CN208130833U - 气气换热器及scr脱硝混流系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种气气换热器，包括换热管排，所述换热管排的换热管形成冷空气通道，所述换热管排的换热管间的间隙形成热烟气通道，所述换热管上设有扰流翅片，还包括入口换热箱和出口换热箱，所述换热管排的两端分别连通所述入口换热箱和所述出口换热箱。本实用新型还涉及一种SCR脱硝混流系统，包括喷氨格栅和气气换热器，所述喷氨格栅设置在烟道内且与烟气方向垂直，所述气气换热器位于所述喷氨格栅后方，还包括氨空气混合器和稀释风机，所述稀释风机用于提供反应所需冷空气，所述氨空气混合器用于将氨气和空气充分混合。本实用新型能够使整个脱硝系统需要额外补充的能量最小化，还兼顾了静态混合器的功能，起到了对烟气的扰流和均布作用。

Description

气气换热器及SCR脱硝混流系统

技术领域

本实用新型涉及一种气气换热器，还涉及一种采用气气换热器的SCR脱硝混流系统，属于SCR法脱硝技术领域。

背景技术

SCR技术是目前工业上应用最为广泛的一种脱硝技术，该技术主要应用在火力发电锅炉等大型锅炉的NOx排放控制，NOx的脱除率达90%以上，是当前最理想的固定源NOx治理技术。尿素和液氨都是SCR技术中被普遍使用的还原剂，两种还原剂在应用中各有利弊：液氨存在爆炸危险，在设计和使用中必须严格执行国家相关安全规定；尿素无毒无害，相对液氨安全性能高，但由于尿素参与SCR脱硝反应前必须要经过加热进行水解或热解成氨，因此初期投资费用较大。

选择还原剂时，要从技术、安全和经济性几方面综合考虑，而经济性不仅包括系统的初期投资，后期的运行成本和维护成本也是重点考虑的因素。从安全和环境风险角度看，尿素是SCR脱硝技术中最安全可靠的还原剂。优化尿素SCR脱硝系统、有效利用系统内部能量，减少外部能量投入，降低投资和运行成本，是目前研究的热点方向之一。

尿素水解系统中还存在很多亟待优化的问题：

1）喷入的氨气与烟气混流系统的优化

扰流管是安装在反应器入口烟道内部、喷氨格栅(AIG)下游的管排装置。扰流管的排列和布置需与AIG一体化设计，使喷入和混合系统相互协调，在最短的混合距离内达到最佳的混合品质。混流系统设计不当或气流分布不均时，不仅会导致NOx和NH₃的反应不均匀，影响脱硝效率及经济性，而且极易造成局部喷氨过量，脱硝出口氨逃逸超标。因此，当受到安装空间限制、混合长度不够导致混流效果不佳的条件下，合理布置扰流管可使喷入烟道内的氨/空气混合气体迅速与烟气气流混合均匀，达到理想的混合效果。

2）降低脱硝系统运行能耗

尿素水解制氨工艺中由于水解反应器出来气体温度较高，除了含有氨气之外，还含有水蒸气及一定量的二氧化碳，为了避免空气冷凝以及氨与二氧化碳在低温下发生逆向反应，因此需要160°C以上的热稀释风对氨进行稀释。热稀释风的来源一般有两个：一是在稀释风机出口增加电加热器或空气换热器等加热装置来对常温空气进行加热，以达到设计所需温度。这种做法不仅增加了设备投入，而且也增加了系统整体能耗。二是直接引用锅炉热一次风作为热稀释风用于氨气的稀释、混合。但由于预热器漏风的原因，锅炉热一次风中含尘量较高，如不经处理，脱硝装置长周期运行有可能会造成喷氨管线粉尘沉积、AIG喷嘴堵塞。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种气气换热器，还提供了一种SCR脱硝反应系统，利用系统内部热交换的方式，使整个脱硝系统需要额外补充的能量最小化，并且通过合理设计，换热器还兼顾了静态混合器的功能，起到了对烟气的扰流和均布作用。

