CN206199039U - 一种脱硝氨气预处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种脱硝氨气预处理系统，包括：一液态氨蒸发装置及一氨气空气混合装置。能够使工业氨快速、安全、稳定地通过气化、稀释成为温度稳定，浓度均匀的氨气空气混合气体，确保脱硝系统及主厂主机系统能稳定运行，有利地保障脱硝出口排放氮氧化物达标排放。

Description

一种脱硝氨气预处理系统

技术领域

本实用新型涉及环保技术领域，尤其涉及烟气脱硝处理技术领域，具体涉及一种脱硝氨气预处理系统。

背景技术

燃用化石燃料(如煤、油、天然气)的锅炉产生大量的烟气，烟气中含有氮氧化物(NOx)等有害物质，NOx是一种温室气体，会破坏臭氧层。对人体健康的直接危害；参与形成光化学烟雾，形成酸雨，造成环境污染；为了减少NOx对环境和人类造成的危害，国家对锅炉产生烟气中的NOx排放浓度提出越来越严格的要求。为了实现NOx更低浓度的排放，减轻和消除NOx对人类的危害，在锅炉烟气排放进入大气环境之前，一般经过烟气脱硝装置以除去烟气中的大部分NOx。

发展改革委印发《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)》严控大气污染物排放。新建燃煤发电机组(含在建和项目已纳入国家火电建设规划的机组)应同步建设先进高效脱硝设施，不得设置烟气旁路通道，新建、改造燃煤发电机组脱硝污染物排放浓度限值(即在基准氧含量6％条件下，氮氧化物排放浓度不高50毫克/立方米)。东部地区(辽宁、北京、天津、河北、山东、上海、江苏、浙江、福建、广东、海南等11省市)新建燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值(即在基准氧含量6％条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10、35、50毫克/立方米)。中部地区(黑龙江、吉林、山西、安徽、湖北、湖南、河南、江西等8省)新建机组原则上接近或达到燃气轮机组排放限值，鼓励西部地区新建机组接近或达到燃气轮机组排放限值。支持同步开展大气污染物联合协同脱除，减少三氧化硫、汞、砷等污染物排放。

在烟气脱硝处理方法中，SCR法是应用最广泛的一种方法，它具有处理烟气量大、效率高、运行稳定等优点。SCR法是将脱硝反应所需要的催化剂布置在锅炉尾部，烟气温度一般在290-420℃的烟道区域。烟气在通过催化剂前与喷入烟道中的还原剂(一般为氨)充分混合，烟气通过催化剂时，在催化剂的作用下烟气中的NOx与还原剂氨发生反应，生成无害的N₂和水，从而脱除烟气中的NOx。

在脱硝反应过程中，氨做为还原剂是必不可少的。但是氨在空气中的体积浓度达到16～25％时，会形成II类可燃爆炸性混合物，存在非常大的安全隐患。另外，现有的工业氨的原料态往往是液态。

因此，在氨气进入脱硝系统之前，需要进行预处理，对氨进行气化、稀释，使其成为温度、浓度稳定的氨气空气混合气体。虽然现有的脱硝系统普遍配置预处理系统，但均存在一些不足。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种脱硝氨气预处理系统，能够使工业氨快速、安全、稳定地通过气化、稀释成为温度稳定，浓度均匀的氨气空气混合气体，确保脱硝系统及主厂主机系统能稳定运行，有利地保障脱硝出口排放氮氧化物达标排放。

为达上述目的，本实用新型采取的技术方案是：

一种脱硝氨气预处理系统，包括：

一液态氨蒸发装置，一氨气空气混合装置；

所述液态氨蒸发装置包括：一蒸发器本体，具有容纳介质的一空腔；设置在所述蒸发器本体内的一液氨换热器；所述液氨换热器一端与液氨进口相连，另一端与设置在蒸发器本体内的一氨气收集装置相连通，所述氨气收集装置设有一气氨出口及至少一安全释放气体出口，分别设置在空腔内的一电加热器及一蒸汽加热喷射装置；所述电加热器的功率通过一控制调节开关进行调控；所述蒸汽加热喷射装置连接一蒸汽入口管道，所述蒸汽入口管道上设有一调节装置；所述控制调节开关及所述调节装置均连接一控制系统；

