CN117815888A - 一种烟气脱硝喷氨系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种烟气脱硝喷氨系统，包括：若干氨气喷嘴，其与喷氨管连通，用于将氨气或氨气与空气的混合气体喷入烟道内；除尘混合组件，其为上端面开口的凹形结构，设置于氨气喷嘴上方，用于强化氨气与烟气的混合及收集掉落的粉尘，凹形结构底部与排灰管连通；排灰管，用于将除尘混合组件内的粉尘排出烟道。本发明有效解决现有SCR技术中氨气喷嘴堵塞、催化剂床层孔道堵塞和磨损带来的壁面减薄以及由此造成的氨逃逸问题，避免因为氨逃逸引起的下游设备堵塞或腐蚀泄露、石膏产品不合格或脱硫废水氨氮超标、排入大气造成二次污染等问题。
Description
技术领域
本发明涉及烟气脱硝技术领域，特别涉及一种烟气脱硝喷氨系统。
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，氨气（NH3）把烟气中的氮氧化物（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。
工业烟气中一般含有较多的粉尘（飞灰），而SCR烟气脱硝反应器多为高尘高温布置，烟气中粉尘含量较高，因而会造成喷氨格栅的氨气喷嘴堵塞，严重影响喷氨效果，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，此时氨气喷嘴更容易堵塞，堵塞的氨气喷嘴喷氨量很低甚至为零，其他未堵塞氨气喷嘴的喷氨量增加，引起同一烟道横截面内氨氮摩尔比差距较大，造成SCR反应器催化剂入口的氨氮摩尔比分布均匀性变差，经过SCR脱硝催化剂床层时喷氨量不足的区域NOx反应不充分脱硝效率降低、喷氨过量的区域内未参与脱硝反应的过量氨气进入烟气中形成氨逃逸。烟气中大量粉尘进入后面的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，造成催化剂孔道壁面减薄，降低了催化剂的使用寿命，与此同时脱硝效率下降，氨气利用率降低，造成氨逃逸。
SCR脱硝系统的逃逸氨会与烟气中的SO3反应生成硫酸氢铵（ABS），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（石灰石/石灰-石膏法）或脱硫废水中氨氮超标（钠碱法脱硫）等问题；逃逸氨排入大气后会造成二次污染。
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氨气喷嘴堵塞的方案，由于每根喷氨管（喷氨支管）上通常布置有较多的氨气喷嘴，吹扫管路时蒸汽/压缩空气基本都通过畅通的氨气喷嘴进入到了烟道，堵塞的氨气喷嘴始终无法吹通。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种烟气脱硝喷氨系统，以有效解决现有SCR技术中氨气喷嘴堵塞、催化剂床层孔道堵塞和磨损带来的壁面减薄以及由此造成的氨逃逸问题，避免因为氨逃逸引起的下游设备堵塞或腐蚀泄露、石膏产品不合格或脱硫废水氨氮超标、排入大气造成二次污染等问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种烟气脱硝喷氨系统，包括：
若干氨气喷嘴，其与喷氨管连通，用于将氨气或氨气与空气的混合气体喷入烟道内；除尘混合组件，其为上端面开口的凹形结构，设置于氨气喷嘴上方，用于强化氨气与烟气的混合及收集掉落的粉尘，凹形结构底部与排灰管连通；排灰管，用于将除尘混合组件内的粉尘排出烟道。
进一步，上述技术方案中，除尘混合组件优选为球形、半球形、椭球形、半椭球形、锥体形、四棱锥形、多棱锥形、酒杯形等凹形结构，但本发明并不以此为限。
