CN202983501U - 循环流化床涡流式脱硝喷射器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种循环流化床涡流式脱硝喷射器，包括枪体组件和喷嘴组件，喷嘴组件包括喷头、涡流器以及与喷头连接的混掺装置，混掺装置的出口端位于喷头内且与喷头形成混合室，混掺装置包括位于中心的尿素水通道以及至少四个空气通道，空气通道与尿素水通道异面设置，多个空气通道斜切同一圆周。本实用新型的脱硝喷射器采用分离结构的复合雾化喷嘴，在气动雾化的基础上创造性的增加了涡流器辅助雾化方式，扩大雾化锥角，同时增加混合面积，实现了二次强化混合和喷雾场结构的可控制性，能有效的提高喷雾场与烟气的混合及覆盖程度，提高脱硝效率。

Description

循环流化床涡流式脱硝喷射器

技术领域

本实用新型涉及电站锅炉的烟气湿法脱硝核心装置，特别涉及一种循环流化床涡流式脱硝喷射器，可应用于循环流化床燃煤锅炉，进行NOx控制处理。

背景技术

锅炉燃烧煤粉进行能量转换的同时会向环境排放大量污染物，据统计大气NOx排放中的67%来自燃煤，氮氧化物（NOx）的排放是导致酸雨、光化学烟雾等一系列严重污染问题的主要原因之一，因此对电厂燃煤锅炉进行NOx控制处理非常有必要。烟气脱硝技术于20世纪70年代中期在日本开始应用,80年代末欧盟国家也开始了烟气脱硝技术的工业应用,美国90年代初开始应用烟气脱硝技术,目前全世界燃煤电厂烟气脱硝工艺的总装机容量已经超过2GW，而在中国的装机容量较小。近几年高效率大容量发电机组增速较快，且大多采用了较为先进的低氮燃烧技术，使单位发电量的NOx排放水平呈下降趋势；另外，在役机组的低氮燃烧技术改造和一部分新建电厂烟气脱硝装置的建成并投入运行，对降低NOx排放水平也起到一定作用，但从整个行业来说，我国对氮氧化物排放的控制尚处于起步阶段，难以满足环保要求，有很大的发展潜力。

烟气湿法脱硝技术是一种低成本、高效的NOx控制处理技术，其主要原理是在没有催化剂作用下，向870～1150°C高温烟气中喷射尿素水溶液作为还原剂，还原剂与烟气中NOx反应生成N₂，从而完成NOx的控制。循环流化床锅炉分离器入口温度一般在870~950℃之间，采用合适的湿法脱硝技术，可以将NOx排放浓度降低到100ppm以下，满足国家最新排放标准。通过烟气湿法脱硝的原理可知，尿素水喷雾场及与烟气的混合过程对脱硝效率有重要影响，而尿素水溶液的雾化粒径分布、流强空间分布、雾化角度、喷射速度等是影响喷雾及混合的关键参数。同时由于循环流化床分离器入口烟气流动空间狭窄、受热面复杂，往往需要若干个涡流式脱硝喷射器进行组合喷射，固定角度及穿透深度的喷雾场组合难以覆盖大部分的烟气流动区域，解决的方法是实现喷雾场穿透深度和喷雾角度的灵活可调，提高尿素水喷雾场的覆盖率。涡流式脱硝喷射器长期在循环流化床分离器入口工作，工作环境恶劣，其热防护和长时间运行可靠性需要考虑。因此，喷嘴的雾化特性、枪体的结构设计、枪体的热防护能力及长时间运行可靠性是涡流式脱硝喷射器设计的关键技术。为了提高脱硝效率，需要合理选择喷嘴结构并匹配雾化参数，优化枪体的结构设计，最终提高喷枪的性能和可靠性。

从以上分析可以看出，烟气湿法脱硝是非常有发展应用潜力的新技术，涡流式脱硝喷射器作为其核心组成产品也具有良好的应用前景。在环保要求日益提高的形势下，该产品的发展和应用具有良好的经济和社会效益。

发明内容

为了提高脱硝效率，本实用新型提供一种循环流化床涡流式脱硝喷射器，在高温（950℃）、高腐蚀、高磨损的烟气环境中能够长期稳定运行进行，最终进行烟气NOx控制处理。

本实用新型的技术解决方案为：

循环流化床涡流式脱硝喷射器，包括枪体组件和喷嘴组件，

所述枪体组件包括管道组件和输入组件，

所述管道组件包括空气管以及套接在空气管上的尿素管，所述空气管和尿素管之间形成尿素水环腔，

所述输入组件包括设置在空气管一端的空气接头、与尿素水环腔连通的尿素水接头以及换向头，所述空气管与尿素管的另一端均与换向头的一端连接，所述换向头的另一端与喷嘴组件相通，其特殊之处在于：