本实用新型的技术方案是：

一种气气换热器，包括换热管排，所述换热管排的换热管形成冷空气通道，所述换热管排的换热管间的间隙形成热烟气通道，使用时，所述换热管排与烟气方向垂直，当烟气穿过所述换热管排间的间隙时，与所述换热管内的冷空气进行换热，所述换热管上设有扰流翅片，所述扰流翅片可以采用现有技术任意形式的叶片，一方面能增大散热面积保证散热效果，另一方面也能够强制扰流加强扰流效果。

优选地，本实用新型还包括至少两个管板，所述管板上设有用于固定所述换热管的管孔，所述换热管的两端分别插入相应的管板上设置的管孔内形成换热管排，所述管板能够与烟道固定连接从而实现所述气气换热器在烟道内的固定。

优选地，所述换热管排的数量为一层或多层，优选两层，相邻层上换热管排上的换热管相互错开布置，使烟气在穿过多个所述换热管排时多次改变方向，一方面延长换热路径保证换热效果，另一方面也起到了扰流的作用，使烟气与氨空气混合气体能够混合均匀。

优选地，本实用新型还包括入口换热箱和出口换热箱，所述换热管排的两端分别连通所述入口换热箱和所述出口换热箱，所述入口换热箱能够将空气均匀地送入各所述换热管，所述出口换热箱起到均压腔室的作用，保证空气均匀地送入氨空气混合器，同时能够将加热后的空气进一步混合均匀，避免前后换热管接触到的热烟气温度不同而排造成的温度不均匀。

优选地，所述入口换热箱和所述出口换热箱分别设有用于连接进风管道和出风管道的连接法兰，能够方便所述气气换热器与配套装置的连接和拆卸，所述入口换热箱的法兰形成所述气气换热器的冷空气进风口，所述出口换热箱的法兰形成所述气气换热器的冷空气出风口。

本实用新型还涉及一种SCR脱硝混流系统，包括喷氨格栅和气气换热器，所述喷氨格栅设置在烟道内且与烟气方向垂直，所述气气换热器采用本实用新型任一所述的气气换热器且位于所述喷氨格栅的后方，所述换热管排的方向与所述喷氨格栅的方向平行，所述喷氨格栅喷出的气体与烟气的混合气体能够垂直穿过所述气气换热器的各所述换热管排，由于交错布置的换热管的扰流作用，以及所述扰流叶片的扰流作用，使混合气体能够均匀混合。

优选地，所述气气换热器与所述喷氨格栅之间的间距为1000mm，这个距离可以根据设计空间以及其他因素进行合理设计。

优选地，本实用新型还包括氨空气混合器和稀释风机，所述气气换热器的冷空气进风口连接所述稀释风机出风口，所述气气换热器的冷空气出风口连接连接所述氨空气混合器的空气进口。

优选地，所述氨空气混合器包括管状壳体和位于所述管状壳体内的混合叶片组，所述混合叶片组包括位于所述管状壳体同一截面位置的多个并列设置的混合叶片，所述混合叶片相对于所述管状壳体的轴线设有一个倾斜角度，所述混合叶片组的数量为多个，相邻所述混合叶片组内的所述混合叶片的倾斜角度大小相等方向相反。

所述气气换热器的尺寸与烟道的尺寸相适应，应能够保证所述气气换热器固定安装在烟道内，所述气气换热器的换热管与喷氨格栅的喷氨管垂直设置，所述喷氨管喷出的气体平面与所述换热管垂直，所述换热管对气体平面起到切割的作用，实现更好的换热和扰流效果，靠近所述喷氨格栅的一个所述换热管排的各所述换热管位于两个相邻喷嘴的中心面，这样每一个所述喷嘴都正对前面一个所述换热管排的换热管之间的间隙，能够减小混合气体初始的阻力，不至于使混合气体的速度下降过快。