所述氨气空气混合装置包括：一混合器本体，所述混合器本体的一侧连接一空气入口段，另一侧连接一混合气体出口段；伸入所述混合器本体且靠近所述空气入口段的一氨气喷管，所述氨气喷管的喷射方向指向所述混合气体出口，且氨气喷管的出口段与所述混合器本体轴线一致并位于混合器本体的中心位置；所述混合器本体的内壁上设有多块导流叶片，所述导流叶片分别交错布置于所述混合器本体的两侧；所述导流叶片与所述混合器本体的内壁连接的一侧的边缘开设有至少一通孔；所述导流叶片未与所述混合器本体的内壁连接的一侧的边缘开设有均布的多个细长槽；

所述气氨出口连接至一氨气缓冲罐的一入口端，所述氨气缓冲罐的出口端连通所述氨气喷管。

进一步地，还包括设置于所述蒸发器本体的液位测量装置及介质温度测量装置；设置于所述气氨出口的压力测量装置及氨气温度测量装置；所述液位测量装置、介质温度测量装置、压力测量装置及氨气温度测量装置均与所述控制系统信号连接。

进一步地，所述控制系统为一DCS(Distributed Control System分布式控制系统)。

进一步地，所述液氨换热器为一盘管式换热器，所述盘管式换热器采用外翅片管作为盘管。

进一步地，所述蒸发器本体的侧壁靠近顶部的位置设有一溢流出口，所述蒸发器本体的底部设有一排污管。

进一步地，所述导流叶片均与所述混合器本体的内壁形成一夹角，所述夹角的角度范围为60°至90°。

进一步地，相邻的所述导流叶片之间的轴向间距相等，均为所述混合器本体的宽度或直径的0.45至0.65倍。

进一步地，距离氨气喷管的喷口最近的导流叶片之间的轴向间距为混合器本体的宽度或直径的7.5％至15％。

进一步地，距离所述氨气喷管的喷嘴最近的两片导流叶片之间的一基准间距为混合器本体的宽度或直径的0.45至0.65倍；相邻的所述导流叶片之间的间距沿氨气喷管的喷射方向依次增大，依次增大的长度为所述基准间距的10％至15％。

进一步地，单片所述导流叶片上所述细长槽的开槽数量为12至25个；所述细长槽的长度为混合器本体的宽度或直径的5％至8％，所述细长槽的宽度为1mm至3.5mm。

通过采取上述技术方案，以蒸汽水浴、电加热水浴共同作为液氨蒸发手段，即可互为备用，确保气氨的稳定供应，也可同时采用，二者相辅相成，提高能源利用率，节能环保，降低生产成本。并以结构简单的导流叶片使空气氨气均匀混合，通过合理设置导流叶片的倾斜角度、布置间距等参数，即可获得较好的扰流效果，又可有效降低压降，从而获得最佳平衡。另外，开设于导流叶片边缘的通孔不仅可以避免混合器本体内壁附件出现死角，从而获得更佳的扰流效果，且可避免在导流叶片的安装连接处蓄积杂质或液滴等，实现自动清扫、清理功能，降低维护的频率和成本。另外，开设细长槽，可快速打散混合器本体中心位置的喷出的氨气，更加有利于氨气、空气的均匀混合。

