CN202606028U - 一种风帽式选择性催化还原脱硝喷氨混合装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种风帽式选择性催化还原脱硝喷氨混合装置，该装置包括一级管（1）、反应器壁面（10）和至少三个等距布置的喷氨管；每个喷氨管包括至少三个二级管（2）、三级管（3）、防磨堵头（4）、防磨角钢（11）、在反应器壁面（10）和一级管（1）之间设置的密封盒（7）、放置在密封盒（7）内的保温棉（8）和设在密封盒（7）与一级管之间的调节阀（9）；其中，二级管（2）等距离设置，三级管（3）设置在相邻的二级管（2）之间，且三级管（3）一端与二级管（2）连接，另一端与防磨堵头（4）连接。该装置集喷氨装置与混合装置为一体，实现了氨气与烟气在小尺度上的均匀混合，并且结构简单，制造、拆装方便。
Description
技术领域
本实用新型属于烟气净化技术领域，特别涉及一种风帽式选择性催化还原（Selective Catalytic Reduction,SCR）脱硝喷氨混合装置，较常规的喷氨/混合装置具有更好的混合性能和更简单的结构。
背景技术
氮氧化物（NOx）是主要大气污染物之一。我国每年NOx排放量呈现快速增长趋势。目前我国是世界上第一大NOx排放国，氮氧化物的环境容量已经基本处于饱和。我国以煤为主的能源结构和发电结构，决定了燃煤电站是NOx排放的最大来源。随着环境问题越来越受重视，近年来对火电厂NOx排放标准也日益严厉。从2012年起实施的《火电厂大气污染物排标准》(GB13223-2011）将NOx排放严格限值在100mg/m3以下。
在众多的燃煤电站脱硝技术中，选择性催化还原（SCR）技术以其脱硝效率高、运行稳定可靠等显著优点，自上世纪七十年代日本安装首套SCR装置以来，已发展为世界上应用最广泛的NOx控制技术，也是目前我国引进、消化的重点。SCR系统有多种布置方式，普遍采用的高灰SCR系统原理简述如下：制氨系统输出的氨气在氨/空气混合器内与空气充分混合，形成稀释氨气。稀释氨气进入反应器前部烟道内多根喷氨管组成的喷氨格栅(AIG)，由其间布置的喷口或喷嘴喷入烟道。来自锅炉省煤器含有NOx的烟气流经喷氨格栅，与稀释氨气混合。混合气体在下游布置静态混合器二次混合后，流经连接烟道进入布置有多层催化剂的SCR反应器发生脱硝反应。在280～420℃的温度区间，NOx在催化剂作用下被NH3还原成无害的N2和H2O。
研究表明，催化剂层内流场均匀性的优劣，对脱硝效率的影响很大。流场均匀性的内容包括两方面，一是烟气速度分布均匀，二是氨浓度分布均匀。改善烟气速度分布，可通过合理布置导流板、整流器等部件来实现；提高氨浓度分布均匀性则需高效的喷氨格栅与静态混合器。喷氨格栅处的气流分布不但直接影响氨浓度分布均匀，也会进一步影响到下游的气流均匀性。因此，喷氨/混合装置是SCR系统的关键技术。
传统的喷氨格栅由反应器上游烟道内均匀布置的喷氨管组成。喷氨管上开设有若干等直径的喷口。由于烟道内流速较高，仅由氨气扩散产生的混合效果较为有限。因此，喷氨格栅下游通常布置有混合装置，以促进氨气与烟气混合。这些混合装置对改善混合性能具有一定效果，但普遍存在结构复杂，易发生堵灰，不耐磨损等缺点。另外，在实际工作中，稀释氨气进入反应器内即被加热，温度沿程上升，同时压力损失不断累积。喷氨口实际喷出的氨气量并不一致，影响了氨气与烟气混合的均匀性。因此，有必要对现有的喷氨/混合装置进行改进。
发明内容
技术问题：本实用新型针对现有SCR系统中通常采用喷氨格栅+静态混合器的组合方式而使整体结构复杂，且喷氨混合效果不理想，以及难以实现均流喷射等技术问题，提出了一种风帽式选择性催化还原脱硝喷氨混合装置。
技术方案：为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种风帽式选择性催化还原脱硝喷氨混合装置，该装置包括一级管、反应器壁面和至少三个等距布置的喷氨管；
每个喷氨管包括至少三个二级管、三级管、防磨堵头、防磨角钢、在反应器壁面和一级管之间设置的密封盒、放置在密封盒内的保温棉和设在密封盒与一级管之间的调节阀；其中，
