CN114985135A - 一种脱硝喷枪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种脱硝喷枪，属于垃圾焚烧行业锅炉烟气脱硝技术领域，包括前端设有喷头的外套管、前端从外套管的后端伸至外套管中部的内套管，内套管的外径小于外套管的内径以与外套管之间形成流体通道，内套管通过设置在外套管后端的锁紧装置与外套管固定连接，外套管上设有与流体通道连通的进气接头，内套管的后端设有进液接头；喷头的前端面呈球面，喷头的前端面设有若干个喷孔。本发明中由内套管、外套管和喷头围成的气液混合室位于长枪喷射器的中部，使得气液混合得更为均匀，喷射更为稳定，进而提高了脱硝效率，能够在不改变尿素浓度的前提下，有效降低NOx的排放量。

Description

一种脱硝喷枪
技术领域
本发明属于垃圾焚烧行业锅炉烟气脱硝技术领域，涉及一种脱硝喷枪，具体涉及一种 SNCR(选择性非催化还原法)脱硝喷枪。
背景技术
在生活垃圾焚烧发电生产运行中，垃圾焚烧过程中会产生大量氮氧化物，对此垃圾焚烧发电厂一般都配备脱销系统，进行NOx控制处理。SNCR脱硝技术，最早于20世纪70年代于国外开始应用，该技术可有效降低NOx排放量。
选择性非催化还原(SNCR)是指在无催化剂的作用下，在适合脱硝反应的燃烧温度区域内喷入还原剂将烟气中的氮氧化物还原为无害的氮气和水。该技术一般通过喷枪使用压缩空气将射尿素溶液等还原剂喷射进炉内的的方式实现，因此尿素喷枪的雾化效果、雾化角度、喷射速度等因素是影响NOx排放的重要因素。
现有尿素喷枪为单孔喷枪，气液于枪头处会合后即喷出，存在雾化效果差，雾化角度小 (22.86°)，覆盖面窄(2.44㎡)，且单孔喷头易磨损致使用寿命短的问题。同时，喷射孔的磨损又会加剧雾化效果的恶化，且炉内枪体部分仅有枪头进行了加厚处理，未有热防护，使用寿命为3～4个月，时间较短。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种脱硝喷枪，以提高喷枪的雾化性能，进而提高脱硝效率。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种脱硝喷枪，包括前端设有喷头的外套管、前端从外套管的后端伸至外套管中部的内套管，内套管的外径小于外套管的内径以与外套管之间形成流体通道，内套管通过设置在外套管后端的锁紧装置与外套管固定连接，外套管上设有与流体通道连通的进气接头，内套管的后端设有进液接头；喷头的前端面呈球面，喷头的前端面设有若干个喷孔。
可选地，所述内套管相对于外套管的位置可调。
可选地，所述内套管相对于外套管的位置可调的实现方式：外套管的后端与三通接头的第一接口固定连接，内套管的前端依次穿过三通接头的第二接口、三通接头的第一接口从外套管的后端伸至外套管的中部；锁紧装置包括套设在内套管上且一端与三通接头的第二接口固定连接的连接套筒，连接套筒的另一端与内套管螺纹连接；三通接头的第三接口与进气接头固定连接。
可选地，所述外套管对应伸入炉内的位置套设有耐高温的保护套管。
可选地，所述保护套管的前端伸出喷头的距离为L，1mm≤L≤8mm。
可选地，所述保护套管的材质为碳化硅。
可选地，所述保护套管与外套管螺纹连接。
可选地，所述喷孔与喷头的轴线之间的夹角不大于34°，喷孔的孔径为1.4～1.5mm。
可选地，所述喷头、外套管、内套管的材质为310S或316L。
本发明的有益效果在于：
1.本发明的气液混合区位于长枪喷射器的中部，使得气液混合得更为均匀，喷射更为稳定，提高了喷枪的雾化稳定性，进而提高了脱硝效率，能够在不改变尿素浓度的前提下，有效降低NOx的排放量。
2.本发明的外套管对应伸入炉内的位置套设有耐高温的保护套管，增加了喷枪的热防护性，使得喷枪能够在1250℃环境中长期(＞1个自然年)运行，延长了喷枪的使用寿命。
3.本发明的有效雾化距离可达3.5米，喷雾覆盖区域可达7.02m2，扩大了喷枪的雾化范围，同时多孔喷头设计可有效减缓喷头劣化速率。
4.本发明的内套管相对于外套管的位置可调，能够实现根据输入压力进行雾化效果的调节。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明一种脱硝喷枪示意图；
图2为1#炉NOx日均值变化图，其中，图2a为换喷枪前1#炉NOx日均值变化图，图 2b为换喷枪后1#炉NOx日均值变化图；
图3为1#炉稀释水流量变化图，其中，图3a为换喷枪前1#炉稀释水流量变化图，图3b 为换喷枪后1#炉稀释水流量变化图；