综上，通过本实用新型的脱硝氨气预处理系统，能够为脱硝系统稳定、安全、可靠地提供浓度均匀的还原剂氨。

附图说明

图1为本实用新型一实施例中的脱硝氨气预处理系统的结构布置示意图。

图2为本实用新型一实施例中的液态氨蒸发装置的结构示意图。

图3为本实用新型一实施例中的氨气空气混合装置的俯面结构示意图，已做剖视处理。

图4为本实用新型一实施例中的氨气空气混合装置的侧面结构示意图，已做局部剖视处理。

图5为本实用新型一实施例中的氨气喷管的结构示意图。

图6为图3中A-A向的剖面示意图。

图7为图2中B-B向的剖面示意图。

图8为本实用新型一实施例中的导流叶片的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

如图1所述，在一实施例中，提供一种脱硝氨气预处理系统，包括：液态氨蒸发装置100，氨气空气混合装置300，向氨气空气混合装置提供系统空气的稀释空气供应装置200，如图，一般为一或多组稀释风机。

结合图1及图2所示，液态氨蒸发装置100包括：蒸发器本体104，具有容纳介质W(一般为温水)的一空腔；设置在蒸发器本体104内的一液氨换热器108；液氨换热器108一端与液氨进口相连，另一端与设置在蒸发器本体104内的一氨气收集装置106相连通，氨气收集装置设有一气氨出口105及至少一安全释放气体出口107，分别设置在空腔内的电加热器102及一蒸汽加热喷射装置101；电加热器102的功率通过一控制调节开关进行调控；蒸汽加热喷射装置101连接一蒸汽入口管道，蒸汽入口管道上设有一调节装置(如图，为手动调节阀，自动调节阀及隔膜阀组成的阀门组)；控制调节开关及调节装置均连接一控制系统(图未示)；

其中，液氨蒸发装置100还包括设置于所述蒸发器本体的液位测量装置及介质温度测量装置；设置于所述气氨出口的压力测量装置及氨气温度测量装置；所述液位测量装置、介质温度测量装置、压力测量装置及氨气温度测量装置均与所述控制系统信号连接。

液氨换热器108为一盘管式换热器，在一些实施例中，为了提高换热效率，盘管式换热器采用外翅片管作为盘管。

蒸发器本体104的侧壁靠近顶部的位置设有一溢流出口，蒸发器本体104的底部设有一排污管103。

控制系统为一DCS(Distributed Control System分布式控制系统)，在主厂配置脱硝脱硫系统时，一般均采用DCS对处理系统的各组成部分进行远程控制，其具体功能均为现有技术，在此不再赘述。

通过上述液氨蒸发装置，蒸汽直接通入蒸发器本体水浴内，加热水浴体内的水(通常为75℃～85℃)。多余的水通过溢流口溢流出去，盘管式换热器浸没在水浴的热水内，吸收热水的热量气化并且过热，收集在气氨收集装置内，并通过重力分离雾沫夹带的液滴，完全气化过热的氨气输送至氨气缓冲罐。

在蒸发器液氨入口设置了气动切断阀，当水浴内的测量水温的变送器温度和气态氨气出口温度变送器测量气相温度都超过设定的低限，并且气氨收集装置的液位开关未报警，入口切断阀打开，液态氨进入蒸发器内蒸发器开始工作。蒸汽入口设置了气动调节阀，气动调节阀根据水浴温度通过DCS计算自动调节阀门的开度，保证水浴温度在设定的范围内，使氨气的出口全部气化并且在设定的低限温度之上。当有下列报警中的任何一个出现，蒸发器会声光报警并切断入口阀门：

①水浴温度低限；

②氨气出口气相温度低限；

③中心筒液位开关报警。

同时在蒸发器出口设置了安全阀，防止超压造成的危害，保证安全。

通过自动控制将水温通过电加热器的循环启停控制在用户设定的工作范围内(通常为75℃～85℃)。当水位低于用户设定的下限点时，无论水温高低，电加热器均停止加热以防止干烧。蒸发器上设有安全阀，当压力超高时安全阀放散。当气相出口温度低于设定值，由DCS发出指令，液氨入口切断阀切断，防止液氨从气相出口溢出。控制方式为分组控制，分组控制投资费用少，控制上也好实现，设备使用寿命长。

