CN116510501A - 一种喷氨混合器及烟气脱硝系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种喷氨混合器及烟气脱硝系统，该喷氨混合器设于烟道中，包括多个喷氨混合单元，所述的喷氨混合单元包括：两个以上变径管，变径管为中间细两端粗的管状结构，变径管之间的区域封闭形成空腔；氨气入口管；盘管，设置于变径管内，其一端连通氨气入口管，另一端连通空腔；氨气分配管，其一端连通空腔，另一端连通若干个支管并延伸至每个变径管的烟气入口端；氨气喷嘴。本发明的喷氨混合器从结构和功能上进行改进，整合具备喷氨及混合功能，解决了喷氨管的氨气喷嘴堵塞问题，安装高度大大降低，适用旧锅炉脱硝改造以及新建脱硝装置。
Description
技术领域
本发明涉及烟气脱硝技术领域，特别涉及一种喷氨混合器及烟气脱硝系统。
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℃～450℃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。
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。现有喷氨混合系统中，喷氨格栅和喷氨静态混合器在烟道内需要一定的安装高度以保证喷氨混合效果，然而已运行多年旧锅炉内空闲的安装高度/空间有限，现有的喷氨格栅和喷氨静态混合器难以适用于其脱硝改造。
SCR脱硝装置运行过程中，经常会出现喷氨管的喷嘴堵塞问题，引起SCR反应器催化剂入口的氨氮摩尔比分布均匀性变差，局部氨逃逸增大，导致下游空预器或省煤器等设备堵塞严重或产生泄露，威胁锅炉/装置安全经济运行；下游若有湿法脱硫装置则会造成石膏产品不合格或脱硫废水中氨氮超标等问题；逃逸氨排入大气候会造成二次污染。
CN113083013A公开了一种适用于尿素制氨工艺的喷氨格栅防堵方法及系统，采用蒸汽对喷氨管路进行吹扫；CN212942296U公开了一种用于燃煤电厂脱硝系统的防堵型喷氨装置，采用压缩风吹扫来防止喷头堵塞。但上述采用在喷氨管上设置吹扫管线以解决喷嘴堵塞的方案，由于每根喷氨管（喷氨支管）上通常布置有较多的喷嘴，吹扫管路时蒸汽/压缩空气基本都通过畅通的喷嘴进入到了烟道，堵塞的喷嘴始终无法吹通。
引起喷嘴堵塞的原因主要有两个：一是飞灰堵塞，二是喷嘴结盐堵塞。烟气中含有较多的粉尘（飞灰），容易在喷嘴边缘积灰搭桥堵塞喷嘴，另外喷嘴上方烟道或部件上的积灰坍塌堵塞喷嘴。烟气中含有SO3，喷入的氨会与SO3反应生成硫酸氢铵（ABS），硫酸氢铵有气、熔融、固体3种形态，SCR反应温度通常在300℃以上，此时硫酸氢铵为气态；硫酸氢铵的熔点为147℃，熔化后具有极强的黏性，并具有一定的酸性和吸湿性，其在147～260℃时是一种黏性很强的液态盐。氨气喷入烟道前一般与稀释风进行混合以将其浓度降低至爆炸极限以下，稀释风为常温空气，氨气与空气混合后喷入烟道的温度落入147～260℃温度区间时甚至低于此温度区间时，生成的硫酸氢铵容易粘附在喷嘴附近并继续粘附烟气中的粉尘，随时间的推移喷嘴会逐渐被生成的铵盐及其与粉尘的混合物堵塞。
针对喷嘴结盐堵塞的问题，一般通过将稀释风进行加热解决此问题，加热方式主要有两种，一种是通过设置于烟道外的设备进行加热，包括电加热（例如CN111672319A、CN204307517U）、蒸汽加热（例如CN210544284U、CN213160221U）、天然气燃烧加热（CN208115468U）等方式，但上述加热方式能耗较高；另一种是通过设置于烟道内的设备加热，可有效利用烟气热量，达到节能降耗的目的。CN104941446A公开了一种用于SCR脱硝系统的喷氨格栅防堵装置，通过在脱硝反应器入口烟道内设置加热器，将稀释风加热后喷入烟道；CN111054211A公开了一种用于脱硝稀释风系统的加热装置，在省煤器出口烟道或者安装在低温过热器入口烟道内设置用于加热稀释风的加热装置，通过高温烟气的热量作为加热稀释风的热源；CN204672138U公开了一种用于烟气脱硝系统的稀释风加热装置，通过在反应器出口设置加热盘管加热稀释风。上述设置于烟道内加热稀释风的设备均需要一定的安装高度，然而已运行多年旧锅炉内空闲的安装高度/空间有限，因而难以满足旧锅炉脱硝改造的要求。
