CN201445912U

CN201445912U - 适用于选择性非催化还原法的组合式雾化喷嘴

Info

Publication number: CN201445912U
Application number: CN2009200619764U
Authority: CN
Inventors: 甘云华; 吴湘龙; 马晓茜; 杨泽亮
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2009-08-07
Filing date: 2009-08-07
Publication date: 2010-05-05
Anticipated expiration: 2019-08-07

Abstract

本实用新型公开了一种适用于选择性非催化还原法的组合式雾化喷嘴，属于气液喷射装置技术领域。包括喷嘴外壳(1)、喷嘴帽(2)、酒瓶形管(5)、注液板(2)、超声簧片(3)、定位板(12)和内液槽壁(10)。本实用新型将气泡雾化技术和气动雾化技术相结合，可以实现喷射距离远，粒径大小及分布适中，明显地提高烟气脱硝效率；由于中间的高压气(雾化介质)两用，易于实现控制；还使用内部超声和可替换的喷嘴帽；定位板和内液槽的螺纹连接使注入中心混合段的注气弧形流道的喷口直径可以调节，进而实现气液比的调节。本实用新型性能优越，可完全满足SNCR法脱硝的要求。

Description

适用于选择性非催化还原法的组合式雾化喷嘴

技术领域

本实用新型涉及一种用于垃圾焚烧烟气脱硝的喷射还原剂的喷嘴，特别涉及适用于选择性非催化还原法的组合式雾化喷嘴。

背景技术

目前，人们为了净化烟气中NOx，实现脱硝排放所采取的措施主要分有两种：燃烧控制和燃烧后控制。其中，燃烧后控制消除烟气中NOx的方法又以选择性催化还原法(SCR)和选择性非催化还原法(SNCR)在工业生产中得到较为广泛的应用。虽然SCR法脱硝效率高，技术较成熟，但是在SCR法中，催化剂费用通常占到SCR系统初始投资的一半左右，且催化剂在使用过程中会因中毒、磨蚀失效等原因而需更换，因而存在着运行费用高、设备投资大的缺点。而SNCR法不用催化剂，设备和运行费用少；但是它的反应温度窗口较窄，脱硝效率较SCR法低。运用SNCR法脱硝就意味着要走出一条提高效率的路。若是运用于垃圾焚烧烟气脱硝，由于机械式炉排炉焚烧垃圾的燃烧温度范围与SNCR法的温度窗口吻合，所以这又加大了使用SNCR法的筹码。

SNCR法脱硝是将含有NHx基的还原剂(如氨、尿素)喷入反应炉中，在温度为800～1100℃的区域，还原剂迅速分解成NH₃，与烟气中的NOx进行反应生成N₂。对于实际应用来说，SNCR法属于快反应，其反应的制约因素在于混合的好坏和快慢。而决定混合质量的正是还原剂喷嘴。

目前，从工程应用SNCR法的情况来看，多数采用气力雾化喷射装备，如喷枪和墙式喷嘴。长喷枪插入烟道，可以沿整个喷枪喷射还原剂，主要的优点：实现炉内多点喷射，单个雾炬只覆盖一个小范围，减少对壁面，受热面的影响，缺点是：长喷枪长期插入高温的锅炉内，会造成材料变形，喷枪弯曲而不能取出，其他腐蚀磨损情况也严重。墙式喷嘴方式，布置在炉膛的壁面上，不伸入炉膛内部，它的优点是操作和维护方便，不容易损坏，缺点是喷雾液滴难以深入到炉膛内。

发明内容

本实用新型目的在于克服现有技术的缺点，提供一种适用于选择性非催化还原法的组合式雾化喷嘴，以实现高效率、高效节能地脱硝。本实用新型将气动雾化喷嘴技术和气泡雾化喷嘴技术结合，得到较高的雾化质量，中心喷嘴喷射距离远，可达4～6米，中间喷射的大颗粒穿透力强，周围喷出的小颗粒反应快，完全适用于垃圾焚烧炉排。

本实用新型目的通过以下技术方案来实现：

适用于SNCR的组合式雾化喷嘴包括：喷嘴外壳1、喷嘴帽4、酒瓶形管5、注液板2、超声簧片3、定位板12和内液槽壁10。

喷嘴外壳1与喷嘴帽4采用螺纹连接；喷嘴帽4喷射端的形状为圆台，圆台侧面对称布置有喷孔6，圆台上底面中心设有椭圆形整流槽8，酒瓶形管5瓶口端设有环形凸缘9，使酒瓶形管5和喷嘴帽4配合，瓶口中心设有中心喷孔7，酒瓶形管5壁面上设有的注气孔11，酒瓶形管5和喷嘴外壳1之间设有的注液板2，注液板2布置有注液孔14，酒瓶形管5上固接有超声簧片3，超声簧片3一端为刃口，对准注液孔14，超声簧片的长轴线与注液孔14的轴线重合，酒瓶形管5通过定位板12与内液槽壁10连接.