图4为1#炉尿素流量变化图，其中，图4a为换喷枪前1#炉尿素流量变化图，图4b为换喷枪后1#炉尿素流量变化图；
图5为2#炉NOx日均值变化图，其中，图5a为换喷枪前2#炉NOx日均值变化图，图 5b为换喷枪后2#炉NOx日均值变化图；
图6为2#炉稀释水流量变化图，其中，图6a为换喷枪前2#炉稀释水流量变化图，图6b 为换喷枪后2#炉稀释水流量变化图；
图7为2#炉尿素流量变化图，其中，图7a为换喷枪前2#炉尿素流量变化图，图7b为换喷枪后2#炉尿素流量变化图；
图8为5#炉NOx日均值变化图，其中，图8a为换喷枪前5#炉NOx日均值变化图，图 8b为换喷枪后2#炉NOx日均值变化图；
图9为5#炉稀释水流量变化图，其中，图9a为换喷枪前5#炉稀释水流量变化图，图9b 为换喷枪后5#炉稀释水流量变化图；
图10为5#炉尿素流量变化图，其中，图10a为换喷枪前5#炉尿素流量变化图，图10b为换喷枪后5#炉尿素流量变化图。
附图标记：喷头1、保护套管2、外套管3、内套管4、三通接头5、进气接头6、连接套筒7、进液接头8、气液混合室9。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
参阅图1，一种脱硝喷枪，包括前端设有喷头1的外套管3、前端从外套管3的后端伸至外套管3中部的内套管4，内套管4的外径小于外套管3的内径以与外套管3之间形成流体通道，内套管4通过设置在外套管3后端的锁紧装置与外套管3固定连接，外套管3上设有与流体通道连通的进气接头6，进气接头6为软管接头，内套管4的后端设有进液接头8，进液接头8为金属软管接头。
可选地，内套管4相对于外套管3的位置可调。因此，本发明可以通过调节锁紧装置来改变由内套管4、外套管3和喷头1围成的气液混合室9的容积，进而达到调节雾化效果的目的。
可选地，内套管4相对于外套管3的位置可调的实现方式：外套管3的后端与三通接头 5的第一接口固定连接，内套管4的前端依次穿过三通接头5的第二接口、三通接头5的第一接口从外套管3的后端伸至外套管3的中部；锁紧装置包括套设在内套管4上且一端与三通接头5的第二接口固定连接的连接套筒7，连接套筒7的另一端与设置在内套管4周向的外螺纹螺纹连接，内套管4周向的外螺纹可为全螺纹或仅设置在后半段；连接套筒7与内套管4也可采用其它能够实现可拆卸固定连接的结构，例如弹性套管与卡箍配合的连接方式；三通接头5的第三接口与进气接头6固定连接。
可选地，外套管3对应伸入炉内的位置套设有耐高温的保护套管2，能够有效减少高温明火对枪头的损伤，延长使用寿命。
可选地，保护套管2的前端伸出喷头1的距离为L，1mm≤L≤8mm，优选L＝5mm；保护套管2的材质为耐高温材质，优选碳化硅。
可选地，保护套管2与外套管3螺纹连接。
可选地，喷头1的前端面呈球面，喷头1的前端面设有至少一个喷孔；当喷头1的前端面设有多个喷孔时，喷孔呈环形阵列分布，喷孔与喷头1的轴线之间的夹角不大于34°，喷孔的孔径为1.4～1.5mm。
当喷枪的内套管内径设为5mm、长度设为500mm，喷枪的外套管的内径设为15mm、长度设为640mm，气液混合区的长度设为300～350mm，喷孔的数量设为6个、喷孔以圆周面方式分布、远离喷嘴前端顶点的喷孔与喷嘴的轴线之间的夹角设为12度、喷孔的孔径设为1.5mm，保护套管的前端伸出喷嘴的距离设为1～5mm时，有效雾化距离可达3.47m，扩大喷雾覆盖区域至7.02m2。
本发明中的喷头1具有球面多孔的结构，可有效形成更大的雾化面，有效雾化距离达到3.47m。本发明喷枪的喷孔孔径为1.4～1.5mm时，喷枪喷射的雾滴直径为70～120微米，喷枪的雾化效果较好，溶液与烟气中的氮氧化物接触更加均匀，反应更加充分，脱硝效率更高，运行费用更低。
实施例
一种脱硝喷枪，包括喷头1、保护套管2、外套管3、内套管4、三通接头5、进气接头6、连接套筒7和进液接头8。其中，内套管4为直径为φ10的直管、外套管3为直径为φ22的直管，进气接头6和连接套筒7为二通直接头，进液接头8为二通直角弯头。内套管4通过设置在外套管3后端的三通接头5和与三通接头5连接的连接套筒7与外套管3连接，进气接头6通过三通接头5与外套管3连接，进液接头8连接在内套管4的后端。
喷头1、外套管3和内套管4采用耐高温、耐腐蚀的不锈钢材质310S或316L，耐热温度高达1200℃，使用寿命是普通脱硝喷枪的2倍以上。