本实用新型的有益效果为：

由于本实用新型的热烟气穿过换热管排的换热管之间的间隙，能够与换热管内的冷空气实现均匀的热交换，将冷空气加热到反应所需的温度；同时气气换热器位于喷氨格栅的后方，热烟气和喷氨格栅喷出的氨空气混合气体依次穿过多个换热管排也实现了扰流的效果，将烟气与氨空气混合均匀；由于换热管上设有扰流翅片，进一步加强了扰流效果；换热管排进风口连接入口换热箱，能够实现整体送风，将进风均匀地送入各换热管，换热管排出风口连接出口换热箱，将各换热管输送出的空气混合均压；本实用新型的氨空气混合器的叶片根据不同的介质参数设计或调节成不同的角度，使两股流体产生旋转、剪切和重新混合，达到氨气和空气之间良好的分散和充分混合的目的。

附图说明

图1是本实用新型喷氨格栅和气气换热器布置图；

图2是图1所示侧视图；

图3是本实用新型工艺流程示意图；

图4是本实用新型氨空气混合器示意图；

图5是图4所示多个混合叶片组布置示意图；

图6是图5所示A向示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

如图1-图6所示，本实用新型涉及一种气气换热器，包括换热管3、管板、入口换热箱4和出口换热箱6，所述换热管3的两端分别插入相应的管板形成换热管排，所述换热管3内为来自稀释风机11的冷空气通道，所述换热管排的多个所述换热管3间的间隙形成热烟气通道，在所述换热管排的进气口连通有入口换热箱4，所述入口换热箱4设有用于连接进风管道的法兰5，冷空气通过所述入口换热箱4均与地流过各所述换热管排的多个所述换热管3，这样就使得所述换热管3内的冷空气与所述换热管3外的热烟气均匀热交换，从而将冷空气温度加热至约160℃，并进入所述出口换热箱4，在所述出口换热箱4内将加热之后的冷空气进行混合和均压。所述出口换热箱4设有用于连接出风管道的法兰，所述出口换热箱4内的空气用于与尿素水解后的氨、二氧化碳混合气在氨空气混合器12中进行混合，进入SCR反应器进行脱硝反应。由于稀释风的冷空气流量相对于锅炉烟气流量很小，所带走的热量一般在5％以下，对烟气温度基本不造成影响。

所述气气换热器14布置在SCR反应器入口的竖直烟道15内，位于喷氨格栅13（AIG）后方（下游）约1000mm处，所述换热管排与烟气方向垂直布置，并与AIG配套设计，在满足换热功能的同时，所述换热管3还兼具扰流管的作用。当带压氨空气混合气流从所述喷氨格栅13喷入烟道15后，在所述气气换热器14相互错开布置的所述换热管3扰流作用下，混合气体不断改变流向与烟气充分混合，达到混流目的。此外，还可以在所述换热管3上加装扰流翅片，所述扰流翅片可以采用现有技术中任意符合要求的叶片，不仅能够强化传热目的，还能够进行强制扰流以获得更佳的混流效果。

工艺流程图如附图3所示：从所述稀释风机11来的冷空气先进入反应器入口烟道内的所述气气换热器14，通过与高温烟气换热温度升至约160℃，然后通过所述锥形喷口26进入所述氨空气混合器12，来自尿素水解反应器16的含有二氧化碳和水蒸气并带有一定压力的氨气通过所述氨气喷嘴22进入所述氨空气混合器，在多个所述混合叶片组25的作用下充分混合，再经由所述喷氨格栅13喷入反应器入口烟道内，并在所述换热管3的扰流作用下，不断改变流向与烟气充分混合，最后到达SCR反应器催化剂层进行脱硝反应。

喷氨格栅和气气换热器的布置如图1和图2所示：所述气气换热器布置在所述喷氨格栅后方（下游）约1000mm处，所述换热管排的换热管3与喷氨格栅的喷射管1垂直布置，所述换热管排的数量设计时要兼顾考虑空间限制和换热效果。当布置两个时，靠近所述喷氨格栅的一个所述换热管排的所述换热管3应布置在所述喷氨格栅两排喷嘴2的中心面。当安装空间有限只能布置一个所述换热管排时，可以通过缩小两个换热管排的间距实现两个所述换热管排的布置，或在所述换热管3上加装扰流翅片，在达到强化传热目的的同时，进行强制扰流以获得更佳的混流效果。