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
针对现有技术的不足，本发明一种喷氨混合器及烟气脱硝系统，该喷氨混合器从结构和功能上进行改进，整合了喷氨及混合功能，解决了喷氨管的氨气喷嘴堵塞问题，安装高度大大降低，适用旧锅炉脱硝改造以及新建脱硝装置。
本发明的喷氨混合器，该喷氨混合器设于烟道中，包括多个喷氨混合单元，所述的喷氨混合单元包括：
两个以上变径管，变径管沿烟道横截面的方向设置，变径管为中间细两端粗的管状结构，变径管之间的区域封闭形成空腔；变径管的一端为烟气入口端，另一端为烟气出口端；
氨气入口管，用于将氨气/氨空混合气引入喷氨混合单元内；
盘管，设置于变径管内，其一端连通氨气入口管，另一端连通空腔，用于将来自氨气入口管的氨气/氨空混合气引入空腔中；
氨气分配管，其一端连通空腔，另一端连通若干个支管并延伸至每个变径管的烟气入口端，优选为2~16个支管，每个变径管的烟气入口端至少对应一个支管，优选每个变径管的烟气入口端对应的支管个数相同；
氨气喷嘴，其安装在每个支管末端，氨气喷嘴的朝向与烟气流向相同。
需进一步说明的是，相邻两个喷氨混合单元之间可互不连接，也可通过连接管将其空腔互相连通。
进一步，上述技术方案中，变径管优选为拉法尔管结构或文丘里结构。
进一步，上述技术方案中，变径管为拉法尔管结构，包括缩径段及扩径段，缩径段下端面和扩径段上端面横截面的形状包括圆形、椭圆形、正方形、矩形。
进一步，上述技术方案中，变径管为文丘里结构，包括缩径段、直管段及扩径段，缩径段和扩径段的形状可以为梯形体、四棱台体、圆台体、上圆下方或上方下圆的几何体。
进一步，上述技术方案中，变径管的缩径段下端面连接有进口直管段，用于将进入变径管的烟气进行整流。
进一步，上述技术方案中，变径管的扩径段上端面连接有出口直管段，用于将离开变径管的烟气进行整流。
进一步，上述技术方案中，盘管可根据需要采用包括波纹管、翅片管、螺旋槽管、缩放管、旋流管、针翅管等类型的盘管，盘管内可插入螺旋线圈、环、片、球等各种扰流元件，以增强盘管内外气体之间的传热效果；盘管外也可设置扰流元件或/和导流元件，以强化喷氨混合单元内气体的混合效果。
进一步，上述技术方案中，所述的盘管为螺旋盘管，沿变径管轴向分布，距变径管内壁一定距离，一般为10~200mm，沿变径管轴向方向上相邻两圈螺旋盘管之间的距离为一般为10~200mm，任意相邻两圈螺旋盘管之间的距离可以相同，也可以不同，优选为等距设置。
进一步，上述技术方案中，螺旋盘管之间设置有连接片，连接片与螺旋盘管之间密封，将变径管的空间完全分割成一个中间通道及至少一个环形通道。
进一步，上述技术方案中，进口直管段或/和进口直管段内也设置有螺旋盘管。
进一步，上述技术方案中，氨气喷嘴设置于变径管的中心轴线上。
进一步，上述技术方案中，氨气喷嘴的上方设置有挡灰元件，用于遮挡氨气喷嘴上方下落的粉尘，避免堵塞氨气喷嘴。
进一步，上述技术方案中，挡灰元件为浮动件，氨气喷嘴有气体喷出时挡灰元件在气体的吹动作用下上浮远离氨气喷嘴，氨气喷嘴无气体喷出时挡灰元件在自身重力的作用下下落遮挡住氨气喷嘴。
进一步，上述技术方案中，变径管或出口直管段的上方设置有保护元件，用于保护位于其下方的盘管，并起到扰流作用，强化氨气与烟气的混合。
根据本发明的第二方面，本发明提供了一种烟气脱硝系统，包括：