进一步，上述技术方案中，除尘混合组件还包括挡风板，挡风板为直板或弧形板，与除尘混合组件上端面相连且向下倾斜的直板或弧形板，以避免烟气进入除尘混合组件内将粉尘吹起形成二次夹带。
进一步，上述技术方案中，除尘混合组件的外壁与内壁之间为中空结构，其上端面封闭；外壁上设置有至少一个进风口，烟气可通过进风口进入中空结构内；内壁上设置有若干喷头，喷头与中空结构连通，喷头气流方向向下且朝向内壁或与内壁平行，烟气经中空结构由喷头喷出，用于及时推动其内壁上的粉尘进入排灰管，避免粉尘在除尘混合组件内壁上结块或板结；进一步优选中空结构的上端面连接有弯曲段，弯曲段与中空结构连通且弯曲段的尾端朝向凹形结构内，弯曲段的尾端为敞口结构，烟气经中空结构由弯曲段的尾端喷出，用于及时推动除尘混合组件内壁上的粉尘进入排灰管，避免粉尘在除尘混合组件内壁上结块或板结。
进一步，上述技术方案中，中空结构底部与排灰管连通，以将进入中空结构内的粉尘排出。更进一步，除尘混合组件底部的排灰孔连接有导灰管，导灰管为中空管状结构，上端与除尘混合组件连通，下端与排灰管连通，以避免进入中空结构的气体通过排灰孔将除尘混合组件内的粉尘吹起形成二次夹带。
进一步，上述技术方案中，除尘混合组件可设置为多层，优选上下相邻两层的除尘混合组件交错设置。
进一步，上述技术方案中，沿烟气的流动方向，除尘混合组件也可设置在氨气喷嘴的上游或同时设置在氨气喷嘴的上游和下游。
进一步，上述技术方案中，排灰管包括竖直管和斜管，竖直管的上端与除尘混合组件连通，下端与斜管连通；斜管的下端面设置于烟道外，用于将粉尘排出烟道。更进一步，多个竖直管可共用一个斜管。
本发明的烟气脱硝喷氨系统的工作过程如下：含氨气体由氨气喷嘴喷入烟道中与烟气混合，混合气流流经设置于氨气喷嘴上方的除尘混合组件时，烟气中的粉尘撞击到除尘混合组件上，经反弹后向远离除尘混合组件的方向运动，进而被烟气带走，同时混合气流进行分流并在除尘混合组件背面形成涡流，强化烟气与含氨气体的混合，烟气中的粉尘发生碰撞掉落进入凹形结构中，经排灰管排出。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明的烟气脱硝喷氨系统，烟气流经除尘混合组件时，烟气携带粉尘撞击到除尘混合组件的上，由于除尘混合组件的凹形结构（迎风面）与竖直方向存在一定角度，因而粉尘反弹后向远离除尘混合组件的方向运动，进而被烟气带走，因而可有效避免粉尘下落后进入氨气喷嘴中，防止粉尘堵塞氨气喷嘴；烟气流经除尘混合组件后会在其背面（上方）形成涡流，涡流之间互相碰撞，烟气中的粉尘会掉落进入凹形结构中，经排灰管排出，实现烟气的除尘。再进一步，除尘混合组件设置有挡风版，从而将烟气阻挡于除尘混合组件上方，避免烟气进入除尘混合组件内将粉尘吹起，少量进入凹槽的烟气即使能将粉尘吹起，被吹起的粉尘也会在挡风板的作用下再次落入凹槽内，有效避免粉尘的二次夹带。当除尘混合组件为中空结构，其外壁上设置有开口，烟气可通过开口进入中空结构内，进而由喷头或弯曲段的尾端喷出，从而及时将落到除尘混合组件内壁上的粉尘吹到排灰管内，进而排出烟道，避免粉尘在除尘混合组件内壁上累积后结块或板结。除尘混合组件在烟道内设置多层，并且上下相邻两层的除尘混合组件交错设置，经过同一层且相邻的两个除尘混合组件的烟气之间会发生碰撞混合，一方面强化了烟气的混合，增强了氨气与烟气的混合均匀性，降低烟道同一横截面上气速分布偏差及氨浓度分布偏差，有利于提高后续SCR脱硝系统的脱硝率和催化剂的利用率，从而有效降低氨逃逸，起到静态混合器的效果，可替代现有的静态混合器；另一方面相邻两股烟气发生碰撞促使烟气中的粉尘掉落进下方设置的除尘混合组件内，实现烟气的进一步除尘。
