CN215388739U - 用于高尘烟气脱硝的静态混合装置及scr反应系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及用于高尘烟气脱硝的静态混合装置及SCR反应系统，所述静态混合装置设有若干导流翼片，所述导流翼片呈板状，分别安装在各自对应的横向支杆上，所述横向支杆的数量为若干个，设置为一层或多层，同层中各横向支杆相互平行且间距相等，所述导流翼片倾斜设置，与竖直方向夹角为锐角，安装在同一横向支杆上的相邻导流翼片的倾斜方向相反，安装在相邻横向支杆的相同横向位置上的导流翼片的倾斜方向相反，当所述横向支杆设置为多层时，各层横向支杆的设置方式相同，相邻层中上下位置相对的导流翼片的倾斜方向相反。所述反应系统采用上述静态混合装置。本实用新型在简化构造的同时，改善了静态混合装置的混合效果。

Description

用于高尘烟气脱硝的静态混合装置及SCR反应系统

技术领域

本实用新型涉及用于高尘烟气脱硝的静态混合装置及采用这种静态混合器的用于高尘烟气脱硝的SCR（Selective Catalytic Reduction，选择性催化还原）反应系统。

背景技术

在高温燃烧条件下，燃料中的有机氮及空气中的部分氮会被氧化为氮氧化物，烟气中的氮氧化物NO_x主要以NO的形式存在，据悉最初排放的NO_x中NO约占95%，NO在大气中极易与空气中的氧发生反应，生成NO₂，在温度较大或有云雾存在时，NO₂进一步与水分子作用形成硝酸HNO₃，这是目前酸雨中的第二重要酸分，在有催化剂存在时，如加上合适的气象条件，N0₂转变成硝酸的速度加快，特别是当NO₂与SO₂同时存在时，可以相互催化，形成硝酸的速度更快。

近十年来，随着国家对大气污染防治的逐渐重视和环保标准的日益严格，国内工业源NO_x的排放总量的得到了极大控制。脱硝技术也得到了迅速发展，在众多的脱硝技术中，SCR技术是当前国内外最核心且应用最广泛的脱硝技术，其原理是在催化剂作用下，利用氨作为还原剂有选择性地与烟气中的NO_x反应生成无害的N₂和H₂O，从而达到脱硝的目的。相比其它脱硝技术，SCR技术凭借其高效的脱除效率，稳定可靠的工艺系统，良好的烟气适用性和无二次污染等优势成为当前最为理想的固定源NO_x治理技术。

当前，我国燃煤电厂锅炉脱硝已经进入深度治理和消缺阶段，脱硝市场重点由电力行业转向非电行业，其中，钢铁行业的超低排放改造是非电行业脱硝中的重点，同时焦化、水泥、有色金属冶炼、黑色金属冶炼、建材、化工、机械制造等行业的工业炉窑尾气脱硝改造也逐渐在推进中。

钢铁厂的烧结烟气，焦化、水泥、有色金属冶炼、黑色金属冶炼、建材等工业炉窑尾气的含尘量及含湿量高、成分复杂，运行工况不稳定，这些烟气特点不但会使NO_x处理难度加大，还会导致烟气脱硝系统（特别是催化剂）的磨损、堵塞问题加重，降低脱硝系统的稳定性和可靠性。此外，大量现役工业炉窑的脱硝装置都属于改造项目，受现场空间的约束和限制，脱硝系统普遍存在氨混合距离过短，导致脱硝效率低和氨逃逸超标。

作为SCR技术的核心设备之一，喷氨格栅和烟气静态混合装置的开发已经成为制约烟气脱硝超低排放工艺发展的关键。要想达到高效的脱硝效率且极低的氨逃逸量，必须由喷氨格栅和烟气静态混合器协同作用，使脱硝入口气相组分充分混合，并达到气流均匀分布的目的。

目前SCR脱硝系统最常用的喷氨格栅型式为分区控制型，而静态混合器的种类繁多，在实际工程应用中都存在不同的问题，如：有的烟气静态混合器结构复杂，制造和安装成本高，且对系统的压降较大；有的烟气静态混合器虽结构简单，但混合效果较差，难以适应日益严格的超低排放标准；有的混合器型式单一，与喷氨格栅匹配度差，且对烟道长度有特定要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术的缺陷，在简化构造的同时，改善静态混合装置的混合效果。