二级管等距离设置，三级管设置在相邻的二级管之间，且三级管一端与二级管连接，另一端与防磨堵头连接；防磨角钢放置在二级管的迎流面上，其两端分别与三级管连接。
反应器壁面包括远离一级管的第一反应器壁面和靠近一级管的第二反应器壁面；所述的喷氨管的一端分别通过调节阀与一级管相连，另一端封闭后放在与第一反应器壁面焊接的托架上，密封盒与焊接在第二反应器壁面上的连接法兰相连。
优选的，二级管以宽度L1=200～400mm等距并列布置，最靠近反应器壁面的二级管与反应器壁面相距的距离M1=50～100mm；
在每个二级管上的烟气迎流面等距开设n1个节流孔，最外侧的节流孔距离反应器壁面M2=100～200mm，每个节流孔间距为L2=200～400mm，沿氨气流动方 向，节流孔逐渐扩大。
优选的，三级管一端在节流孔处与二级管相连，另一端与防磨堵头相连，在每个三级管的壁面上沿同一平面等角度开设n2个喷口，每个喷口直径相同d2=2～5mm，间隔360°/n2，相邻三级管的喷氨口沿二级管轴向呈反对称布置，三级管的喷氨口喷射方向与二级管轴向的夹角为β=0～45°。
优选的，防磨堵头具有半球外形结构，直径为D1=1.5～2D2，其中，D2为三级管的外径。
有益效果：与传统的采用喷氨格栅与静态混合器构成的喷氨/混合装置相比较，本实用新型具有如下的特色及优点：
1.将流化床技术领域中的风帽概念引入到SCR系统中，用于氨气与烟气的均匀混合，摒弃了传统“在喷氨格栅下游布置静态混合器”的设计思路，集喷氨装置与混合装置为一体，实现了概念上的创新，同时简化了装置结构。
2.通过等距二级管系和等距三级管组的组合，以及三级管上开设多个喷射孔，将氨气从多点引入烟道，实现了氨气和烟气在小尺度上的强制混合，有利于两者的混合均匀。
3.通过在二级管上开设节流孔，且沿氨气流动方向节流孔孔径逐渐增加，使氨气的流动阻力相等，保证了从每个喷氨口喷射出来的氨气流量相等，有利于氨气和烟气的均匀混合。
4.喷口孔径较小，形成的高速射流具有一定穿透深度，提高了氨气在烟道内的空间充满度，同时，相邻四个三级管的喷口沿同一圆相切布置，这样气流使烟气形成旋转气流，强化了混合扰动，有利于在较小距离内实现氨与烟气的充分混合。
5.氨气喷射方向与主流烟气方向垂直，且喷口流速较高，能有效防止大部分飞灰进入三级管；三级管内径大于节流孔孔径，使三级管内形成了一定的缓冲空间，可防止可能进入的少部分飞灰进一步进入二级管。
6.在二级管的迎流面焊接防磨角钢，避免了烟气对二级管的直接冲刷，延长了喷氨混合装置的使用寿命。
7.在三级管一端焊接比三级管管径大的半球形防磨堵头，一方面防止了烟气对三级管的正面磨损，另一方面在防磨堵头后面形成的迟滞区也有利于烟气与 氨气的均匀混合。
整套装置仅通过密封盒与焊接在反应器壁面上的法兰相固定，无任何活动部分，结构简单，制造、拆装方便。
附图说明
图1为本实用新型的一种风帽式SCR脱硝喷氨混合装置主视图，其中包括一级管1、二级管2、三级管3、防磨堵头4、二级管托架5、连接法兰6、密封盒7、保温棉8、调节阀9、反应器壁面10、防磨角钢11。
图2为本实用新型的一种风帽式SCR脱硝喷氨混合装置右视图，其中有密封盒7、二级管2。
图3为本实用新型的一种风帽式SCR脱硝喷氨混合装置俯视图，其中有一级管1、二级管2、三级管3、二级管托架5、连接法兰6、密封盒7、保温棉8、调节阀9、反应器壁面10。
图4为本实用新型的一种风帽式SCR脱硝喷氨混合装置主视图中A处的局部放大图，其中有二级管2、三级管3、防磨堵头4；a，节流孔；b，喷氨口。
图5为本实用新型的一种风帽式SCR脱硝喷氨混合装置中相邻三级管喷氨口平面布置图，其中有三级管3；b，喷氨口。
具体实施方式
下面将参照附图对本实用新型进行说明。
本实用新型提出了一种风帽式SCR脱硝喷氨混合装置。该装置由多个等距布置的喷氨管组成，每个喷氨管包括二级管、三级管、防磨堵头、防磨角钢、密封盒、保温棉和调节阀组成，这些喷氨管的一端都与一级管相连，另一端放在与反应器壁面焊接的托架上，密封盒与焊接在反应器壁面上的连接法兰相连。