2、本发明的烟气脱硝喷氨系统的除尘混合组件，实现了烟气中粉尘的初步脱除，从而减缓氨气喷嘴的堵塞情况；本发明脱除的粉尘主要为粒度较大的粉尘，粉尘粒径越大越容易堵塞催化剂孔道、对催化剂的磨损越厉害，因而本发明可有效减少对SCR脱硝催化剂的堵塞和磨损，延长催化剂的使用寿命，并因此降低氨逃逸以及减缓氨逃逸所带来的下游设备堵塞泄露、石膏产品不合格或脱硫废水氨氮超标及大气污染问题。
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为本发明的一种烟气脱硝喷氨系统的正视图。
图2为图1所示烟气脱硝喷氨系统的除尘混合组件及排灰管的俯视图。
图3为图1所示烟气脱硝喷氨系统的氨气喷嘴及喷氨管的俯视图。
图4为本发明的一种烟气脱硝喷氨系统的正视图。
图5为图4所示烟气脱硝喷氨系统的除尘混合组件及排灰管的俯视图。
图6为本发明的一种烟气脱硝喷氨系统的正视图。
图7为本发明的一种烟气脱硝喷氨系统的示意图。
主要附图标记说明：
10-烟道；20-氨气喷嘴，21-喷氨管；30-除尘混合组件，30A-外壁，30B-内壁，31-排灰孔，32-喷头，33-弯曲段，34-进风口，35-导灰管，36-挡风板；40-排灰管，40A-竖直管，40B-斜管，41-通断阀。
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。
如图1~图7所示，本发明提供了一种烟气脱硝喷氨系统，包括：若干氨气喷嘴20，其与喷氨管21连通，用于将氨气或氨气与空气的混合气体喷入烟道10内；除尘混合组件30，其为上端面开口的凹形结构，设置于氨气喷嘴20上方，用于强化氨气与烟气的混合及收集掉落的粉尘，凹形结构底部与排灰管40连通；排灰管40，用于将除尘混合组件30内的粉尘排出烟道10。
进一步，除尘混合组件30优选为球形、半球形、椭球形、半椭球形（如图6所示）、锥体形（如图1-图2所示）、四棱锥形（如图4-图5所示）、多棱锥形、酒杯形等凹形结构，但本发明并不以此为限。
进一步，如图1-图2所示，除尘混合组件30还包括挡风板36，挡风板36为直板或弧形板，与除尘混合组件30上端面相连且向下倾斜，以避免烟气进入除尘混合组件30内将粉尘吹起形成二次夹带。
进一步，如图4-图5所示，除尘混合组件30的外壁30A与内壁30B之间为中空结构，其上端面封闭；其外壁30A上设置有至少一个进风口34，烟气可通过进风口34进入中空结构内；内壁30B上设置有若干喷头32，喷头32与中空结构连通，喷头气流方向向下且朝向内壁30B或与内壁30B平行，烟气经中空结构由喷头32喷出，用于及时推动其内壁30B上的粉尘进入排灰管40，避免粉尘在除尘混合组件30内壁30B上结块或板结。
进一步，如图6所示优选，优选中空结构的上端面连接有弯曲段33，弯曲段33与中空结构连通且弯曲段33的尾端朝向凹形结构内，弯曲段33的尾端为敞口结构，烟气经中空结构由弯曲段33的尾端喷出，用于及时推动除尘混合组件30内壁30B上的粉尘进入排灰管40，避免粉尘在除尘混合组件30内壁30B上结块或板结。
进一步，如图4、图6所示，中空结构底部与排灰管40连通，以将进入中空结构内的粉尘排出。更进一步，如图4、图6所示，除尘混合组件30底部的排灰孔31连接有导灰管35，导灰管35为中空管状结构，上端与除尘混合组件30连通，下端与排灰管40连通，以避免进入中空结构的气体通过排灰孔31将除尘混合组件30内的粉尘吹起形成二次夹带。
进一步，除尘混合组件30可设置为多层，优选上下相邻两层的除尘混合组件30交错设置。示例性的，图7为三层除尘混合组件30的示意图，但本发明并以此为限。
进一步，上述技术方案中，沿烟气的流动方向，除尘混合组件30也可设置在氨气喷嘴20的上游或同时设置在氨气喷嘴20的上游和下游。