如图3及图4所示，脱硝氨气空气混合装置，包括：

混合器本体301，所述混合器本体的一侧连接空气入口段304，空气入口段304连通空气入口308；另一侧连接混合气体出口段306；混合气体出口段306连通混合气体出口310；

伸入混合器本体301且靠近空气入口段304的氨气喷管302，氨气喷管302的喷射方向指向混合气体出口306，且氨气喷管303的出口段与混合器本体301轴线一致并位于混合器本体301的中心位置；如图4，氨气喷管302包括依次连接的氨气入口段309、弯头连接段307及氨气喷出段303。结合图5及图6，在氨气喷出段303的末端具有一主喷口，在氨气喷出段303的侧壁均匀开设多个辅助喷孔。

混合器本体301的内壁上设有多块导流叶片305，导流叶片305分别交错布置于混合器本体301的两侧；

在各导流叶片305与混合器本体301的内壁连接的一侧的边缘开设有一通孔；导流叶片305未与混合器本体301的内壁连接的一侧的边缘开设有均布的多个细长槽。

其中，各导流叶片305均与混合器本体301的内壁形成一夹角α，夹角α的角度范围为60°至90°，优选75°。

相邻的导流叶片305之间的轴向间距相等，均为混合器本体301的宽度或直径的0.45至0.65倍。距离氨气喷管302的喷口最近的导流叶片之间的轴向间距为混合器本体的宽度或直径的7.5％至15％。

在另一些实施例中，距离氨气喷管的喷嘴最近的两片导流叶片之间的一基准间距为混合器本体的宽度或直径的0.45至0.65倍；相邻的所述导流叶片之间的间距沿氨气喷管的喷射方向依次增大，依次增大的长度为所述基准间距的10％至15％。这是因为喷射的氨气和空气及二者的混合气体沿喷射方向所带的压力是逐步降低的，导流叶片之间的间距相应逐步增大，适应此种压力变化趋势，更有利于降低装置的整体压降。

在其他实施例中，通孔的数量不限于一个，一般为单数，不超过7个，沿导流叶片与所述混合器本体的内壁连接的一侧的边缘均布。所有通孔的开孔面积为内壁截面的1.5％至3.5％。根据模拟软件计算，此开孔率不会影响扰流混合效果，并且可有效防止导流叶片与内壁的连接处蓄积杂物。

结合图7及图8，单片导流叶片上细长槽的开槽数量为12至25个。细长槽的长度为混合器本体的宽度或直径的5％至8％，细长槽的宽度为1mm至3.5mm。通过这些细长槽，可以梳理混合器本体径向中央区域压力、风速最强的氨气、空气及二者的混合气体，在促进混合的基础上，同时减少整体压降。

在其他一些实施例中，各导流叶片上开设的细长槽的长度与该导流叶片与所述氨气喷管的距离呈反比。同样地，因为喷射的氨气和空气及二者的混合气体沿喷射方向所带的压力是逐步降低的，细长槽的长度则相应逐步缩短，适应此种压力变化趋势，更有利于降低装置的整体压降。

通过采取上述技术方案，通过结构简单的导流叶片即可达到是空气氨气均匀混合的目的。并且通过合理设置导流叶片的倾斜角度、布置间距等参数，即可获得较好的扰流效果，又可有效降低压降，从而获得最佳平衡。另外，开设于导流叶片边缘的通孔不仅可以避免混合器本体内壁附件出现死角，从而获得更佳的扰流效果，且可避免在导流叶片的安装连接处蓄积杂质或液滴等，实现自动清扫、清理功能，降低维护的频率和成本。另外，开设细长槽，可快速打散混合器本体中心位置的喷出的氨气，更加有利于氨气、空气的均匀混合。

利用Fluent流场模拟软件，根据上述实施例描述的结构建造模型，对不同规格参数的氨气空气混合器进行模拟，均可获得较佳混合效果，混合气体均匀程度好。另外，在空气入口侧和混合气体出口侧分别检测压力，上述实施例描述的装置的压降较相近规格的其他种类现有的氨气空气混合器均有不同程度降低，降低幅度在3％至8％。