喷氨组件，其包括喷氨总管，其上设置有总管流量调节阀；多个喷氨母管，其与喷氨总管相连通，并通过喷氨混合单元的氨气入口管与其空腔相连通；
上述技术方案中任意一项的喷氨混合器；
脱硝单元，其设置在喷氨混合器的下游，包括至少一层脱硝催化剂。
进一步，上述技术方案中，喷氨总管或喷氨母管上设有氨空混合器，氨空混合器与稀释风管线相连接，用于将氨气与稀释风混合，使喷入烟道内的氨空混合气内氨气浓度远离其爆炸极限。
进一步，上述技术方案中，所述的稀释风管线分支为稀释风主管及稀释风支管，稀释风主管内的稀释风用于将氨气浓度稀释至爆炸极限以下；烟道内只要有烟气流过，稀释风支管上的阀门就处于开启状态，从而使氨气喷嘴一直有气体喷出，避免氨气喷嘴堵塞。
进一步，上述技术方案中，烟气脱硝喷氨混合器与第一层脱硝催化剂之间设置有导流组件与整流格栅，导流组件设置在烟道转弯处，用于将向上的烟气转向为向下进入脱硝单元；整流格栅设置在沿烟气流动方向第一层催化剂上部，用于将通过脱硝催化剂的烟气进行整流。
本发明的喷氨混合器的工作过程如下：氨气或氨空混合气由氨气入口管进入盘管内，与流经变径管的烟气进行换热后进入空腔中，然后由氨气分配管经支管从氨气喷嘴喷入变径管内，与流经变径管的烟气进行混合。进一步，当变径管的上方设置有保护元件时，烟气与氨气经过保护元件，会在其背面形成涡流，强化氨气与烟气的混合；再进一步，当氨气喷嘴的上方设置有挡灰元件时，氨气或氨空混合气由氨气喷嘴喷出经挡灰元件后流速和流向均发生变化，有利于氨气在烟气中的分散，强化氨气与烟气的混合；更进一步，挡灰元件为浮动件时，氨气或氨空混合气流量越小，挡灰元件与氨气喷嘴的距离越近，氨气或氨空混合气经挡灰元件后扩散的横截面积越大，因而可保证在锅炉低负荷烟气量较低、氨气或氨空混合气流量较低时与烟气的混合效果。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、常规烟气SCR脱硝烟道内需设置喷氨格栅及喷氨静态混合器，本申请将二者功能整合，采用喷氨混合器即可，显著降低了烟道内所需的安装高度，尤其适用于已运行多年旧锅炉的脱硝改造，同时烟道内所需增加的设备重量大幅降低，与此同时锅炉基础及框架无需改动或只需加固，因而所需的投资也随之降低，显著增加了其市场竞争力，该设备同样可以应用于新建烟气脱硝装置。
2、本发明的喷氨混合器中，在变径管内设置有盘管，利用烟气直接加热盘管中的氨气/氨空混合气，使加热后的氨气/氨空混合气温度高于硫酸氢铵的露点，远离硫酸氢铵成为液态盐的温度区间，有效防止液态的硫酸氢铵的生成，避免了硫酸氢铵沉积，并粘连飞灰而堵塞氨气喷嘴，解决氨气喷嘴结盐堵塞问题；进一步，在氨气喷嘴上方设置有挡灰元件，可遮挡住喷嘴上方掉落的粉尘，避免堵塞氨气喷嘴；更进一步，当挡灰元件采用浮动件时，锅炉或装置停工后，脱硝系统停用，挡灰元件下落遮挡住氨气喷嘴，此时清理烟道内的粉尘或烟道振动引起粉尘下落时可有效避免粉尘堵塞氨气喷嘴。本发明采用上述措施，避免喷氨喷嘴的结垢堵塞，可以有效保证喷氨喷嘴一直处于正常工作状态，进而保证烟气SCR脱硝系统喷氨的精准控制，从而保证氨氮摩尔比分布的均匀性，避免局部氨逃逸，从而避免出现下游空预器或省煤器等设备产生泄露或堵塞、石膏产品不合格或脱硫废水氨氮超标、逃逸氨进入大气造成二次污染等问题，有效延长装置的运行周期。
3、本发明的盘管强化了喷氨混合单元内烟气与氨气的混合效果；进一步，螺旋盘管在径向上将变径管分为一个或多个环形区域及中间中心区域，从而使混合气体在径向上分布更加均匀，增加气体在径向上的均匀度，从而更有利于氨气与氨气的均匀混合；再进一步，竖直方向上螺旋盘管之间设置有连接片，变径管的空间完全分割成一个中间通道及至少一个环形通道，一方面可将混合气体在同一通道内进行整流使其流向及流速更加均匀一致，另一方面可消除螺旋盘管在混合气体冲击下在周向上产生的上下震动，避免螺旋盘管损坏，有利于延长螺旋盘管的使用寿命。