本实用新型的技术方案是：

用于高尘烟气脱硝的静态混合装置，设有若干导流翼片，所述导流翼片呈板状，分别安装在各自对应的横向支杆上，所述横向支杆的数量为若干个，设置为一层或多层，同一层中的各横向支杆相互平行且间距相等，所述导流翼片倾斜设置（相对于竖直方向倾斜，两者之间有一个倾斜产生的夹角），平行于所述横向支杆的延伸方向且与竖直方向夹角为锐角，该锐角可视为因倾斜产生的夹角，安装在同一横向支杆上的相邻导流翼片的倾斜方向相反，安装在相邻横向支杆的相同横向位置上的导流翼片的倾斜方向相反，当所述横向支杆设置为多层时，各层横向支杆的设置方式相同，相邻层中上下位置相对（安装于上下对齐的横向支杆上的相同横向位置）的导流翼片的倾斜方向相反。

优选地，所述导流翼片呈矩形，其两侧边缘垂直于所述横向支杆的延伸方向。

优选地，所述导流翼片斜向向上延伸，其下边缘固定（例如，焊接）在相应的所述横向支杆上。

优选地，所述导流翼片在所述横向支杆上的分布方式为密布，即，安装与同一横向支杆上的相邻导流翼片在横向上紧挨在一起或留有小的间隙，相邻导流翼片支架的间隙不大于导流翼片横向尺寸的1/4，通常，该间隙可以限制为装配所需的装配间隙。

优选地，各所述横向支杆上的导流翼片的横向分布方式一致。

优选地，同一层中，同一纵向（该层平面中与横向垂直的方向）上的导流翼片对和无翼片间隙相间分布，所述导流翼片对为相邻横向支杆上的相同横向位置上设置的两个上边缘相对的导流翼片。

优选地，当设有多层时，相邻层上的导流翼片对和无翼片间隙上下对齐（中心对齐）。

优选地，所述横向支杆采用角钢。

优选地，所述角钢为等边等厚角钢，角钢的角朝向烟气迎风面。

优选地，所述导流翼片的下边缘位于角钢的内侧面。可以将导流翼片的下部贴合在角钢上相应的内侧面上，由此，导流翼片与竖直方向的夹角为45°，同一横向支杆上反向倾斜的两导流翼片（导流翼片所在平面）之间的夹角为90°。

导流翼片的下边缘沿角钢的相应侧边的内表面插到底，使翼片的底边端面抵靠在角钢的另一侧边的内表面，由此实现翼片的定位，将翼片焊接在角钢上。

优选地，所述横向支杆的下面设有纵向的支撑梁，所述支撑梁的数量为一个或多个。

用于高尘烟气脱硝的SCR反应系统，设有喷氨格栅和静态混合器，所述喷氨格栅设置于所述静态混合器的下方且设有朝向所述静态混合器的若干喷嘴，氨气自所述喷嘴中顺烟气流向喷出，且通常可以与竖直方向之间存在一锐角夹角，所述静态混合器采用本实用新型公开的任意一种用于高尘烟气脱硝的静态混合装置。

当用于竖直烟道且烟气流向为由下向上时，氨气自喷氨格栅喷入烟道内，沿原喷射角度继续直线流动，含尘烟气自垂直方向自下而上方流过，当氨气和烟气穿过所述静态混合装置的导流翼片时，被分割成多股小气流，小气流在穿过翼片间隙时沿着翼片表面流动并发生转向，产生很多小涡流，相邻两个翼片形成的涡流方向相反，同时，流速也随着通流面积的变化产生剧烈波动。

同时，由于SCR反应器通常为高尘布置，即布置在脱硫和除尘装置的上游，烟气中含尘量很高，易造成脱硝催化剂的磨损和中毒。采用本实用新型的静态混合器，将静态混合器布置在竖直烟道中，竖直烟道的底部设置灰斗，烟气在竖直烟道中自下而上流过，在不受阻挡的情形下，飞灰的运动轨迹与烟气气流运动轨迹基本一致，当烟气遇到静态混合器的倾斜翼片时发生转向，气体绕过翼片继续流动，而大粒径粉尘由于惯性大的原因不能及时转向，撞击到翼片挡板上失去动能，落入烟道底部灰斗，因此导流翼片可起到预处尘的作用，大幅度减少进入反应器的飞灰量，特别是易于导致堵塞的大颗粒飞灰量。