所述氨空气混合器如图4、图5和图6所示：包括管状壳体23和位于所述管状壳体内的混合叶片组25，所述管状壳体23可以选用圆形、方形或多边形的管状，优选圆形，使斜向撞击到管壁的混合气体发生不同方向的偏转实现旋转运动，所述混合叶片组25包括位于所述管状壳体23同一截面位置的多个并列设置的混合叶片27，所述混合叶片27与所述管状壳体23的轴线设有一个倾斜角度，所述混合叶片27一方面对混合气体进行切割作用，另一方面所述混合叶片27间的间隙形成了气体流通通道，改变了混合气体的流动方向。

优选地，所述混合叶片组25内的多个所述混合叶片27相互平行。

优选地，所述混合叶片组25的数量为多个，相邻所述混合叶片组25内的所述混合叶片27的倾斜角度大小相等方向相反，混合气体依次通过各混合叶片组25时多次改变方向，达到充分混合。

优选地，所述混合叶片27的两端直接连接在所述管状壳体23的内壁上，或所述混合叶片27的两端连接在环形外壳24上并将所述环形外壳24安装在所述管状壳体内，所述环形外壳24采用每个所述混合叶片组25设置单独的环形外壳24，或多个所述混合叶片组25依次设置在同一个环形外壳24内，通过采用环形外壳的方式，能够在所述管状壳体23外完成所述混合叶片27的安装，安装和更换都十分方便。

优选地，所述混合叶片的连接方式为固定连接或活动连接。

优选地，当所述混合叶片27采用固定连接的方式时，所述混合叶片27的倾斜角度根据不同的介质参数进行合理设计。

优选地，当所述混合叶片27采用活动连接的方式时，所述混合叶片27通过转动轴连接在所述管状壳体23的内壁上，各所述混合叶片27通过联动传动装置实现同步转动调节，包括同一个所述混合叶片组25内的各混合叶片27同向转动，以及相邻的所述混合叶片组25内的混合叶片27反向转动。

优选地，所述管状壳体23还设有氨气进口和空气进口，所述混合叶片组25位于所述氨气进口和所述空气进口的后方，所述氨气进口位于所述氨气进口的后方，中压空气与氨气在所述管状壳体23中进行混合后通过SNCR喷枪喷入炉内，可以利用空气较大的压力扰动来使烟气和喷入的氨空气混合气更加充分、均匀的混合，从而达到较高的脱硝效率。

优选地，所述氨气进口位于所述管状壳体的侧壁上，位于所述混合叶片组前方的区域，所述氨气进口焊接连接有氨气喷管22，所述氨气喷管的喷嘴位于所述管状壳体23的中心位置，并朝向所述混合叶片组25的方向。

优选地，所述空气进口位于所述管状壳体23的一端（所述管状壳体23位于所述氨气进口前方的一端），所述空气进口设有外大内小的壳体状锥形喷口26，收拢状的锥形喷口26有利于空气增速减压，从所述锥形喷口26喷出的空气在于氨混合的过程中迅速扩张，形成剧烈的局部旋流/湍流，明显地增强了与氨之间的碰撞、混合和传质效果，对氨空气混合气体造成更大的扰动。

优选地，所述管状壳体23的两端设有用于连接配套装置的连接法兰21，方便装置的安装与拆卸，所述连接法兰21采用焊接的方式固定在所述管状壳体23的端面。

与传统尿素水解制氨法SCR脱硝工艺相比，本实用新型的技术优势如下：

1）通过在SCR反应器入口烟道中设置一个小型气气换热器，省去能耗较高的电加热设备，利用系统内部热交换的方式，使整个脱硝系统需要额外补充的能耗最小化，提高脱硝系统运行的经济性；

2）优化氨喷入和混流系统。气气换热器与AIG配套设计，在满足换热功能的同时，换热管还兼具静态混合器的功能，强化混流效果，使整套系统具有适宜的商品性。

所述换热管可以不设有内扰流翅片，也可以设有内扰流翅片。例如，所述换热管的部分管段（例如，所述换热管上位于换热区域的主体部分）或全部管段内设有内扰流翅片，以提高管内介质的热交换能力。