4、本发明中，变径管或出口直管段的上方设置有保护元件，主要起到三个方面的作用：一是用于保护位于其下方的盘管，避免盘管损坏，尤其是在设备运输、安装及检修过程中，避免盘管受到撞击损坏，在安装和检修时保护元件可以起到支撑作用，人可以踩到上面完成设备安装及检修工作；二是起到扰流作用，烟气经过保护元件时产生扰流，会在保护元件背面产生涡流，进一步强化氨气与烟气的混合；三是起到挡灰作用，位于喷氨混合器上方的烟道内或内构件上的大块积灰受到震动或扰动作用下落后首先落到保护元件上面，避免积灰沾附到盘管上降低换热效率及堵塞下方的氨气喷嘴。
5、本发明中，将氨气所用的稀释风分为两路，稀释风主管线内的稀释风用于将氨气浓度稀释至爆炸极限以下，稀释风支管线内的稀释风用于防止氨气喷嘴堵塞。只要烟道内有烟气，稀释风支管线就有稀释风，因而喷氨支管及氨气喷嘴均有气体通过。在烟气NOx浓度低于排放标准、SCR脱硝系统不喷氨的情况下，可以有效保证氨气喷嘴不被烟气中的粉尘堵塞。与挡灰元件或相结合，既能从设备结构角度防止喷嘴堵塞，又能从工艺操作角度避免喷嘴堵塞，因而避免喷嘴堵塞所带来的一系列问题。
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为本发明的一种喷氨混合单元结构（文丘里结构）正视图。
图2为图1喷氨混合单元的结构左视图。
图3为图1喷氨混合单元的结构俯视图。
图4为本发明的一种喷氨混合单元结构（拉法尔管结构）正视图。
图5为图4喷氨混合单元的结构左视图。
图6为图4喷氨混合单元的结构俯视图。
图7为图4喷氨混合单元的进口直管段结构仰视图。
图8为本发明的一种喷氨混合单元结构（文丘里结构）正视图。
图9为图8喷氨混合单元的结构左视图。
图10为图8喷氨混合单元的结构俯视图。
图11为图8喷氨混合单元的扩径段及出口直管段结构俯视图。
图12为图8喷氨混合单元的进口直管段结构仰视图（加热管略）。
图13为本发明的一种烟气脱硝喷氨混合系统示意图。
图14为本发明的一种烟气脱硝喷氨混合系统的喷氨混合器的结构俯视图。
图15为本发明的一种烟气脱硝喷氨混合系统的喷氨混合器的结构俯视图。
主要附图标记说明：
10-变径管，10A-缩径段，10B-直管段，10C-扩径段，10D-进口直管段，10E-出口直管段，10F-保护元件，10G-固定支架，10H-筛孔，10I-固定件；
11-氨气入口管，12-氨气喷嘴，13-氨气分配管，14-挡灰元件，15A-固定杆，15B-限位件，16-空腔，17-盘管，18-支管，19-连接片；
31-喷氨母管，32-喷氨总管，33-氨空混合器，34-稀释风管线，34A-稀释风主管，34B-稀释风支管，35-总管流量调节阀，36-支管流量调节阀；
100-喷氨混合器，200-烟道，400-导流组件，500-整流格栅，600-脱硝单元，601-脱硝催化剂。
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。
根据本发明的第一方面，如图1-13所示，本发明提供了一种喷氨混合器100，该混合器设于烟道200中，由多个喷氨混合单元组成，喷氨混合单元包括：两个以上变径管10，变径管10沿烟道200横截面的方向设置，变径管10之间的区域封闭形成空腔16；变径管10的一端为烟气入口端，另一端为烟气出口端；氨气入口管11，用于将氨气/氨空混合气引入喷氨混合单元内；盘管17，设置于变径管10内，其一端连通氨气入口管11，另一端连通空腔16，用于将来自氨气入口管11的氨气/氨空混合气引入空腔16中；氨气分配管13，其一端连通空腔16，另一端连通若干个支管10J并延伸至每个变径管10的烟气入口端，优选为2~16个支管10J，每个变径管10的烟气入口端至少对应一个支管10J，优选每个变径管10的烟气入口端对应的支管10J个数相同；氨气喷嘴12，其安装在每个支管10J末端，氨气喷嘴12的朝向与烟气流向相同。