进一步，如图1、图4、图6所示，排灰管40包括竖直管40A和斜管40B，竖直管40A的上端与除尘混合组件30连通，下端与斜管40B连通；斜管40B的下端面设置于烟道10外，用于将粉尘排出烟道10。更进一步，多个竖直管40A可共用一个斜管40B。
本发明的烟气脱硝喷氨系统的工作过程如下：含氨气体由氨气喷嘴20喷入烟道10中与烟气混合，混合气流流经设置于氨气喷嘴20上方的除尘混合组件30时，烟气中的粉尘撞击到除尘混合组件30上，经反弹后向远离除尘混合组件30的方向运动，进而被烟气带走，同时混合气流进行分流并在除尘混合组件30背面形成涡流，强化烟气与含氨气体的混合，烟气中的粉尘发生碰撞掉落进入凹形结构中，经排灰管40排出。
实施例1
如图1~图3所示，本实施例的烟气脱硝喷氨系统由20个氨气喷嘴20、20个除尘混合组件30及5根排灰管40组成，除尘混合组件30位于氨气喷嘴20的正上方并与氨气喷嘴20一一对应，每根喷氨管21上连接有4个氨气喷嘴20。除尘混合组件30为倒圆锥体形结构，底部设置有排灰孔31，排灰孔31与排灰管40的竖直管40A连通，竖直管40A与斜管40B连通，4个除尘混合组件30共用一个斜管40B；除尘混合组件30设置有挡风板36，其为与除尘混合组件30上端面相连且向下倾斜的弧形板。
某烟气SCR脱硝试验装置进行采用本实施例中的烟气喷氨混合系统，氨气喷嘴20前粉尘含量为16.7g/m3，喷氨混合设备100后粉尘含量为14.8g/m3，粉尘脱除率为11.4%。停工检查后发现，所有的氨气喷嘴20均未出现堵塞及大量积灰的情况、蜂窝式催化剂孔道未出现明显的堵塞及磨损情况，相对照的，未设置本发明的除尘混合组件30前，运行同样的时间后停工检查，部分氨气喷嘴20积灰较为严重，部分蜂窝式催化剂孔道出现明显积灰堵塞，部分区域的催化剂出现磨损现象，甚至局部地区出现催化剂的坍塌现象。
实施例2
如图4~图5所示，本实施例的烟气脱硝喷氨系统由16个氨气喷嘴20、16个除尘混合组件30及4根排灰管40组成，除尘混合组件30位于氨气喷嘴20的正上方并与氨气喷嘴20一一对应，每根喷氨管21上连接有4个氨气喷嘴20。除尘混合组件30为上端开口的倒四棱锥形，其为中空结构，中空结构上端面封闭，下端面与竖直管40A连通；每个除尘混合组件30的外壁30A的迎风面上设置有3个环形进风口34，内壁30B上设置有4个喷头32。除尘混合组件30底部设置有排灰孔31，排灰孔31连接有导灰管35，导灰管35设置于排灰管40的竖直管40A内。排灰管40由竖直管40A和斜管40B组成。
某烟气SCR脱硝试验装置采用本实施例中的烟气喷氨混合系统，氨气喷嘴20前粉尘含量为16.7g/m3，喷氨混合设备10后粉尘含量为13.1g/m3，粉尘脱除率为21.6%。该试验装置运行1年后，所有的氨气喷嘴20均未出现堵塞，运行过程中氨逃逸<2.5mg/m3，相对照的，未采用本实施例的烟气喷氨混合系统前，运行相同时间后，有两个氨气喷嘴20出现堵塞，其余氨气喷嘴20内均存在粉尘，且经常出现氨逃逸>2.5mg/m3的情况。
实施例3
如图6所示，本实施例的除尘混合组件30为半椭球形结构，除尘混合组件30的外壁30A与内壁30B之间为中空结构，其外壁30A的上设置有一个环形进风口34，气体通过进风口34进入中空结构内；其上端面连接有弯曲段33，弯曲段33与中空结构连通且弯曲段33的尾端朝向凹形结构内，弯曲段33的尾端为敞口结构，气体经中空结构由弯曲段33的尾端喷出。氨气喷嘴20及喷氨管21、排灰管40的设置同实施例2。
某烟气SCR脱硝试验装置采用本实施例中的烟气喷氨混合系统，氨气喷嘴20前粉尘含量为13.2g/m3，喷氨混合设备10后粉尘含量为9.6g/m3，粉尘脱除率为27.3%。
实施例4
