又要求和鼓励新建机组接近或达到燃气轮机组排放限值,即在基准氧含量6%条件下,烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10mg/m3,35mg/m3,50mg/m3,实现燃煤发电机组的超低排放。由此,探索高效低耗的烟气脱硝技术成为了当下的研究热点。目前最常用的烟气脱硝技术有:选择性非催化还原技术(SNCR)、选择性催化还原技术(SCR)、SNCR/SCR联合脱硝、等离子脱硝、微生物法脱硝等。
SNCR技术是指在没有催化剂存在条件下,将含有氨基的还原剂(尿素、氨水、氨气等)喷入炉膛内适合的温度区域,温度窗口在900-1100℃下,带有氨基的还原剂迅速分解出NH3并与烟气中的NOx有选择性地进行反应,生成氮气和水。由于该技术不使用催化剂,无需安装额外的反应器,因而具有工程造价低,占地面积小,改造方便,工期短,易实现等优点而被广泛用于火电厂烟气脱硝。除了温度作为影响SNCR技术的关键因素之一,喷枪的好坏也将直接影响脱硝到的效果。传统SNCR用喷枪由于缺乏有效地保护,工作在炉膛高温、高腐蚀、高灰分的环境下大大缩短了其使用寿命,频繁更换导致成本和维护成本提高,严重时还可能造成锅炉停机影响火电厂的电力产出;良好的雾化性能以及有效增加还原剂与烟气的混合是保证烟气中NOx高效脱除的前提。传统SNCR喷枪随锅炉负荷变化的适应性差,尤其是在低负荷下,还原剂的用量减少,工作压力降低,还原剂雾化粒径增大使得还原剂与烟气的接触面积减小,还原剂在炉膛中的停留时间变长,反应偏离“温度窗口”从而造成氨泄漏、氮氧化物排放不达标等一系列问题。
发明内容
为解决上述背景技术中提到的问题,本发明提供一种SNCR脱硝喷枪,其结构简单、拆装方便,同时具备耐高温、防磨损、抗腐蚀等优点,脱硝效率高,使用寿命长,有效的解决了传统SNCR雾化性能低、混合效果差等问题。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:一种自主式旋转喷头SNCR脱硝喷枪,包括保护套管、内枪管、法兰,内枪管同轴设置在保护套管内,内枪管的出口端连接旋转喷头,法兰与烟道外壁或者锅炉炉膛外壁固定连接,法兰与导套连接为一个整体,保护套管从法兰和导套中心穿过,保护套管与导套可拆卸连接,保护套管与导套之间设置限位件;保护套管靠近旋转喷头的管壁上设置有周向支撑架,保护套管的管壁采用中空结构,中空结构形成环形通道,保护套管上沿着热传递方向设置有冷却液入口和冷却液出口,冷却液入口与冷却液出口与保护套管的环形通道连通,内枪管与保护套管的端部之间设置支撑端盖,支撑端盖与内枪管焊接为一个整体,内枪管上开设还原剂入口连接还原剂源出口,内枪管上设置压缩空气入口连接压缩空气源出口,还原剂入口和压缩空气入口均与内枪管中心流道连通。
导套上设置有紧固螺钉作为限位件,导套与保护套管之间设置密封条。
保护套管通过内螺纹与支撑端盖的外螺纹连接。
内枪管的端部设置有用于连接旋转喷头的弯折部,旋转喷头的连接端设置有环形槽,所述弯折部嵌入所述环形槽,所述弯折部与所述环形槽的连接处设置滚珠和密封圈。
旋转喷头与内枪管的连接处设置有滚珠,旋转喷头与内枪管的间隙之间设置有密封圈。
旋转喷头的长度为30~50mm,外径为22~30mm,除锥形面壁厚为6~8mm之外,其余壁面的厚度为2.8~3.0mm。
旋转喷头的出口端面为锥形面,旋转喷头的出口端面上开设有或4、6或8个螺旋喷孔,螺旋喷孔的直径为2.8mm-4.0mm,且其出口中心位于锥形面母线的中心。
螺旋喷孔出口切线方向在喷枪对称剖切平面内与内枪管中心线之间的角度α在30°与60°之间;螺旋喷孔锥形面的壁厚大于螺旋喷孔柱面处的壁厚。
伸入炉膛内部的保护套管的内壁与内枪管外壁之间设置周向支撑架,周向支撑架沿周向均匀固定设置在保护套管内壁。
还原剂入口设置在内枪管的侧壁,内枪管本体入口作为压缩空气入口。
与现有技术相比,本发明至少具有以下有益效果:
通过设置保护套管、旋转喷头为耐高温、防磨损、抗腐蚀材料制造,同时在保护套管内设置循环冷却液对喷枪进行保护,从而达到了解决传统喷枪易损坏问题,在保证喷枪工作稳定性的同时极大地延长了喷枪的使用寿命。
保护套管与导套可拆卸连接,能调整喷枪伸入烟道或者锅炉炉膛的长度,达到了降低喷枪维护成本的目的,同时又保证了喷枪使用的灵活性,提高了烟气脱硝的效率。