所述内扰流翅片的径向（换热管的径向）外侧边缘通常可以贴合在所述换热管的内壁上或与所述换热管的内壁连为一体。

所述内扰流翅片优选各处的高度（径向上的尺寸）相等，且进一步优选其高度为换热管内径的1/8-1/4，这种内扰流翅片有利于实现在换热和阻力之间达到最佳效果。

所述内扰流翅片可以与所述换热管的轴线平行或者呈螺旋形，也可以采用其他适宜形式，螺旋形的所述内扰流翅片的螺旋角优选为0-30°（0°对应于与换热管的轴向平行的情形）。

所述内扰流翅片的数量通常为多个，但采用一定的螺旋状时，一个也能取得较好的效果。

可以采用两端焊接的方式将平板状或螺旋叶片状的内扰流翅片焊接在换热管上，以实现内扰流翅片在换热管上的连接并使其外侧边缘贴合在换热管内部上。

通过设置内扰流翼片，可以增加换热管内介质的热交换能力，并有利于形成所限定方式的介质流，冲刷并随时消除沉积在管壁上的杂质，通过扰动实现介质混合，提高管壁附近的介质温度，进而提高换热能力。

依据惯例，本说明书将位于换热管外表面的扰流翅片称为扰流翅片，位于换热管内壁上的扰流翅片称为内扰流翅片。

本实用新型公开的各优选和可选的技术手段，除特别说明外及一个优选或可选技术手段为另一技术手段的进一步限定外，均可以任意组合，形成若干不同的技术方案。

Claims (10)

1.一种气气换热器，其特征在于包括换热管排，所述换热管排的换热管形成冷空气通道，所述换热管排的换热管间的间隙形成热烟气通道，所述换热管上设有扰流翅片，所述换热管上设有或者不设有内扰流翅片。

2.根据权利要求1所述的气气换热器，其特征在于还包括至少两个管板，所述管板上设有用于固定所述换热管的管孔，所述换热管的两端分别插入相应的管板上设置的管孔内形成换热管排。

3.根据权利要求2所述的气气换热器，其特征在于所述换热管排的数量为一层或多层，相邻层上换热管排上的换热管相互错开布置。

4.根据权利要求1、2或3所述的气气换热器，其特征在于还包括入口换热箱和出口换热箱，所述换热管排的两端分别连通所述入口换热箱和所述出口换热箱。

5.根据权利要求4所述的气气换热器，其特征在于所述入口换热箱和所述出口换热箱分别设有用于连接进风管道和出风管道的连接法兰，所述入口换热箱的法兰形成所述气气换热器的冷空气进风口，所述出口换热箱的法兰形成所述气气换热器的冷空气出风口。

6.一种SCR脱硝混流系统，其特征在于包括喷氨格栅和气气换热器，所述喷氨格栅设置在烟道内且与烟气方向垂直，所述气气换热器采用权利要求1-5任一所述的气气换热器且位于所述喷氨格栅的后方，所述换热管排与所述喷氨格栅平行。

7.根据权利要求6所述的SCR脱硝混流系统，其特征在于所述气气换热器与所述喷氨格栅之间的间距为1000mm。

8.根据权利要求6所述的SCR脱硝混流系统，其特征在于还包括氨空气混合器和稀释风机，所述气气换热器的冷空气进风口连接所述稀释风机出风口，所述气气换热器的冷空气出风口连接连接所述氨空气混合器的空气进口。

9.根据权利要求8所述的SCR脱硝混流系统，其特征在于所述氨空气混合器包括管状壳体和位于所述管状壳体内的混合叶片组，所述混合叶片组包括位于所述管状壳体同一截面位置的多个并列设置的混合叶片，所述混合叶片相对于所述管状壳体的轴线设有一个倾斜角度，所述混合叶片组的数量为多个，相邻所述混合叶片组内的所述混合叶片的倾斜角度大小相等方向相反。

10.根据权利要求6-9任一所述的SCR脱硝混流系统，其特征在于所述气气换热器的尺寸与烟道的尺寸相适应，所述气气换热器的换热管与喷氨格栅的喷氨管垂直设置，靠近所述喷氨格栅的一层所述换热管排的各所述换热管位于两个相邻喷嘴的中心面。