TWI402470B - 灰燼流化系統及方法 - Google Patents

Description

灰燼流化系統及方法

本發明大體而言係關於一種用於阻止通風管道中之灰塵堆積之系統。更特定言之，本發明係關於一種使用空氣注入以再移動或流化流經選擇性催化還原(SCR)系統之通風管道之煙道氣中的灰燼的系統。

選擇性催化還原(SCR)系統通常應用於公用事業及工業燃燒單元以減少NOx排放物。在一SCR系統中，氨或類似物注入至煙道氣中。注入有氨之煙道氣經過一催化劑，其中發生化學反應以將NOx排放物轉換為氮元素及水。因為SCR系統通常以相對低之溫度運作(此可延緩或阻止化學反應)，所以通常要求存在有催化劑以加速化學反應。常用之催化劑包括釩/鈦調配物、沸石材料，及類似物。

許多裝置將SCR反應器置放在顆粒收集系統之前之較高灰塵位置中。謹慎注意通風管道及SCR反應器之設計以避免灰塵沈積。催化劑經特定設計以經受飛灰之侵蝕及潛在之有毒效應。因為灰燼不宜掉出通風管道，所以需選擇通風管道之速度以保證飛灰保持侷限在設計點處。

然而，對此等系統而言，在特定環境下在通風管道中之一些位置中仍常有灰塵沈積。當燃燒單元以降低之負載運作時所經歷之經過通風管道之氣體速度的降低是灰塵沈積之主要原因。其亦可能由單元運作之環境改變而引起，例如，以較少之過量空氣運作或以不同燃料運作。沈積之最常見點是通風管道中及SCR入口罩之正上游之通風管道中的盲管。

圖1及圖2提供灰塵堆積之一實例及由灰燼聚積所產生之SCR系統20之阻塞。圖1展示當燃燒單元以低負載22運作時的SCR系統20之一部分。SCR系統20通常位於蒸汽產生器出口(未展示)與預熱器入口(未展示)之間。當煙道氣蒸汽21流經管道24時，飛灰通常存在於煙道氣蒸汽中。催化劑26容納於SCR系統20中的管道24中，且催化劑26在煙道氣蒸汽21經過其中時經受全部之飛灰量。催化劑26通常由篩網28覆蓋以在飛灰到達催化劑通道(未展示)之前捕獲飛灰。

SCR系統20經定尺寸以接納在燃燒單元(未展示)以全負載運作時的煙道氣蒸汽21。當燃燒單元(未展示)以低負載22運作時，較少煙道氣經過管道24。因此煙道氣蒸汽21之速度大大降低。此速度之降低會導致灰塵沈積。當煙道氣蒸汽21流經管道24時，飛灰30聚積並沈澱在灰塵堆32中。歸因於管道24之設計，灰塵堆32正常地發生在SCR入口罩34之正上游。

現參看圖2，當SCR系統20以全負載36操作時，煙道氣蒸汽21之速度增大回至設計速度。當增大速度以容納全負載36時，聚積在灰塵堆32中之飛灰30可能突然再移動，從而引起飛灰之突崩38降落至催化劑26上。因此，催化劑26中之通道(未展示)可能被阻塞且SCR系統20之效率降低。SCR系統20上的壓力降亦可能增大。

通常，所採取之阻止灰塵堆堆積之僅有措施涉及通風管道之設計。大體而言，至SCR入口罩之進口之形狀可經設計使得經過此過渡片之速度在設計點處為恆定的。此結果為具有傾斜頂之通風管道，該傾斜頂同時擴展以匹配SCR反應器橫截面。藉由將管道裝備有擋板以消除盲管或藉由使得旁路管道在灰燼可聚積處不具有支架而保護旁路管道。

此等方法經證明通常為不成功的。在通風管道中之SCR入口罩進口處及盲管處之灰塵沈積的問題仍然存在。當燃燒單元恢復為高達全輸出負載時灰燼堆脫落至催化劑床上是一問題。當前技術提供很少內容以解決在SCR反應器入口區域處之灰燼沈積之潛在問題。

本發明之一態樣是一種用於流化選擇性催化還原系統之管道中之灰燼的系統。該系統包括一用於產生壓縮空氣之源及一與該源接合並經由管道中之一或多個孔與該管道接合之空氣注入集管。該空氣注入集管經調適以將壓縮空氣自該源注入至易出現灰塵堆積之管道的區域。

本發明之另一態樣是一種用於流化選擇性催化還原系統之管道中之灰燼的系統。該系統包括一管道、一用於產生壓縮空氣之機構，及一空氣注入集管，該空氣注入集管與該用於產生壓縮空氣之機構接合並經由管道中之一或多個孔與該管道接合。該空氣注入集管包括與複數個注入槍接合之次集管。複數個注入槍中之每一者具有一末端噴嘴。該空氣注入集管經調適以將壓縮空氣自該用於產生壓縮空氣之機構注入至易出現灰塵堆積之管道的區域。

本發明之又一態樣是一種用於流化選擇性催化還原系統之管道中之灰燼的方法。該方法包括如下步驟：提供一包括一管道之選擇性催化還原系統；產生壓縮空氣；及將該壓縮空氣經由一空氣注入集管及該管道中之一或多個孔注入至易出現灰塵堆積之管道的區域。

本發明之又一態樣是一種選擇性催化還原系統，其包括一管道、一位於該管道中的催化劑，及一用於將壓縮空氣注入至在該催化劑上游之位置處之管道中的機構。

現參看圖式，其中相同參考數字指示相同部件，且詳言之參看圖3A及圖3B，本發明之一態樣是一系統120，其用於流化灰燼以阻止灰塵123之堆122形成在選擇性催化還原系統(SCR)之管道124中。在系統120中，自空氣壓縮機126或工廠空氣供應(未展示)之壓縮空氣(未展示)注入至易出現灰塵123之堆積之管道124的區域。