需进一步说明的是，相邻两个喷氨混合单元之间可互不连接，也可通过连接管将其空腔16互相连通。
进一步，变径管10优选为拉法尔管结构（如图4-7所示）或文丘里结构（如图1-3、8-11所示）。
进一步，如图4-7所示，变径管10为拉法尔管结构，包括缩径段10A及扩径段10C，缩径段10A下端面和扩径段10C上端面横截面的形状包括圆形、椭圆形、正方形、矩形，但本发明并不以此为限。
进一步，如图1-3、8-11所示，变径管10为文丘里结构，包括缩径段10A、直管段10B及扩径段10C，缩径段10A和扩径段10C的形状可以为梯形体、四棱台体、圆台体、上圆下方或上方下圆的几何体，但本发明并不以此为限。
进一步，如图4-5所示，变径管10的缩径段10A下端面连接有进口直管段10D，用于将进入变径管10的烟气进行整流。
进一步，如图8-9所示，变径管10的扩径段10C上端面连接有出口直管段10E，用于将离开变径管10的烟气进行整流。
进一步，氨气喷嘴12设置于缩径段10A（如图1-2所示）或进口直管段10D（如图4-5、8-9所示）的中心线上。
进一步，上述技术方案中，盘管17可根据需要采用包括波纹管、翅片管、螺旋槽管、缩放管、旋流管、针翅管等类型的盘管17，盘管17内可插入螺旋线圈、螺旋片、环、片、球等各种扰流元件，以增强螺旋盘管17内外气体之间的传热效果；螺旋盘管17外也可设置扰流元件或/和导流元件，以强化喷氨混合单元内气体的混合效果。上述均为本领域技术人员所熟知的换热、混合强化手段，在此不再赘述。
进一步，如图4-6、8-11所示，所述的盘管17为螺旋盘管，沿变径管10轴向分布，距变径管10内壁一定距离，一般为10~200mm，沿变径管10轴向方向上相邻两圈螺旋盘管17之间的距离为一般为10~200mm，任意相邻两圈螺旋盘管17之间的距离可以相同，也可以不同，优选为等距设置。
进一步，如图8-9、11所示，竖直方向上盘管17之间设置有连接片19，连接片19与盘管17之间密封，将缩径段10A或/和扩径段10C内的空间完全分割成一个中间通道及至少一个环形通道。
进一步，如图8-9所示，进口直管段10D或/和进口直管段10D内也设置有螺旋盘管17。
进一步，如图1-2、4-5、8-9所示，氨气喷嘴12的上方设置有挡灰元件14，用于遮挡氨气喷嘴12上方下落的粉尘，避免堵塞氨气喷嘴12。
进一步，如图4-5、8-9所示，挡灰元件14为浮动件，氨气喷嘴12有气体喷出时挡灰元件14在气体的吹动作用下上浮远离氨气喷嘴12，氨气喷嘴12无气体喷出时挡灰元件14在自身重力的作用下下落遮挡住氨气喷嘴12。
进一步，如图8-10所示，变径管10或出口直管段10E的上方设置有保护元件10F，用于保护位于其下方的盘管17，并起到扰流作用，强化氨气与烟气的混合。优选而非限制性地，保护元件10F可以为球体、椭球体、半球体、锥体、圆环体、保护片等，保护片形状可以采用圆形、矩形、正方形、星型、梅花形、人字型、多边形等。示例性的，如图8~10所示的保护元件10F为扰流片，保护片为正方形，上面布满了筛孔10H。
根据本发明的第二方面，本发明提供了一种烟气脱硝系统，包括：喷氨组件，其包括喷氨总管32，其上设置有总管流量调节阀35；多个喷氨母管31，其与喷氨总管32相连通，并通过喷氨混合单元的氨气入口管11与盘管17相连通；上述技术方案中任意一项的喷氨混合器100；脱硝单元600，其设置在喷氨混合器100的下游，包括至少一层脱硝催化剂601。
进一步，如图13-15所示，喷氨总管32或喷氨母管31上设有氨空混合器33，氨空混合器33与稀释风管线34相连接，用于将氨气与稀释风混合，使喷入烟道200内的氨空混合气内的氨气浓度远离其爆炸极限。