所述喷嘴组件包括喷头、涡流器以及与喷头连接的混掺装置，所述混掺装置的出口端位于喷头内且与喷头形成混合室，所述混掺装置包括位于中心的尿素水通道以及至少四个空气通道，所述空气通道与尿素水通道异面设置，多个空气通道斜切同一圆周，所述涡流器设置在混合室和喷头之间，所述混合室的入口端与尿素水通道和空气通道相通，所述尿素水通道和尿素管相通，所述空气通道和空气管相通，所述混合室的出口端通过涡流器与喷头连通。

上述换向头包括底座、同心设置在底座上的内导流套和外导流套，所述底座沿着底座延伸方向设置有换气通道，垂直于底座延伸方向设置有换液通道，所述空气管与换气通道的入口连通，所述尿素水环腔与换液通道入口连通，所述换气通道的出口通过外导流套与空气通道连通，所述换液通道的出口通过内导流套与尿素水通道连通。

上述枪体组件还包括调节组件，所述调节组件包括前堵板、后堵板、套在空气管外的集合管，所述集合管的一端通过后堵板固定在空气管上，所述集合管的另一端通过前堵板固定在尿素管上，所述集合管和空气管之间的形成集合环腔，所述集合环腔与尿素水环腔连通，所述尿素水接头设置在集合管上，所述尿素水接头的出口与集合环腔连通。

上述喷头包括喷口以及导流角，所述导流角与喷口连通。

上述喷口为扇形喷口，出口为橄榄型结构。

喷头有30°、60°和100°三种型式。

上述枪体材料采用合金316L，所述调节组件、空气接头（9）和尿素水接头（10）的材料均为不锈钢321。

上述喷嘴组件的外侧面以及枪体组件的前端外表面喷涂有耐高温耐磨保护涂层。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：

1、本实用新型的脱硝喷射器采用分离结构的复合雾化喷嘴，在气动雾化的基础上创造性的增加了涡流器辅助雾化方式，扩大雾化锥角，同时增加混合面积，实现了二次强化混合和喷雾场结构的可控制性，能有效的提高喷雾场与烟气的混合及覆盖程度，提高脱硝效率。

2、本实用新型采用了涡流器，并与混合室合理匹配，实现扩大雾化锥角，同时增加烟气混合面积的效果，克服本领域的技术偏见。本领域技术人员在面对扩大锥角、增加混合面积的技术问题时，由于涡流器自身的分离效果，必定不会选择涡流器。

3、本实用新型通过设计尿素水的自冷却结构，一方面降低了枪体结构的复杂性，减小了枪体尺寸，另一方保证了枪体的可靠冷却。

4、本实用新型采用喷头和混掺装置分离的结构，仅仅通过更换喷头和涡流器就能够调整空心锥喷雾场的喷雾角度、液滴直径空间分布和穿透深度，灵活适应各种分离器入口结构，具有很强的系统兼容性。

5、本实用新型提供涡流式脱硝喷射器，能够在950℃高温环境下长期工作，极限工作温度可以达到1250℃，大大增加了喷枪与高温环境的相容性。

6、本实用新型的涡流式脱硝喷射器，能够在高温、高腐蚀、高磨损的烟气环境中长期稳定运行。

7、喷嘴组件的外侧面以及枪体组件的前端外表面喷涂有耐高温耐磨保护涂层，能够有效预防循环流化床高尘烟气的腐蚀和磨损。

8、喷雾角度30~100连续可调，喷雾场液滴SMD小于100μm。

附图说明

图1是本实用新型的涡流式脱硝喷射器结构示意图；

图2是本实用新型的喷嘴组件的结构示意图；

图3为本实用新型的换向头的结构示意图；

图4为图3的A-A视图；

其中附图标记为：1-后堵板，2-集合管，3-前堵板，4-空气管，5-尿素管，6-换向头，7-喷嘴，8-换向密封垫，9-空气接头，10-尿素水接头，11-混掺装置，12-密封垫，13-涡流器，14-喷头，15-混合室，16-尿素水通道，17-空气通道，18-集合环腔，45-尿素水环腔，61-底座，62-导流套，63-换气通道，64-换液通道，65-内导流套，19-导流角。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：图1为本实用新型的涡流式脱硝喷射器结构图，包括枪体组件和喷嘴组件，所述枪体组件包括管道组件和输入组件，所述管道组件包括空气管4以及套接在空气管4上的尿素管5，空气管4和尿素管5之间形成尿素水环腔45，