上述气氨出口105连接至一氨气缓冲罐的一入口端，氨气缓冲罐的出口端连通氨气喷管302，共同构成脱硝氨气预处理系统。

显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种脱硝氨气预处理系统，其特征在于，包括：

一液态氨蒸发装置，一氨气空气混合装置；

所述液态氨蒸发装置包括：一蒸发器本体，具有容纳介质的一空腔；设置在所述蒸发器本体内的一液氨换热器；所述液氨换热器一端与液氨进口相连，另一端与设置在蒸发器本体内的一氨气收集装置相连通，所述氨气收集装置设有一气氨出口及至少一安全释放气体出口，分别设置在空腔内的一电加热器及一蒸汽加热喷射装置；所述电加热器的功率通过一控制调节开关进行调控；所述蒸汽加热喷射装置连接一蒸汽入口管道，所述蒸汽入口管道上设有一调节装置；所述控制调节开关及所述调节装置均连接一控制系统；

所述氨气空气混合装置包括：一混合器本体，所述混合器本体的一侧连接一空气入口段，另一侧连接一混合气体出口段；伸入所述混合器本体且靠近所述空气入口段的一氨气喷管，所述氨气喷管的喷射方向指向所述混合气体出口，且氨气喷管的出口段与所述混合器本体轴线一致并位于混合器本体的中心位置；所述混合器本体的内壁上设有多块导流叶片，所述导流叶片分别交错布置于所述混合器本体的两侧；所述导流叶片与所述混合器本体的内壁连接的一侧的边缘开设有至少一通孔；所述导流叶片未与所述混合器本体的内壁连接的一侧的边缘开设有均布的多个细长槽；

所述气氨出口连接至一氨气缓冲罐的一入口端，所述氨气缓冲罐的出口端连通所述氨气喷管。

2.如权利要求1所述的脱硝氨气预处理系统，其特征在于，还包括设置于所述蒸发器本体的液位测量装置及介质温度测量装置；设置于所述气氨出口的压力测量装置及氨气温度测量装置；所述液位测量装置、介质温度测量装置、压力测量装置及氨气温度测量装置均与所述控制系统信号连接。

3.如权利要求1所述的脱硝氨气预处理系统，其特征在于，所述控制系统为一DCS。

4.如权利要求1所述的脱硝氨气预处理系统，其特征在于，所述液氨换热器为一盘管式换热器，所述盘管式换热器采用外翅片管作为盘管。

5.如权利要求1所述的脱硝氨气预处理系统，其特征在于，所述蒸发器本体的侧壁靠近顶部的位置设有一溢流出口，所述蒸发器本体的底部设有一排污管。

6.如权利要求1所述的脱硝氨气预处理系统，其特征在于，所述导流叶片均与所述混合器本体的内壁形成一夹角，所述夹角的角度范围为60°至90°。

7.如权利要求6所述的脱硝氨气预处理系统，其特征在于，相邻的所述导流叶片之间的轴向间距相等，均为所述混合器本体的宽度或直径的0.45至0.65倍。

8.如权利要求1所述的脱硝氨气预处理系统，其特征在于，距离氨气喷管的喷口最近的导流叶片之间的轴向间距为混合器本体的宽度或直径的7.5%至15%。

9.如权利要求1所述的脱硝氨气预处理系统，其特征在于，距离所述氨气喷管的喷嘴最近的两片导流叶片之间的一基准间距为混合器本体的宽度或直径的0.45至0.65倍；相邻的所述导流叶片之间的间距沿氨气喷管的喷射方向依次增大，依次增大的长度为所述基准间距的10%至15%。

10.如权利要求1所述的脱硝氨气预处理系统，其特征在于，单片所述导流叶片上所述细长槽的开槽数量为12至25个；所述细长槽的长度为混合器本体的宽度或直径的5%至8%，所述细长槽的宽度为1mm至3.5mm。