附图说明

图1是本实用新型涉及的SCR脱硝系统的主视示意图；

图2是与图1对应的B-B向示意图，显示翼片侧面投影的形状和分布方式；

图3是与图1对应的A-A向示意图，显示翼片水平面投影（俯视）形状和分布方式；

图4是与图2对应的I局部放大图，显示翼片、角钢及支撑梁之间的安装构造。

具体实施方式

参见图1-4，本实用新型涉及用于高尘烟气脱硝的静态混合装置，可与喷氨格栅5一体化设计，放置于SCR反应器入口的竖向烟道6内，竖向烟道的底部为灰斗7，用于收集从烟气中脱离的飞灰。

所述静态混合装置主要包括导流翼片1（简称翼片）、支撑角钢2和支撑梁3组成,可分一层或多层布置，安装于同一支撑角钢上的相邻两块导流翼片交错布置，反向倾斜，空间夹角为90°，呈中心（旋转）对称，每两块相邻翼片组成一组，可以称为导流翼片组，同层中的各导流翼片组分别对应喷氨格栅的一个氨气喷嘴4，氨气喷嘴位于同一导流翼片组中两导流翼片的对称中心的下方。可以将安装于同一支撑角钢上的若干翼片视为一排，同一排翼片的底部均通过焊接方式固定在角钢2上，角钢2的两端与烟道的壁板焊接，角钢2的底部设有槽钢作为支撑梁3，槽钢与角钢垂直布置，支撑在所有角钢的下方，槽钢的两端与烟道的壁板焊接，支撑梁的数量依据实际需要，可以是一个，也可以是相互平行的多个。

可以在支撑梁的上沿（例如，采用槽口朝上的槽钢作为支撑梁时，槽钢的两侧板的顶边）设置与角钢的角对应的小槽12，将角钢的角插在相应的小槽上，实现角钢的稳定，以方便作业。

各所述导流翼片采用规格相同的矩形钢板，翼片与水平面之间的夹角优选为45°，根据实际需要，也可以采用其他夹角角度，例如，30°或60°，综合考虑对扰动效果和阻力的影响，翼片与水平面之间的夹角通常可以在30-60°范围内选择（含端值）。

相邻排上相对的两翼片之间可以留有一定间距或基本不留间距（考虑装配上的便利及加工精度，通常至少可以留有微小的装配间隙），间距的大小可以综合考虑对扰动效果和阻力的影响确定。

不同排的导流翼片在纵向上（与“排”或支杆垂直的水平方向）对齐，形成若干行，同一行上相邻排之间或设有两个相对的导流翼片对，或为无翼片空隙11，且导流翼片对与无翼片空隙相间分布。当设有两层或更多层时，相邻层上的导流翼片对与无翼片空隙交错分布，即一层中的导流翼片对与另一层的无翼片间隙上下对应（中心对齐），无翼片间隙与上一层的导流翼片对上下对应（中心对齐）。

根据混合距离长短要求，导流翼片可分一层或多层布置，导流翼片布置的层数越多，混合效果越好，但是产生的流体阻力越大。综合考虑，优选布置两层，两层翼片错位布置，增加气流转向次数。同层上的同排相邻翼片交错排布，上下相邻的两层翼片也交错排布，这种布置型式增加了气流通道的空间维度，在翼片的遮挡下，多股小气流不断分流、回旋、又重新汇集，强化了混合效果。

所述喷氨格栅主要有若干喷淋管组成，所述喷淋管上设有喷嘴4，所述喷嘴可以采用任意适宜的形式，例如，一种最为简单的形式是在喷淋管的管壁上开设通孔。所述喷淋管位于烟道内，通过穿过烟道壁板的连接管件连接位于烟道外的输送支管，所述输送支管的下端连接母管联箱8，用于通过母管接入氨气。

对于任一层导流翼片，各导流翼片组对应于喷氨格栅的一个氨气喷嘴4，相应氨气喷嘴位于同组两导流翼片对称中心的下方，以获得好的扰动效果，当设有多层导流翼片上，由于各层中上下对应的导流翼片的倾斜方向相反，上下对应的各层导流翼片对的对称中心位置上下对齐，由此，这种氨气喷嘴的设置方式能够兼顾各层导流翼片的设置，获得良好的气流扰动效果。

所述输送支管上通常可以设有各自的调节阀9，所述调节阀可以为设有刻度盘的蝶阀，以方便显示和调节流量，所述调节阀也可以采用其他适宜型式，通过各输送支管的调节阀可以调节和平衡各支管的流量，消除因各支管（支路）上阻力差异或烟道内烟气流速不均衡导致的流量不平衡或与烟气流量不匹配现象，实现更好的混合效果。