输入组件包括设置在空气管4一端的空气接头9、与尿素水环腔45连通的尿素水接头10以及换向头6，所述空气管4与尿素管5的另一端均与换向头6的一端连接，换向头6的另一端与喷嘴组件相通，

喷嘴组件7包括喷头14、涡流器13以及与喷头14连接的混掺装置11，所述混掺装置11的一端位于喷头14内且与喷头14形成混合室15，混掺装置11包括位于中心的尿素水通道16以及至少四个空气通道17，空气通道17与尿素水通道16异面设置，多个空气通道17斜切同一圆周，涡流器13设置在混合室15和喷头14之间，混合室15的一端与尿素水通道16和空气通道17相通，所述混合室15的另一端通过涡流器13与喷头14连通。

换向头6包括底座61、同心设置在底座上的内导流套65和外导流套62，所述底座61沿着底座延伸方向设置有换气通道63，垂直于底座延伸方向设置有换液通道64，所述空气管与换气通道的入口连通，所述尿素水环腔与换液通道入口连通，所述换气通道的出口通过外导流套62与空气通道连通，所述换液通道的出口通过内导流套65与尿素水通道连通。

枪体组件还包括调节组件，所述调节组件包括后堵板1、集合管2和前堵板3，集合管的一端通过后堵板固定在空气管上，所述集合管的另一端通过前堵板固定在尿素管上，所述集合管和空气管之间的形成集合环腔18，集合环腔18与尿素水环腔45连通，所述尿素水接头10设置在集合管2上，尿素水接头10的出口与集合环腔18连通。

喷嘴组件7采用内混式气动旋流结构，喷头和涡流器可以根据烟气流场分布进行配置。

涡流式脱硝喷射器工作时，尿素水溶液由尿素水接头10供应到外侧环腔，经换向头换向后进入喷嘴混合室；压缩空气由空气接头9进入空气腔，经换向头后沿周向喷孔进入喷嘴混合室，尿素水溶液和雾化空气在喷嘴7内碰撞混合，经喷头喷出后形成满足穿透深度和粒径分布要求的喷雾场。

如图2所示，本实用新型的喷嘴为具有分离结构的复合雾化喷嘴，由前通道11、密封垫12、涡流器13和喷头14组成。其中喷头和前通道通过内螺纹结构连接，混合室出口位于喷头内部，能够通过更换喷头和涡流器来调整单个喷嘴的穿透深度、空心锥喷雾场的角度和粒径分布。

采用本实用新型的涡流式脱硝喷射器成功应用于某发电厂两台300MW循环流化床燃煤机组，烟气脱硝率超过65％，产品运行稳定可靠。

本实施方式的上述描述和附图代表了本实用新型的优选方案，具体实施可以根据分离器结构和设计参数在不偏离本实用新型权利要求所界定的范围内进行枪体和喷嘴的改进和更换，因此，本实用新型是广泛的。

所提供的涡流式脱硝喷射器，包括枪体和喷嘴，喷头结构可以根据分离器入口进行调整。喷嘴设计成内混式旋流雾化结构，出口设有导流角，采用空气辅助雾化的方式减小雾化液滴直径，采用旋流方式增强喷雾场与烟气混合程度，以达到还原剂与烟气充分混合并延长停留时间。枪体采用尿素水自冷却结构，尿素水溶液从外侧进入枪体，沿环腔流动，经枪头换向后由喷嘴流出，通过合理设计环腔结构，一方面保证了枪体的可靠冷却，另一方面保证了尿素水温升对雾化效果的可控性。枪体前端外壁喷涂耐高温耐磨涂层，能够有效预防烟气的腐蚀和磨损，延长产品使用寿命并提高可靠性。

根据本实用新型的涡流式脱硝喷射器，所述喷嘴采用分离结构，其特征在于：喷头和涡流器结构完全独立，可以通过同步调整喷头和涡流器，实现对气液混合强度及喷雾场结构的控制；通过调整混合室出口能够对喷嘴出口速度和穿透深度进行调整；通过调整喷口及其导流角，能够灵活调整喷雾场的流强分布及空间分布。所述喷嘴在通过仅更换喷头和涡流器的情况下能够实现喷雾场穿透深度、流强分布和空间分布等雾化特性的调整，能够有效满足分离器入口喷雾场组合分布的需要。

根据本实用新型的涡流式脱硝喷射器，所述喷嘴由前通道、密封垫、涡流器和喷头组成，喷嘴主体为内混式结构，尿素水溶液由中心通道进入，空气由4个周向呈90°夹角的喷孔旋转进入。喷头进口设有整流槽，空气和尿素水溶液在混合室的撞击点开始相互冲击混合，发生强烈的能量交换和动量交换，形成均匀的泡状两相流，气液混合流在涡流器槽形通道内受到限制而挤压变形，最终经喷口扩展形成空心锥喷雾场结构，喷嘴的整流槽有利于气液混合流的进一步膨胀和喷雾场的扩展。根据喷雾流强分布的不同要求，喷头和涡流器结构可以灵活调整，以满足循环流化床烟气脱硝工艺要求。