本实施例中的尿素溶液由进液接头8进入内套管4，压缩空气由进气接头6输入外套管3，二者均为90°夹角进入，内套管4、外套管3和喷头1围成的空间为气液混合室9，尿素溶液和压缩空气在气液混合室9内碰撞混合，经喷头1喷出后形成满足脱硝系统雾化要求的喷雾场。由于掺混均匀，经喷口喷出后能够形成满足穿透深度、粒径要求的扇形喷雾场。当压缩空气压力，尿素溶液压力均为0.3～0.4Mpa，尿素水溶液流量0.73t/h时，内套管4的伸入量调节至最大，有效喷射距离为3.5m。
现有技术中的喷枪，气、液一般在喷头处混合形成雾化，喷头一旦被磨坏，液体就不再雾化，将会以水柱形式喷出，不但失去脱硝率，而且液体碰到锅炉内壁，还会导致锅炉浇注料损毁。本发明的喷枪采用了枪体中部混合雾化技术，使雾化效果更为稳定，能够保持良好的脱硝效果。
现有喷枪的喷头和喷枪是一体的，喷头需要更换时，必须连同枪体一起更换，造成不必要的浪费。而本发明中的喷头1、保护套管2与外套管3为可拆卸连接，例如可采用螺纹连接，喷头1、保护套管2可更换，因此，能够降低后期维护成本。
本发明通过改变喷头1的喷雾角度，并将气液混合室9的容积设计为可调的形式，使得喷枪的覆盖范围更广，喷枪流量范围为10L/h～300L/h，可满足各类工况环境。另外，本发明的喷枪采用快装连接，装、卸快捷，现场操作、维护简单方便。
对比实验
实验要求：喷枪在压缩空气压力0.4MPa，尿素溶液压力0.3MPa的条件下，静待试验喷射距离范围为3.2～3.5m，且雾化效果良好。
喷枪规格为：采用本发明的喷枪，静态喷射距离为3.35M，喷头1的喷孔孔径为1.4mm，喷头1具有6喷孔且均匀分布，入炉枪体加装SiC保护套管2。
实验过程：随机选取3台余热锅炉进行了相关测试，结果如下：
1.2021年5月14日，1#炉第四层尿素喷口换装8支喷枪，1#炉NOx日均值变化如图2所示，1#炉稀释水流量变化如图3所示，1#炉尿素流量变化如图4所示。可知，在此期间，尿素及稀释水未发生大幅度变化，尿素浓度未发生大幅度改变，而NOx日均值在换装喷枪后明显降低。
2.2021年7月12日，2#炉第四层尿素喷口换装8支喷枪，2#炉NOx日均值变化如图5所示，2#炉稀释水流量变化如图6所示，2#炉尿素流量变化如图7所示。可知，在此期间，尿素及稀释水未发生大幅度变化，尿素浓度未发生大幅度改变，而NOx日均值在换装喷枪后明显降低。
3.2021年10月15日，5#炉第四层尿素喷口换装8支喷枪，1#炉NOx日均值变化如图8所示，5#炉稀释水流量变化如图9所示，5#炉尿素流量变化如图10所示。可知，在此期间，尿素及稀释水未发生大幅度变化，尿素浓度未发生大幅度改变，而NOx日均值在换装喷枪后明显降低。
实验结论：因锅炉特性差异，每台炉的实验结果略有不同；在合理配置压缩空气压力、尿素溶液压力的条件下，本发明的喷枪相比于传统喷枪能有效降低NOx排放量。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种脱硝喷枪，其特征在于：包括前端设有喷头的外套管、前端从外套管的后端伸至外套管中部的内套管，内套管的外径小于外套管的内径以与外套管之间形成流体通道，内套管通过设置在外套管后端的锁紧装置与外套管固定连接，外套管上设有与流体通道连通的进气接头，内套管的后端设有进液接头；喷头的前端面呈球面，喷头的前端面设有若干个喷孔。
2.根据权利要求1所述的一种脱硝喷枪，其特征在于：所述内套管相对于外套管的位置可调。
3.根据权利要求2所述的一种脱硝喷枪，其特征在于：所述内套管相对于外套管的位置可调的实现方式：外套管的后端与三通接头的第一接口固定连接，内套管的前端依次穿过三通接头的第二接口、三通接头的第一接口从外套管的后端伸至外套管的中部；锁紧装置包括套设在内套管上且一端与三通接头的第二接口固定连接的连接套筒，连接套筒的另一端与内套管螺纹连接；三通接头的第三接口与进气接头固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种脱硝喷枪，其特征在于：所述外套管对应伸入炉内的位置套设有保护套管。
5.根据权利要求4所述的一种脱硝喷枪，其特征在于：所述保护套管的前端伸出喷头的距离为L，1mm≤L≤8mm。
6.根据权利要求4所述的一种脱硝喷枪，其特征在于：所述保护套管的材质为碳化硅。
7.根据权利要求4所述的一种脱硝喷枪，其特征在于：所述保护套管与外套管螺纹连接。
8.根据权利要求1所述的一种脱硝喷枪，其特征在于：所述喷孔与喷头的轴线之间的夹角不大于34°，喷孔的孔径为1.4～1.5mm。
9.根据权利要求1所述的一种脱硝喷枪，其特征在于：所述喷头、外套管、内套管的材质为310S或316L。
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