通过设置带有螺旋喷孔的自主式旋转喷头,利用喷孔巧妙的螺旋结构设计,而无需设置额外的动力装置,利用喷枪自身工作时提供给喷头旋转的动力带动喷头旋转,减少了能量的消耗;在离心力的作用下,该自主式旋转喷头SNCR脱硝喷枪的雾化效果更佳,还原剂与烟气的混合更强,既改善了喷枪的雾化性能又提高了SNCR脱硝效率。
进一步的,通过设置紧固螺钉,可以通过紧固螺钉调整喷枪伸入烟道或者锅炉炉膛的长度,方便喷枪的安装与拆卸。
附图说明
图1为本发明提供的一种自主式旋转喷头SNCR脱硝喷枪的结构示意图;
图2为图1中喷枪旋转喷头部分放大的结构示意图;
图3为本发明提供的一种自主式旋转喷头SNCR脱硝喷枪出口端的正视示意图。
附图标记说明:1-保护套管;2-旋转喷头;3-内枪管;4-法兰;5-螺栓;6-压缩空气入口;7-还原剂入口;8-紧固螺钉;9-冷却液入口;10-冷却液出口;11-支撑端盖;12-密封圈;13-周向支撑架;14-滚珠;15-螺旋喷孔;16-导套。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案,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楚、完整地描述,显然,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的前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是,当元件被称为“设置在”另一个元件上,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1和图2,一种自主式旋转喷头SNCR脱硝喷枪,包括保护套管1以及与保护套管1同轴安装的内枪管3,法兰4与烟道外壁或者锅炉炉膛外壁固定连接,法兰4与导套16连接为一个整体,保护套管1内螺纹与内枪管3左侧支撑端盖11外螺纹螺纹连接,当需要更换旋转喷头2时,螺纹连接方式便于内枪管3的拆装,保护套管1从法兰4和导套16中心穿过,烟道外壁或者锅炉炉膛外壁设置有与法兰4连接的法兰盘,法兰4与导套16连接为一个整体,法兰4通过四颗螺栓5连接,螺栓设置有垫片,内枪管3、法兰4、导套16以及喷嘴2同轴设置;导套16侧壁设置有一个紧固螺钉8,紧固螺钉8用于喷枪与法兰4之间轴向相对固定,通过紧固螺钉8还可以根据需要调整喷枪伸入烟道或者锅炉炉膛的长度,保护套管1伸入炉膛管壁上靠近旋转喷头2位置有四个周向支撑架13,周向支撑架13用于限制和固定内枪管3的径向位置,以防止其工作时出现晃动;保护套管1上沿着热传导方向设置有冷却液入口9和冷却液出口10,冷却液入口9与冷却液出口10与保护套管1上中空结构形成的环形通道相连通。
作为可选的实施例,法兰4与导套16可以一体化成型或分别成型后焊接为一个整体。
支撑端盖11与内枪管3焊接为一个整体,当需要更换旋转喷头2时可将所述内枪管3和旋转喷头2一并取出,所述内枪管3的介质入口端设置有还原剂入口7和压缩空气入口6,还原剂入口7设置在内枪管3的侧壁,内枪管3管本体入口作为压缩空气入口6,还原剂入口7和压缩空气入口6均与内枪管3中心流道连通。
参考图2,内枪管3右侧连接旋转喷头2,旋转喷头2与内枪管3的连接处设置有滚珠14,旋转喷头2与内枪管3连接处的间隙之间设置有密封圈12,旋转喷头2的介质出口端面上设置有数个螺旋喷孔15,所述介质出口端面为锥形面,旋转喷头2采用耐高温、防磨损、抗腐蚀的合金材料制造。
参考图2,内枪管3的端部设置有用于连接旋转喷头2的弯折部,旋转喷头2的连接端设置有环形槽,所述弯折部嵌入所述环形槽,所述弯折部与所述环形槽的连接处设置滚珠14;当然所述弯折部可以是向内侧弯折,也可以是向外侧弯折,所述环形槽的深度大于弯折部的宽度,便于旋转喷头2的安装;同时,向外侧弯折使得从内枪管3到旋转喷头2介质通流面积及内部压力不发生变化;向内侧弯折时,从内枪管3到旋转喷头2介质通流面积及内部压力均发生变化,而且在一定程度上具有扰流作用,进一步提高溶液混合的均匀性,增强气液混合效果。
作为另一种可选的实施例,向内侧弯折时,旋转喷头2的内径也可以设计为与其连接处内径相同,这样不产生扰流,使混合介质直接增压喷出。
图2所示只是说明一种旋转喷头2的连接形式,并不要求其相对尺寸如图中所示。
参考图2,伸入炉膛内部的保护套管1的内壁与内枪管3外壁之间设置周向支撑架13,周向支撑架13沿周向均匀固定设置在保护套管内壁。