所述的注液板2通过焊接或螺纹连接在酒瓶形管5上，注液板2和喷嘴外壳1连接为滑动连接。

所述的定位板12与内液槽壁10是螺纹连接；定位板12与酒瓶形管5滑动连接。

本实用新型喷嘴有三个流道：酒瓶形管5和内液槽壁10之间是第二流道，其间通高压雾化介质(压缩空气或蒸汽)；内液槽壁10中心是中心流道，其间通还原剂溶液；酒瓶形管5、喷嘴外壳1和喷嘴帽4三者形成外流道，其间通还原剂溶液。酒瓶形管5瓶颈内是气动雾化混合段，喷嘴帽4与酒瓶形管5之间形成气泡雾化的混合室。

第二流道由直流道和弧形流道组成，定位板12上均匀布置有高压气孔13，酒瓶形管5瓶口端的中心喷孔7为锥形孔，酒瓶形管5壁面的注气孔11为圆柱形孔，酒瓶形管5上焊接着注液板2，喷孔6为对称布置的圆柱形孔。注液板2上均匀布置有注液孔14，注液孔14为锥形孔，酒瓶形管5上固接有超声簧片3，超声簧片3一端为刃口，对准注液孔14，超声簧片的长轴线与注液孔14的轴线重合，超声簧片刃口与注液孔14的距离为0.5mm～5mm，每一个注液孔14对应一个超声簧片3。

本喷嘴融合了气动雾化技术和气泡雾化技术，外液道的液体流量为总流量的40％～60％，中心液道的液体流量为总流量的60％～40％，由阀门控制进行调节。第二流道的高压雾化介质大部分通过弧形通道进入中心的混合段，即所谓的酒瓶形管的瓶颈内部，进行气动雾化；还有一部分高压雾化介质经注气孔11进入外流道，逐渐形成气泡。

第二流道的弧形流道出口中轴线与中心流道中轴线形成的注射角度约35°～55°

注液孔14为锥形孔，其进液口与出液口的直径比为1.2～1.5∶1。中心喷孔7也为锥形孔，其进液口与出液口的直径比为2.5～2.7∶1。

喷嘴采用碳素钢、渗铝钢、含钼不锈钢等耐氨水腐蚀的材料。

适用于SNCR的组合式雾化喷嘴是采用墙式喷嘴的形式。标准工况下，气液比是25％，其中约5％是用来气泡雾化，其余20％用来气动雾化。注入压缩气体(或者蒸汽)压力范围在0.3～0.5MPa，注入液体压力范围在0.2～0.4MPa。外液道的液体流量为总流量的40％～60％，中心液道的液体流量为总流量的60％～40％，由阀门控制进行调节。喷嘴有三个流道，第二流道通雾化介质，其余流道通还原剂溶液(氨水)。

工作时，将本实用新型喷嘴安装于反应炉内壁上，中心流道和外流道与外设的供液站相连，第二流道与外设的供气站相连。液体还原剂和雾化介质分别从中心流道、第二流道进入中心混合段，进行两相扩散和动量交换，并经中心喷孔7由椭圆形整流槽8喷出。第二流道的弧形流道出口中轴线与中心流道中轴线形成的注射角度是35°～55°。椭圆形整流槽8短轴长小于中心喷孔7出液口的直径，椭圆形整流槽8不能完全覆盖中心喷孔7的出液口，而椭圆形整流槽8的长轴长大于中心喷孔7出液口的直径，高压液气经过椭圆形整流槽8的整流能形成较好的扇形喷雾，加大射流中心流量，增加穿透动量，增加中心喷雾液滴的粒度，形成了椭圆球状的喷射流进入炉膛。

与此同时，液体还原剂和雾化介质分别从外流道、第二流道进入气泡雾化混合室，途中，还原剂溶液流经注液板2，从注液孔14流出，迎着每一个注液孔14有一个产生超声波的超声簧片.在液体射流的冲击下超声簧片振动产生超声波，并在超声簧片周围对液体产生气隙作用.雾化介质在超声簧片周围通过注气孔11被引入到超声簧片下游的流道，并迅速充填入液体气隙，形成气液两相流一起流入气泡雾化混合室.混合室内具有无数个气泡的气液两相流再经过喷头上的喷孔6加速降压，气泡中的气体迅速膨胀，将液体表面拉薄撕碎直至雾化，喷出细颗粒雾滴.