进一步，如图15所示，所述的稀释风管线34分支为稀释风主管34A及稀释风支管34B，稀释风主管34A内的稀释风用于将氨气浓度稀释至爆炸极限以下；烟道200内只要有烟气流过，稀释风支管34B上的阀门就处于开启状态，从而使氨气喷嘴12一直有气体喷出，避免氨气喷嘴12堵塞。
进一步，如图13所示，烟气脱硝喷氨混合器100与第一层脱硝催化剂601之间设置有导流组件400与整流格栅500，导流组件400设置在烟道200转弯处，用于将向上的烟气转向为向下进入脱硝单元600；整流格栅500设置在沿烟气流动方向第一层催化剂上部，用于将通过脱硝催化剂601的烟气进行整流。
本发明的喷氨混合器的工作过程如下：氨气或氨空混合气由氨气入口管11进入盘管17内，与流经变径管10的烟气进行换热后进入空腔16中，然后由氨气分配管13经支管18从氨气喷嘴12喷入变径管10内，与流经变径管10的烟气进行混合。进一步，当变径管10的上方设置有保护元件10F时，烟气与氨气经过保护元件10F，会在其背面形成涡流，强化氨气与烟气的混合；再进一步，当氨气喷嘴12的上方设置有挡灰元件14时，氨气或氨空混合气由氨气喷嘴12喷出经挡灰元件14后流速和流向均发生变化，有利于氨气在烟气中的分散，强化氨气与烟气的混合；更进一步，挡灰元件14为浮动件时，氨气或氨空混合气流量越小，挡灰元件14与氨气喷嘴12的距离越近，氨气或氨空混合气经挡灰元件14后扩散的横截面积越大，因而可保证在锅炉低负荷烟气量较低、氨气或氨空混合气流量较低时与烟气的混合效果。
实施例1
如图1~3所示，本发明的喷氨混合单元由两个文丘里结构的变径管10设置组成，变径管10由缩径段10A、直管段10B及扩径段10C组成，缩径段10A和扩径段10C的形状均为正四棱台体；两个变径管10之间的区域封闭形成空腔16。变径管10内设置有盘管17，喷氨混合单元共设置有12根盘管17，盘管17位于变径管10的缩径段10A和扩径段10C内。空腔16上设置有氨气入口管11及氨气分配管13，氨气分配管13与空腔16连通并延伸至两个变径管10的中心线上且在其末端设置有氨气喷嘴12。氨气喷嘴12的上方设置有挡灰元件14，挡灰元件14为伞帽形，由固定杆15A固定于氨气喷嘴12上。
某煤粉炉进行脱硝改造，采用其他常规喷氨格栅及静态混合器所需的安装高度为1.2m，采用本实施例的喷氨混合单元所组成的喷氨混合器所需的安装高度仅为0.5m，安装高度大幅降低；运行一年后停炉检修，本实施例喷氨混合器的氨气喷嘴12无一堵塞，相对照的，同等规模的另一台煤粉炉的氨气喷嘴有6个堵塞。
实施例2
如图4-7所示，本发明的喷氨混合单元由4个拉法尔管结构的变径管10设置组成，变径管10由缩径段10A及扩径段10C组成，缩径段10A的下端面及缩径段10A的上端面均为矩形，变径管10的缩径段10A下端面连接有进口直管段10D。每个变径管10内设置有1根螺旋盘管17，螺旋盘管17在变径管10的缩径段10A和扩径段10C内以其中心线为轴螺旋形对称环绕布置，距变径管10内壁20mm，沿变径管10轴向方向上相邻两圈螺旋盘管之间的距离为20mm。氨气分配管13与空腔16连通并延伸至4个变径管10的中心线上且在其末端设置有氨气喷嘴12。挡灰元件14为枣核形的浮动件，氨气喷嘴12上设置有限位件15B，防止挡灰元件14被喷氨喷嘴12喷出的气体吹落。
实施例3
如图8-12所示，本发明的喷氨混合单元由6个文丘里结构的变径管10设置组成，变径管10的缩径段10A下端面连接有进口直管段10D，变径管10的扩径段10C连接有出口直管段10E。