根据本实用新型的涡流式脱硝喷射器，尿素水流量0.10～0.40t/h，其在枪体外侧环腔内的流动具有自冷却效果，枪体能够在950℃环境中长期可靠稳定运行。所使用的喷嘴在入口气、液路压力0.4～0.6Mpa，尿素水溶液流量70.0g/s，气液比2.0%～2.5%时，喷雾场穿透深度超过4.0m，平均索太尔直径小于100μm。

本实用新型采取的技术原理：涡流式脱硝喷射器采用尿素水自冷却结构，有效保证枪体在高温环境下的冷却效果；喷嘴采用了具有分离结构的复合雾化喷嘴，在满足雾化要求的同时，实现了穿透深度和喷雾场结构的可控制性；选择合适的材料，在枪体表面喷涂耐高温耐磨涂层，提高了产品的耐蚀性和耐磨性。

Claims (8)

1.循环流化床涡流式脱硝喷射器，包括枪体组件和喷嘴组件，

所述枪体组件包括管道组件和输入组件，

所述管道组件包括空气管（4）以及套接在空气管（4）上的尿素管（5），所述空气管（4）和尿素管（5）之间形成尿素水环腔（45），

所述输入组件包括设置在空气管（4）一端的空气接头（9）、与尿素水环腔（45）连通的尿素水接头（10）以及换向头(6)，所述空气管(4)与尿素管(5)的另一端均与换向头(6)的一端连接，所述换向头(6)的另一端与喷嘴组件相通，

其特征在于：

所述喷嘴组件（7）包括喷头(14)、涡流器（13）以及与喷头（14）连接的混掺装置（11），所述混掺装置（11）的出口端位于喷头（14）内且与喷头（14）形成混合室（15），所述混掺装置（11）包括位于中心的尿素水通道(16)以及至少四个空气通道(17)，所述空气通道(17)与尿素水通道（16）异面设置，多个空气通道（17）斜切同一圆周，所述涡流器（13）设置在混合室（15）和喷头（14）之间，所述混合室（15）的入口端与尿素水通道（16）和空气通道(17)相通，所述尿素水通道（16）和尿素管(5)相通，所述空气通道(17)和空气管(4)相通，所述混合室（15）的出口端通过涡流器（13）与喷头（14）连通。

2.根据权利要求1所述的循环流化床涡流式脱硝喷射器，其特征在于：所述换向头(6)包括底座(61)、同心设置在底座上的内导流套（65）和外导流套（62），所述底座（61）沿着底座延伸方向设置有换气通道（63），垂直于底座延伸方向设置有换液通道（64），所述空气管与换气通道的入口连通，所述尿素水环腔与换液通道入口连通，所述换气通道的出口通过外导流套（62）与空气通道连通，所述换液通道的出口通过内导流套（65）与尿素水通道连通。

3.根据权利要求1或2所述的循环流化床涡流式脱硝喷射器，其特征在于：所述枪体组件还包括调节组件，所述调节组件包括前堵板（3）、后堵板（1）、套在空气管外的集合管（2），所述集合管的一端通过后堵板固定在空气管上，所述集合管的另一端通过前堵板固定在尿素管上，所述集合管和空气管之间的形成集合环腔（18），所述集合环腔（18）与尿素水环腔（45）连通，所述尿素水接头(10)设置在集合管（2）上，所述尿素水接头（10）的出口与集合环腔（18）连通。

4.根据权利要求3所述的循环流化床涡流式脱硝喷射器，其特征在于：所述喷头包括喷口以及导流角（19），所述导流角（19）与喷口连通。

5.根据权利要求4所述的循环流化床涡流式脱硝喷射器，其特征在于：所述喷口为扇形喷口，出口为橄榄型结构。

6.根据权利要求5所述的循环流化床涡流式脱硝喷射器，其特征在于：喷头有30°、60°和100°三种型式。

7.根据权利要求6所述的循环流化床涡流式脱硝喷射器，其特征在于：所述枪体材料采用合金316L，所述调节组件、空气接头（9）和尿素水接头（10）的材料均为不锈钢321。

8.根据权利要求7所述的循环流化床涡流式脱硝喷射器，其特征在于：所述喷嘴组件的外侧面以及枪体组件的前端外表面喷涂有耐高温耐磨保护涂层。

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