所述的二级管以L1=200～400mm等距并列布置，最边上的二级管与烟道壁面相距M1=50～100mm。在每个二级管上的烟气迎流面等距开设n1个节流孔，孔径为d1，最外侧的节流孔距离烟道壁面M2=100～200mm，每个节流孔间距为L2=200～400mm，沿氨气流动方向，节流孔逐渐扩大。在每个二级管上的烟气迎流面均焊接防磨角钢，防止烟气对二级管直接冲刷，以保护二级管。
所述的三级管一端在节流孔处与二级管相连，另一端与防磨堵头相连。在每个三级管的壁面上沿同一平面等角度开设n2个喷口，每个喷口直径相同d2=2～5mm。喷口可采取两种布置方式：（1）单层布置，开设n2=4～5个喷口，间隔360°/n2；（2）双层布置，每层n3=3～5个喷口，间隔360°/n3。宜优先采用方式（1）布置，以简化结构。若喷氨量较大，可采用方式（2）布置，以满足结构强度要求。三级管的喷氨口喷射方向与二级管轴向的夹角为β=0～45°，但相邻三级管的喷氨口喷射方向错开，以搅动烟气流场，获得更好的混合效果。
参见图1-5，本实用新型提供的风帽式选择性催化还原脱硝喷氨混合装置，该装置包括一级管1、反应器壁面10和至少三个等距布置的喷氨管；
每个喷氨管包括至少三个二级管2、三级管3、防磨堵头4、防磨角钢11、在反应器壁面10和一级管1之间设置的密封盒7、放置在密封盒7内的保温棉8和设在密封盒7与一级管之间的调节阀9；其中，
二级管2等距离设置，三级管3设置在相邻的二级管2之间，且三级管3一端与二级管2连接，另一端与防磨堵头4连接；防磨角钢11放置在二级管2的迎流面上，其两端分别与三级管3连接。
反应器壁面10包括远离一级管1的第一反应器壁面和靠近一级管1的第二反应器壁面；所述的喷氨管的一端分别通过调节阀9与一级管1相连，另一端封闭后放在与第一反应器壁面焊接的托架5上，密封盒7与焊接在第二反应器壁面上的连接法兰6相连。
二级管2以宽度L1=200～400mm等距并列布置，最靠近反应器壁面10的二级管与反应器壁面10相距的距离M1=50～100mm；
在每个二级管2上的烟气迎流面等距开设n1个节流孔，最边上的节流孔距离反应器壁面10 M2=100～200mm，每个节流孔间距为L2=200～400mm，沿氨气流动方向，节流孔逐渐扩大。
三级管3一端在节流孔处与二级管2相连，另一端与防磨堵头4相连，在每个三级管3的壁面上沿同一平面等角度开设n2个喷口，每个喷口直径相同d2=2～5mm，间隔360°/n2，相邻三级管3的喷氨口沿二级管2轴向呈反对称布置，三级管3的喷氨口喷射方向与二级管2轴向的夹角为β=0～45°。
防磨堵头4具有半球外形结构，直径为D1=1.5～2D2，其中，D2为三级管的 外径。
以下参照图1～5详细说明本实用新型实施。本实施例在以本技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
某燃煤电站SCR脱硝反应器为高灰型布置，位于省煤器与空预器之间。风帽式SCR脱硝喷氨混合装置布置于反应器前部的竖直连接烟道内。
竖直连接烟道横截面内尺寸为1500×5850mm（深度方向×宽度方向）。沿烟道宽度方向上，等距布置20根φ38×3mm的二级管2。相邻的二级管2间距300mm，最边上的二级管2与烟道壁面相距75mm。二级管2末端封闭，放在与反应器壁面焊接的托架5上，并与烟道内壁留有适当间隙；进气端延伸出烟道外，与一级管1相连。二级管通过密封盒7与焊接在反应器壁面上的连接法兰6相固定。阀门9用于调节各二级管之间流量偏差。
在每个二级管2上的烟气迎流面均匀开设5个节流孔。每个节流孔间距300mm，最边上的节流孔距离烟道壁面150mm。沿氨气流动方向，节流孔逐渐扩大。经详细设计计算，节流孔直径依次为9.2mm，9.5mm，9.9mm，10.7mm，14mm。在每个二级管上的烟气迎流面均焊接与之等长的防磨角钢11，以防止烟气对二级管直接冲刷，起到保护二级管作用。