每个变径管10的进口直管段10D及缩径段10A内设置有1根盘管17（螺旋盘管），该盘管17与相邻变径管10的进口直管段10D及缩径段10A内的盘管17连通；每个变径管10的扩径段10C及出口直管段10E内设置有1根盘管17，该盘管17与相邻变径管10的扩径段10C及出口直管段10E内的盘管17连通。盘管17在变径管10的缩径段10A和扩径段10C及扩径段10C及出口直管段10E内以其中心线为轴螺旋形对称环绕布置，盘管17螺旋形对称环绕布置形成的形状与缩径段10A和扩径段10C及扩径段10C及出口直管段10E形状相同。竖直方向上盘管17之间设置有连接片19，连接片19与盘管17之间密封，将缩径段10A和扩径段10C及扩径段10C及出口直管段10E内的空间完全分割成一个中间通道及一个环形通道。
氨气分配管13与空腔16连通并延伸至6个变径管10的中心线上且在其末端设置有氨气喷嘴12。氨气喷嘴12上方设置有挡灰元件14，其为圆球形的浮动件，氨气喷嘴12上设置有限位件15B，防止挡灰元件14被喷氨喷嘴12喷出的气体吹落。
出口直管段10E上方设置有保护元件10F，保护元件10F为设置有若干筛孔10H的正方形扰流片，保护元件10F通过两根固定支架10G固定于挡板10H上。
实施例4
该实施例为本发明的烟气脱硝系统实施例，如图13-14所示，示例性的，本实施例采用实施例2的喷氨混合单元，沿烟气流动方向依次设置喷氨混合器100、导流组件400、整流格栅500、脱硝单元600，脱硝单元600内设置有三层脱硝催化剂600。
喷氨混合器100由3个喷氨混合单元并排设置而成，每个喷氨混合单元的氨气入口管11与喷氨母管31连通，3根喷氨母管31与喷氨总管32相连通，喷氨总管32上设有总管流量调节阀35及氨空混合器33，氨空混合器33与稀释风管线34相连接，示例性的，喷氨母管31上设置有支管流量调节阀36，但本发明并不以此为限。
应当说明的是，烟气脱硝喷氨混合系统实施例可以应用以上任意一种喷氨混合器。
某燃煤锅炉进行脱硝改造，采用其他常规喷氨格栅及静态混合器所需的安装高度为1.6m，采用本实施例的喷氨混合单元所组成的喷氨混合器所需的安装高度仅为0.7m，安装高度大幅降低；本实施例的烟气采用钠碱法烟气脱硫工艺，脱硫废水中氨氮<5mg/L，相对照的，同等规模的另一台燃煤锅炉同样采用钠碱法烟气脱硫工艺，脱硫废水中氨氮为30~80mg/L；运行一年半后停炉检修，本实施例喷氨混合器的氨气喷嘴12无一堵塞，相对照的，同等规模的另一台燃煤锅炉的氨气喷嘴有8个堵塞。
实施例5
该实施例为本发明的烟气脱硝系统实施例，如图13、15所示，示例性的，本实施例采用实施例3所示的喷氨混合单元，喷氨混合器100由5个喷氨混合单元并排设置而成，5根喷氨母管31与喷氨总管32相连通，稀释风管线34分支为稀释风主管34A及5根稀释风支管34B。
应当说明的是，烟气脱硝喷氨混合系统实施例可以应用以上任意一种喷氨混合器。
某锅炉进行脱硝改造，采用其他常规喷氨格栅及静态混合器所需的安装高度为2.5m，采用本实施例的喷氨混合单元所组成的喷氨混合器所需的安装高度仅为1.2m，安装高度大幅降低；本实施例的氨逃逸<3ppm，相对照的，同等规模的另一台锅炉的氨逃逸为<8ppm；运行一年半后停炉检修，本实施例喷氨混合器的氨气喷嘴12无一堵塞，相对照的，同等规模的另一台燃煤锅炉的氨气喷嘴有6个堵塞。
Claims (20)
1.一种喷氨混合器，该喷氨混合器设于烟道中，其特征在于：包括多个喷氨混合单元，所述的喷氨混合单元包括：
两个以上变径管，变径管沿烟道横截面的方向设置，变径管为中间细两端粗的管状结构，变径管之间的区域封闭形成空腔；变径管的一端为烟气入口端，另一端为烟气出口端；
氨气入口管，用于将氨气/氨空混合气引入喷氨混合单元内；
盘管，设置于变径管内，其一端连通氨气入口管，另一端连通空腔，用于将来自氨气入口管的氨气/氨空混合气引入空腔中；
氨气分配管，其一端连通空腔，另一端连通若干个支管并延伸至每个变径管的烟气入口端，每个变径管的烟气入口端至少对应一个支管，优选每个变径管的烟气入口端对应的支管个数相同；