所述输送支管上优选设有膨胀节10，所述膨胀节可以为金属膨胀节，以吸收烟道膨胀产生的热位移或其他原因导致的输送支管轴向尺寸的变化。

与传统烟气静态混合器相比，本实用新型具有下列特点：

1）通过导流翼片的空间交错布置，可实现流体在径向和轴向的充分混合。通过在喷氨格栅(AIG)下游安装这种交错式翼片静态混合器，使喷出的氨气形成多股气流，在导流翼片的扰动下，每股小气流的方向都在不断变化，速度剧烈波动，在径向和轴向相互穿插冲撞，依据现场测试数据，氨气和烟气在很短的混合距离内（＜4米）可以达到理想的混合品质，解决了现役工业炉窑脱硝改造混合距离长度受限的难题，提高了脱硝系统运行经济性（提高了脱硝效率，降低了氨逃逸量）。

2）导流翼片还兼顾减灰挡板的作用，减轻因飞灰浓度过高对下游设备的磨损、堵塞。上下两层翼片分两层错流布置，将烟气分割成多股小流体在通过翼片间隙时不断转向，原烟气中的大颗粒飞灰经惯性撞击减速后，落入SCR反应器入口烟道底部灰斗7内。

本实用新型涉及产品构造时所称的上、下、左、右、底、顶、横、横向、纵、纵向、竖、竖向、竖直等方位，均为产品中各件/各构造之间的相对方位，不构成对实际使用方位的限定，本领域技术人员可以依据实际情况，采用任何适宜的方向设置本产品。通常情况下，本实用新型涉及产品构造时所称的下对应于实际使用时的烟气来向。

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.用于高尘烟气脱硝的静态混合装置，设有若干导流翼片，其特征在于所述导流翼片呈板状，分别安装在各自对应的横向支杆上，所述横向支杆的数量为若干个，设置为一层或多层，同一层中的各横向支杆相互平行且间距相等，所述导流翼片倾斜设置，平行于所述横向支杆的延伸方向且与竖直方向夹角为锐角，安装在同一横向支杆上的相邻导流翼片的倾斜方向相反，安装在相邻横向支杆的相同横向位置上的导流翼片的倾斜方向相反，当所述横向支杆设置为多层时，各层横向支杆的设置方式相同，相邻层中上下位置相对的导流翼片的倾斜方向相反。

2.如权利要求1所述的用于高尘烟气脱硝的静态混合装置，其特征在于所述导流翼片呈矩形，两侧边缘垂直于所述横向支杆的延伸方向。

3.如权利要求2所述的用于高尘烟气脱硝的静态混合装置，其特征在于所述导流翼片斜向向上延伸，其下边缘固定在相应的所述横向支杆上。

4.如权利要求3所述的用于高尘烟气脱硝的静态混合装置，其特征在于安装与同一横向支杆上的相邻导流翼片在横向上紧挨在一起或留有小的间隙。

5.如权利要求1-4中任一项所述的用于高尘烟气脱硝的静态混合装置，其特征在于各所述横向支杆上的导流翼片的横向分布方式一致。

6.如权利要求1-4中任一项所述的用于高尘烟气脱硝的静态混合装置，其特征在于同一层中，同一纵向上的导流翼片对和无翼片间隙相间分布，所述导流翼片对为相邻横向支杆上的相同横向位置上设置的两个上边缘相对的导流翼片，当设有多层时，相邻层上的导流翼片对和无翼片间隙上下对齐。

7.如权利要求1-4中任一项所述的用于高尘烟气脱硝的静态混合装置，其特征在于所述横向支杆采用角钢。

8.如权利要求7所述的用于高尘烟气脱硝的静态混合装置，其特征在于所述角钢为等边等厚角钢，角朝向正下方，所述导流翼片的下边缘位于角钢的内侧面。

9.如权利要求1-4中任一项所述的用于高尘烟气脱硝的静态混合装置，其特征在于所述横向支杆的下面设有纵向的支撑梁，所述支撑梁的数量为一个或多个。

10.用于高尘烟气脱硝的SCR反应系统，设有喷氨格栅和静态混合器，所述喷氨格栅设置于所述静态混合器的下方且设有朝向所述静态混合器的若干喷嘴，其特征在于所述静态混合器采用权利要求1-9中任一项所述的用于高尘烟气脱硝的静态混合装置。

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