本实用新型与现有技术相比有如下优点：

1、采用气动雾化技术和气泡雾化技术相结合的技术，内部为气动雾化技术，由于中心喷嘴出口采用椭圆型整流槽，喷射距离远，可达4～6米，完全适用于垃圾焚烧排炉，索特尔粒径在标准工况下为80～150μm，平均100μm。外围的喷孔，索特尔粒径在标准工况下为30～70μm，平均45μm。中间的大颗粒穿透力强，周围的小颗粒反应快。可以说完全满足垃圾焚烧SNCR的要求，既提高了效率又实现能量最有效利用。

2、由于特殊的结构，本喷嘴易于实现控制，突破气泡雾化技术雾化不稳定，控制难度高的缺点。也就是说：由于气泡雾化和气动雾化的气液比是相关联的，就算气泡雾化管道没有通入雾化介质，变成压力雾化，喷出来后在中心气动雾化的干涉下，总体雾化效果还能达到标准状态的70％左右；而如果气泡雾化管道通入了太多的气，变成气动雾化，总体雾化效果也有标准状态的80％左右；中心无论如何都是内混式气动雾化，只是随着气液比的波动，雾炬可能有轻微的变化。

3、带有内超声簧片，气泡雾化可以更稳定、更高质量的进行。

4、带有喷嘴帽，方便损坏时替换使用，这样就可以增加使用寿命。

5、定位板与内液槽壁螺纹连接，转动螺纹，可以调节高压气注入中心混合段的注气弧形流道喷口直径的大小，即可以调节喷嘴气耗率，进而调节工况。

6、可以在酒瓶形管5瓶颈外绕上扰流丝，可以引导液流的旋转，加强混合效果。

附图说明

图1为适用于SNCR的组合式雾化喷嘴结构示意图；

图2为图1的B向视图；

图3为图1的A-A剖面图；

图4为超声簧片和注液孔14结构；

图中1为喷嘴外壳、2为注液板、3为超声簧片、4为喷嘴帽、5为酒瓶形管、6为喷孔、7为中心喷孔、8为椭圆形整流槽、9为凸缘、10为内液槽壁、11为注气孔、12为定位板、13为高压气孔、14为注液孔。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明：

如图1所示，本实用新型适用于SNCR的组合式雾化喷嘴包括：喷嘴外壳1、喷嘴帽4、酒瓶形管5、注液板2、超声簧片3、定位板12和内液槽壁10；

喷嘴外壳1与喷嘴帽4通过螺纹连接，喷嘴帽4喷射端的形状为圆台，如图2所示，圆台侧面上对称布置六个圆柱形的喷孔6，圆台上底面中心设有椭圆形整流槽8，酒瓶形管5瓶口端设有环形凸缘9，使酒瓶形管5和喷嘴帽4配合，瓶口中心设有中心喷孔7，酒瓶形管5壁面上设有的注气孔11，酒瓶形管5和喷嘴帽4之间设有注液板2，注液板2焊接在酒瓶形管5上，注液板2和喷嘴外壳1滑动连接，注液板2上均匀布置有3个注液孔14，如图4所示，酒瓶形管5上固接有超声簧片3，超声簧片3一端为刃口，对准注液孔14，超声簧片的长轴线与注液孔14的轴线重合，超声簧片刃口与注液孔14的距离为3mm，3个注液孔14对应3个超声簧片3，酒瓶形管5通过定位板12与内液槽壁10连接，定位板12与内液槽壁10是螺纹连接，定位板12与酒瓶形管5滑动连接.

本实用新型喷嘴有三个流道：酒瓶形管5和内液槽壁10之间是第二流道，其间通高压雾化介质；内液槽壁10中心是中心流道，其间通还原剂溶液；酒瓶形管5、喷嘴外壳1和喷嘴帽4三者形成外流道，其间通还原剂溶液。酒瓶形管5瓶颈内是气动雾化混合段，喷嘴帽4与酒瓶形管5之间形成气泡雾化的混合室。

内液槽壁10的内截面直径为10mm；第二流道由直流道和弧形流道组成，酒瓶形管5和内液槽壁10之间弧形流道的进口截面直径为6mm，出口截面为3mm；定位板12上均匀布置的六个高压气孔13，直径4.5mm。酒瓶形管5瓶口端的中心混合段截面直径为12mm；中心喷孔7为锥形孔，进液口截面直径为8mm，出液口截面直径为3mm；如图3所示，酒瓶形管5壁面的6个注气孔11为圆柱形孔，直径为3mm。酒瓶形管5上焊接着注液板2，注液板2上的注液孔14为锥形孔，进液口截面直径为5mm，出液口截面直径为4mm。超声簧片材料为含钼不锈钢，厚0.5mm，宽2.0mm长15mm。喷孔6为对称布置的六个圆柱形孔，截面直径为3mm。椭圆形整流槽8的深度为6mm，横截面为短轴长为2.0mm，长轴长为10mm椭圆，环形凸缘9内径为10mm。