每个节流孔均与一根φ20×3mm三级喷氨管3相连。三级管3与二级管2间距相同，使得三级管3在烟道横截面内呈正方形阵列布置。三级管3长度为120mm，末端焊有φ30mm的半球形防磨堵头4。防磨堵头4直径大于三级管直径，既防止了烟气对三级管3的正面磨损，堵头下游形成的迟滞区也有利于烟气与氨气的均匀混合。在每根三级管3的壁面上距离底端20mm处平面间隔90°开设4个喷口。每个喷口直径3.5mm，喷口喷射方向与二级管轴向呈15°夹角。整套喷氨装置共计喷口400个。
在实际运行过程中，稀释氨气流经一级管1、二级管2，由三级管3上的喷口喷入烟道。来自锅炉省煤器含有NOx的烟气流经风帽式喷氨混合装置，与稀释氨气发生混合。混合气体流经连接烟道后进入SCR反应器发生催化反应。二级管2上节流孔孔径沿氨气流动方向逐渐增加，使氨气的流动阻力大致相等，保证了实际进入所有二级管2的氨气流量均相同。喷口直径较小，并采用较高的操 作流速，达到40m/s以上，形成的高速射流具有一定穿透深度，提高了稀释氨气在烟道内的空间充满度；相邻三级管3上喷口喷出的高速射流使烟气形成旋转气流，强化了混合扰动，改善了氨气浓度分布均匀性，有利于在较小距离内实现氨与烟气的充分混合。氨气由二级管2侧壁上的喷口喷出，方向与主流烟气垂直，且流速较高，能有效防止大部分飞灰进入三级管3；另外，由于三级管3内径大于节流孔直径，使得三级管3内形成了一定缓冲空间，可以防止可能进入的少部分飞灰进一步进入二级管2，降低了堵灰的危险。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式，本实用新型的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本实用新型所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
Claims (4)
1.一种风帽式选择性催化还原脱硝喷氨混合装置，其特征在于：该装置包括一级管（1）、反应器壁面（10）和至少三个等距布置的喷氨管；
每个喷氨管包括至少三个二级管（2）、三级管（3）、防磨堵头（4）、防磨角钢（11）、在反应器壁面（10）和一级管（1）之间设置的密封盒（7）、放置在密封盒（7）内的保温棉（8）和设在密封盒（7）与一级管之间的调节阀（9）；其中，
二级管（2）等距离串联设置，三级管（3）设置在相邻的二级管（2）之间，且三级管（3）一端与二级管（2）连接，另一端与防磨堵头（4）连接；防磨角钢（11）放置在二级管（2）的迎流面上，其两端分别与三级管（3）连接；
反应器壁面（10）包括远离一级管（1）的第一反应器壁面和靠近一级管（1）的第二反应器壁面；所述的喷氨管的一端分别通过调节阀（9）与一级管（1）相连，另一端封闭后放在与第一反应器壁面焊接的托架（5）上，密封盒（7）与焊接在第二反应器壁面上的连接法兰（6）相连。
2.根据权利要求1所述的风帽式选择性催化还原脱硝喷氨混合装置，其特征在于：二级管（2）以宽度L1=200～400mm等距并列布置，最靠近反应器壁面（10）的二级管与反应器壁面（10）相距的距离M1=50～100mm；
在每个二级管（2）上的烟气迎流面等距开设n1个节流孔，最边上的节流孔距离反应器壁面（10）M2=100～200mm，每个节流孔间距为L2=200～400mm，沿氨气流动方向，节流孔逐渐扩大。
3.根据权利要求2所述的风帽式选择性催化还原脱硝喷氨混合装置，其特征在于：三级管（3）一端在节流孔处与二级管（2）相连，另一端与防磨堵头（4）相连，在每个三级管（3）的壁面上沿同一平面等角度开设n2个喷口，每个喷口直径相同d2=2～5mm，间隔360°/n2，相邻三级管（3）的喷氨口沿二级管（2）轴向呈反对称布置，三级管（3）的喷氨口喷射方向与二级管（2）轴向的夹角为β=0～45°。
4.根据权利要求1所述的风帽式选择性催化还原脱硝喷氨混合装置，其特征在于：防磨堵头（4）具有半球外形结构，直径为D1=1.5～2D2，其中，D2为三级管的外径。
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