氨气喷嘴，其安装在每个支管末端，氨气喷嘴的朝向与烟气流向相同。
2.根据权利要求1所述的喷氨混合器，其特征在于：相邻两个喷氨混合单元之间互不连接或通过连接管将其空腔互相连通。
3.根据权利要求1所述的喷氨混合器，其特征在于：变径管为拉法尔管结构或文丘里结构。
4.根据权利要求3所述的喷氨混合器，其特征在于：变径管为拉法尔管结构，包括缩径段及扩径段，缩径段下端面和扩径段上端面横截面的形状为圆形、椭圆形、正方形或矩形。
5.根据权利要求3所述的喷氨混合器，其特征在于：变径管为文丘里结构，包括缩径段、直管段及扩径段，缩径段和扩径段的形状为梯形体、四棱台体、圆台体、上圆下方或上方下圆的几何体。
6.根据权利要求4或5所述的喷氨混合器，其特征在于：变径管的缩径段下端面连接有进口直管段，用于将进入变径管的烟气进行整流。
7.根据权利要求4或5所述的喷氨混合器，其特征在于：变径管的扩径段上端面连接有出口直管段，用于将离开变径管的烟气进行整流。
8.根据权利要求1所述的喷氨混合器，其特征在于：盘管采用波纹管、翅片管、螺旋槽管、缩放管、旋流管或针翅管中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的喷氨混合器，其特征在于：盘管内插入扰流元件，以增强盘管内外气体之间的传热效果。
10.根据权利要求1所述的喷氨混合器，其特征在于：盘管外设置扰流元件或/和导流元件，强化喷氨混合单元内气体的混合效果。
11.根据权利要求1所述的喷氨混合器，其特征在于：所述的盘管为螺旋盘管，沿变径管轴向分布，距变径管内壁一定距离，优选为10~200mm，沿变径管轴向方向上相邻两圈螺旋盘管之间的距离优选为10~200mm，任意相邻两圈螺旋盘管之间的距离相同或不同，优选为等距设置。
12.根据权利要求11所述的喷氨混合器，其特征在于：螺旋盘管之间设置有连接片，连接片与螺旋盘管之间密封，将变径管的空间完全分割成一个中间通道及至少一个环形通道。
13.根据权利要求1所述的喷氨混合器，其特征在于：氨气喷嘴设置于变径管的中心轴线上。
14.根据权利要求1所述的喷氨混合器，其特征在于：氨气喷嘴的上方设置有挡灰元件。
15.根据权利要求14所述的喷氨混合器，其特征在于：挡灰元件为浮动件，氨气喷嘴有气体喷出时挡灰元件在气体的吹动作用下上浮远离氨气喷嘴，氨气喷嘴无气体喷出时挡灰元件在自身重力的作用下下落遮挡住氨气喷嘴。
16.根据权利要求1所述的喷氨混合器，其特征在于：变径管上方设置有保护元件，用于保护位于其下方的盘管，并起到扰流作用，强化氨气与烟气的混合。
17.一种烟气脱硝系统，包括：喷氨组件，其包括喷氨总管，其上设置有总管流量调节阀；多个喷氨母管，其与喷氨总管相连通，并通过喷氨混合单元的氨气入口管与其空腔相连通；权利要求1~17任一所述的喷氨混合器；脱硝单元，其设置在喷氨混合器的下游，包括至少一层脱硝催化剂。
18.根据权利要求17所述的烟气脱硝系统，其特征在于：喷氨总管或喷氨母管上设有氨空混合器，氨空混合器与稀释风管线相连接，用于将氨气与稀释风混合，使喷入烟道内的氨空混合气内氨气浓度远离其爆炸极限。
19.根据权利要求18所述的烟气脱硝系统，其特征在于：所述的稀释风管线分支为稀释风主管和稀释风支管，稀释风主管内的稀释风用于将氨气浓度稀释至爆炸极限以下；烟道内只要有烟气流过，稀释风支管上的阀门就处于开启状态，从而使氨气喷嘴一直有气体喷出，避免氨气喷嘴堵塞。
20.根据权利要求17所述的烟气脱硝系统，其特征在于：烟气脱硝喷氨混合器与第一层脱硝催化剂之间设置有导流组件与整流格栅，导流组件设置在烟道转弯处，用于将向上的烟气转向为向下进入脱硝单元；整流格栅设置在沿烟气流动方向第一层催化剂上部，用于将通过脱硝催化剂的烟气进行整流。
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