工作时，将本实用新型喷嘴安装于反应炉内壁上，中心流道和外流道与外设的供液站相连，第二流道与外设的供气站相连。0.3MPa的液体还原剂和0.35MPa的雾化介质分别从中心流道、第二流道进入中心混合段，进行两相扩散和动量交换，并经中心喷孔7由椭圆形整流槽8喷出。第二流道的弧形流道出口中轴线与中心流道中轴线形成的注射角度是45°。椭圆形整流槽8短轴长小于中心喷孔7出液口的直径，椭圆形整流槽8不能完全覆盖中心喷孔7的出液口，而椭圆形整流槽8的长轴长大于中心喷孔7出液口的直径，高压液气经过椭圆形整流槽8的整流能形成较好的扇形喷雾，加大射流中心流量，增加穿透动量，增加中心喷雾液滴的粒度，形成了椭圆球状的喷射流进入炉膛。由于中心喷嘴出口采用椭圆型整流槽，喷射距离远，可达4～6米，索特尔粒径在标准工况下为80～150μm，平均100μm。

与此同时，0.3MPa的液体还原剂和0.35MPa的雾化介质分别从外流道、第二流道进入气泡雾化混合室，途中，还原剂溶液流经注液板2，从注液孔14流出，迎着每一个注液孔14有一个产生超声波的超声簧片。在液体射流的冲击下超声簧片振动产生超声波，并在超声簧片周围对液体产生气隙作用。雾化介质在超声簧片周围通过注气孔11被引入到超声簧片下游的流道，并迅速充填入液体气隙，形成气液两相流一起流入气泡雾化混合室。混合室内具有无数个气泡的气液两相流再经过喷头上的6个喷孔6加速降压，气泡中的气体迅速膨胀，将液体表面拉薄撕碎直至雾化，喷出细颗粒(约40μm)雾滴。

采用气动雾化技术和气泡雾化技术相结合的技术，内部为气动雾化技术，由于中心喷嘴出口采用椭圆型整流槽，喷射距离远，可达4～6米，完全适用于垃圾焚烧排炉，索特尔粒径在标准工况下为80～150μm，平均100μm.外围有6个喷孔，索特尔粒径在标准工况下为30～70μm，平均45μm.如此，整个雾炬具有：喷雾中心液滴雾化粒度大、两侧液滴粒度小，具有大颗粒液滴的穿透距离大、蒸发慢和小颗粒液滴混合均匀，粒径大小、蒸发快的特点.本实用新型达到了近壁面和炉膛中心区域都能做到较好的氮还原剂分布效果，形成理想的SNCR喷嘴雾化效果形式.

Claims

1.适用于选择性非催化还原法的组合式雾化喷嘴，其特征在于，包括：喷嘴外壳(1)、喷嘴帽(4)、酒瓶形管(5)、注液板(2)、超声簧片(3)、定位板(12)和内液槽壁(10)；喷嘴外壳(1)与喷嘴帽(4)采用螺纹连接；喷嘴帽(4)喷射端的形状为圆台，圆台侧面对称布置有喷孔(6)，圆台上底面中心设有椭圆形整流槽(8)，酒瓶形管(5)瓶口端设有环形凸缘(9)，使酒瓶形管(5)和喷嘴帽(4)配合，瓶口中心设有中心喷孔(7)，酒瓶形管(5)壁面上设有的注气孔(11)，酒瓶形管(5)和喷嘴外壳(1)之间设有的注液板(2)，注液板(2)布置有注液孔(14)，酒瓶形管(5)上固接有超声簧片(3)，超声簧片(3)一端为刃口，对准注液孔(14)，超声簧片的长轴线与注液孔(14)的轴线重合，酒瓶形管(5)通过定位板(12)与内液槽壁(10)连接。

2.根据权利要求1所述的适用于选择性非催化还原法的组合式雾化喷嘴，其特征在于，所述的注液板(2)通过焊接或螺纹连接在酒瓶形管(5)上，注液板(2)和喷嘴外壳(1)连接为滑动连接。

3.根据权利要求1所述的适用于选择性非催化还原法的组合式雾化喷嘴，其特征在于，所述的超声簧片刃口与注液孔(14)的距离为0.5mm～5mm，每一个注液孔(14)对应有一个超声簧片(3)。

4.根据权利要求1所述的适用于选择性非催化还原法的组合式雾化喷嘴，其特征在于，所述的注液孔(14)为锥形孔，其进液口与出液口的直径比为1.2～1.5∶1。

5.根据权利要求1所述的适用于选择性非催化还原法的组合式雾化喷嘴，其特征在于，所述的中心喷孔(7)为锥形孔，其进液口与出液口的直径比为2.5～2.7∶1。

6.根据权利要求1所述的适用于选择性非催化还原法的组合式雾化喷嘴，其特征在于，所述的定位板(12)与内液槽壁(10)是螺纹连接；定位板(12)与酒瓶形管(5)滑动连接。