参考图3,螺旋喷口15数量设置为或4个、6个或8个,螺旋喷孔15出口切线方向在喷枪对称剖切平面内与内枪管3中心线之间的角度α在30°与60°之间。
本发明优选设置4个螺旋喷口15,且α=45°,螺旋喷孔15的锥形面的壁厚大于螺旋喷孔15柱面处的壁厚。
应该理解,以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述,在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此,本教导的范围不应该参照上述描述来确定,而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的,所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主题内容,也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。
Claims (10)
1.一种自主式旋转喷头SNCR脱硝喷枪,其特征在于:包括保护套管(1)、内枪管(3)、法兰(4),内枪管(3)同轴设置在保护套管(1)内,内枪管(3)的出口端连接旋转喷头(2),法兰(4)与烟道外壁或者锅炉炉膛外壁固定连接,法兰(4)与导套(16)连接为一个整体,保护套管(1)从法兰(4)和导套(16)中心穿过,保护套管(1)与导套(16)可拆卸连接,保护套管(1)与导套(16)之间设置限位件;保护套管(1)靠近旋转喷头(2)的管壁上设置有周向支撑架(13),保护套管(1)的管壁采用中空结构,中空结构形成环形通道,保护套管(1)上沿着热传递方向设置有冷却液入口(9)和冷却液出口(10),冷却液入口(9)与冷却液出口(10)与保护套管(1)的环形通道连通,内枪管(3)与保护套管(1)的端部之间设置支撑端盖(11),支撑端盖(11)与内枪管(3)焊接为一个整体,内枪管(3)上开设还原剂入口(7)连接还原剂源出口,内枪管(3)上设置压缩空气入口(6)连接压缩空气源出口,还原剂入口(7)和压缩空气入口(6)均与内枪管(3)中心流道连通。
2.根据权利要求1所述的自主式旋转喷头SNCR脱硝喷枪,其特征在于,导套(16)上设置有紧固螺钉(8)作为限位件,导套(16)与保护套管(1)之间设置密封条。
3.根据权利要求1所述的自主式旋转喷头SNCR脱硝喷枪,其特征在于,保护套管(1)通过内螺纹与支撑端盖(11)的外螺纹连接。
4.根据权利要求1所述的自主式旋转喷头SNCR脱硝喷枪,其特征在于,内枪管(3)的端部设置有用于连接旋转喷头(2)的弯折部,旋转喷头(2)的连接端设置有环形槽,所述弯折部嵌入所述环形槽,所述弯折部与所述环形槽的连接处设置滚珠(14)和密封圈(12)。
5.根据权利要求1所述的自主式旋转喷头SNCR脱硝喷枪,其特征在于,旋转喷头(2)与内枪管(3)的连接处设置有滚珠(14),旋转喷头(2)与内枪管(3)的间隙之间设置有密封圈(12)。
6.根据权利要求1所述的自主式旋转喷头SNCR脱硝喷枪,其特征在于,旋转喷头(2)的长度为30~50mm,外径为22~30mm,除锥形面壁厚为6~8mm之外,其余壁面的厚度为2.8~3.0mm。
7.根据权利要求1所述的自主式旋转喷头SNCR脱硝喷枪,其特征在于,旋转喷头(2)的出口端面为锥形面,旋转喷头(2)的出口端面上开设有或4、6或8个螺旋喷孔(15),螺旋喷孔(15)的直径为2.8mm-4.0mm,且其出口中心位于锥形面母线的中心。
8.根据权利要求7所述的自主式旋转喷头SNCR脱硝喷枪,其特征在于,螺旋喷孔(15)出口切线方向在喷枪对称剖切平面内与内枪管(3)中心线之间的角度α在30°与60°之间;螺旋喷孔(15)锥形面的壁厚大于螺旋喷孔(15)柱面处的壁厚。
9.根据权利要求1所述的自主式旋转喷头SNCR脱硝喷枪,其特征在于,伸入炉膛内部的保护套管(1)的内壁与内枪管(3)外壁之间设置周向支撑架(13),周向支撑架(13)沿周向均匀固定设置在保护套管内壁。
10.根据权利要求1所述的自主式旋转喷头SNCR脱硝喷枪,其特征在于,还原剂入口(7)设置在内枪管(3)的侧壁,内枪管(3)本体入口作为压缩空气入口(6)。
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