如图7所示，本实施例设置有三层除尘混合组件30，上下相邻两层的除尘混合组件30交错设置，本实施例所有的除尘混合组件30均采用实施例2所示的除尘混合组件30。
某烟气SCR脱硝试验装置采用本实施例中的烟气喷氨混合系统，氨气喷嘴20前粉尘含量为16.8g/m3，喷氨混合设备10后粉尘含量为9.6g/m3，粉尘脱除率为42.9%；该试验装置采用本实施例中的除尘混合组件30替代静态混合器，SCR反应器第一层催化剂入口前500mm处，100%烟道横截面内各处流速的偏差为12.5%，100%烟道横截面烟气中各处NH3/NOx的摩尔比率的偏差为8.3%，满足《火电厂烟气脱硝技术导则》（DL/T 296-2011）的要求。
Claims (14)
1.一种烟气脱硝喷氨系统，其特征在于包括：若干氨气喷嘴，其与喷氨管连通，用于将氨气或氨气与空气的混合气体喷入烟道内；除尘混合组件，其为上端面开口的凹形结构，设置于氨气喷嘴上方，用于强化氨气与烟气的混合及收集掉落的粉尘，凹形结构底部与排灰管连通；排灰管，用于将除尘混合组件内的粉尘排出烟道。
2.根据权利要求1所述的烟气脱硝喷氨系统，其特征在于：除尘混合组为球形、半球形、椭球形、半椭球形、锥体形、四棱锥形、多棱锥形、酒杯形凹形结构中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的烟气脱硝喷氨系统，其特征在于：除尘混合组件包括挡风板，挡风板为直板或弧形板，与除尘混合组件上端面相连且向下倾斜的直板或弧形板。
4.根据权利要求1所述的烟气脱硝喷氨系统，其特征在于：除尘混合组件的外壁与内壁之间为中空结构，其上端面封闭；外壁上设置有至少一个进风口，烟气通过进风口进入中空结构内。
5.根据权利要求4所述的烟气脱硝喷氨系统，其特征在于：内壁上设置有若干喷头，喷头与中空结构连通，喷头气流方向向下且朝向内壁或与内壁平行，烟气经中空结构由喷头喷出，用于推动内壁上的粉尘进入排灰管。
6.根据权利要求4所述的烟气脱硝喷氨系统，其特征在于：中空结构的上端面连接有弯曲段，弯曲段与中空结构连通且弯曲段的尾端朝向凹形结构内，弯曲段的尾端为敞口结构，烟气经中空结构由弯曲段的尾端喷出，用于推动内壁上的粉尘进入排灰管。
7.根据权利要求4所述的烟气脱硝喷氨系统，其特征在于：中空结构底部与排灰管连通，将进入中空结构内的粉尘排出。
8.根据权利要求4所述的烟气脱硝喷氨系统，其特征在于：除尘混合组件底部的排灰孔连接有导灰管，导灰管为中空管状结构，上端与除尘混合组件连通，下端与排灰管连通。
9.根据权利要求1所述的烟气脱硝喷氨系统，其特征在于：排灰管包括竖直管和斜管，竖直管的上端与除尘混合组件连通，下端与斜管连通；斜管的下端面设置于烟道外，用于将粉尘排出烟道。
10.根据权利要求1所述的烟气脱硝喷氨系统，其特征在于：多个竖直管共用一个斜管。
11.根据权利要求1~10任一所述的烟气脱硝喷氨系统，其特征在于：除尘混合组件设置为多层。
12.根据权利要求11所述的烟气脱硝喷氨系统，其特征在于：上下相邻两层的除尘混合组件交错设置。
13.根据权利要求1~10任一所述的烟气脱硝喷氨系统，其特征在于：沿烟气的流动方向，除尘混合组件设置在氨气喷嘴的上游或同时设置在氨气喷嘴的上游和下游。
14.一种权利要求1~10任一所述的烟气脱硝喷氨系统的工作过程，其特征在于：含氨气体由氨气喷嘴喷入烟道中与烟气混合，混合气流流经设置于氨气喷嘴上方的除尘混合组件时，烟气中的粉尘撞击到除尘混合组件上，经反弹后向远离除尘混合组件的方向运动，进而被烟气带走，同时混合气流进行分流并在除尘混合组件背面形成涡流，强化烟气与含氨气体的混合，烟气中的粉尘发生碰撞掉落进入凹形结构中，经排灰管排出。
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