系統120通常位於易出現灰塵123之堆積的SCR之一區域中，例如，見圖1及圖2。空氣注入集管128經由管道中之一或多個孔130與管道124接合。空氣注入集管128通常包括用於控制空氣流並為維護而隔離系統120之部分的控制閥131。空氣注入集管128通常包括與複數個注入槍134接合之次集管132。各注入槍134通常包括一末端噴嘴136。

現參看圖4及圖5A至圖5C，末端噴嘴136可具有一菇帽137、一成角末端138、一有孔末端139或一敞口末端140以在特定方向上引導壓縮空氣141。菇帽137經組態以引導經過槍134向上流動之壓縮空氣141向下至管道124之表面(見箭頭)。成角末端138經組態以在例如橫向之特定方向上引導經過槍134向上流動之壓縮空氣141(見箭頭)。有孔末端139經組態以在例如橫向之特定方向上引導經過槍134向上流動之壓縮空氣141。敞口末端140經組態以在例如向上之特定方向上引導經過槍134向上流動之壓縮空氣141。菇帽137、成角末端138、有孔末端139、及敞口末端140可經組態以(例如)包括篩網或適當定尺寸之開口，以幫助阻止灰塵123進入槍134。預期各類型之末端噴嘴136在多種方向上為可調整的或可移動的，例如，套管式地、旋轉式地、垂直式地、水平式地、橫向式地、軸向式地等。單個次集管132中之複數個槍134可包括不同類型之末端噴嘴136的任何組合。或者，如圖3B所說明之，複數個槍134中之至少之一者可不包括一末端噴嘴136且壓縮空氣141可經過該槍且經過管道124中之孔130向上流動。

現參看圖6，在另一實施例中，次集管132包括一盒狀歧管142，其具有形成內部空腔之頂部144、底部146、及側面148。頂部144包括頂部表面152。頂部表面152可包括一外唇153，其擱置在管道124上以保證在次集管132與該管道之間的氣密配合。複數個注入槍134穿過頂部表面152向上延伸並自內部空腔注入壓縮空氣，該壓縮空氣由空氣注入集管128提供至易出現灰塵123之堆積之管道124的區域。複數個注入槍134中之一或多個可配合有末端噴嘴136。視情況而定，電動式氣動缸或其他機構154與歧管142接合並經組態以橫向地前後移動該歧管(見箭頭)以促進管道124中灰塵123之移動。亦預期此種機構可用以移動圖3A及圖3B中之歧管。

使用中，自壓縮機126之空氣被送至空氣注入集管128。空氣注入集管128饋給次集管132，該等次集管又將空氣饋給至注入槍134中。槍134穿過孔130延伸進入管道124。槍134之數目可視SCR系統之尺寸而變化。各次集管128通常饋給多個注入槍134。噴嘴136通常在各注入槍134之末端。排出各噴嘴136之空氣引起噴嘴136之區域中的灰塵123在流經管道124之煙道氣中流化並再移動。

使用壓縮空氣系統以消除SCR系統中之灰燼沈積提供了優於先前技術設計之優點，其在於該壓縮空氣系統消除了灰塵突崩掉落至催化劑上並阻塞催化劑。本發明具有壓縮空氣為並不昂貴之介質且易於獲得之優點。空氣壓縮機之維護要求已為吾人所熟知，易於執行且並不昂貴。此外，因為噴嘴設計及集管配置可為工廠特定要求而定製，所以本發明之態樣可易於修正。

雖然已參考本發明之示範性實施例而描述並說明了本發明，熟習此項技術者應理解，可在本發明中或對本發明進行前述及各種其他改變、省略及添加而並不偏離本發明之精神及範疇。因此，其他實施例在如下申請專利範圍之範疇中。

20．．．選擇性催化還原(SCR)系統

21．．．煙道氣蒸汽

22．．．低負載

24．．．管道

26．．．催化劑

28．．．篩網

30．．．飛灰

32．．．灰塵堆

34．．．SCR入口罩

36．．．全負載

38．．．突崩

120．．．系統

122．．．堆

123．．．灰塵

124‧‧‧管道

126‧‧‧壓縮機/源

128‧‧‧空氣注入集管

130‧‧‧孔

131‧‧‧控制閥

132‧‧‧次集管

134‧‧‧注入槍

136‧‧‧末端噴嘴

137‧‧‧菇帽

138‧‧‧成角末端

139‧‧‧有孔末端

140‧‧‧敞口末端

141‧‧‧壓縮空氣

142‧‧‧歧管

144‧‧‧頂部

146‧‧‧底部

148‧‧‧側面

152‧‧‧頂部表面

153‧‧‧外唇

154‧‧‧機構

圖1是以低負載運作之SCR系統的剖面圖；圖2是以全負載運作之SCR系統的剖面圖；圖3A是根據本發明之實施例之系統的剖面圖；圖3B是根據本發明之實施例之次集管的等角視圖；圖4是根據本發明之實施例之噴嘴的剖面圖；圖5A至圖5C是根據本發明之各種實施例之噴嘴的剖面圖；及圖6是用於本發明之實施例中之一歧管的剖面圖。

120．．．系統

122．．．堆

123．．．灰塵

124．．．管道

126．．．壓縮機/源

128．．．空氣注入集管

130．．．孔

131．．．控制閥

132．．．次集管

134．．．注入槍

Claims (14)

1. 一種用於流化一選擇性催化還原系統之管道中之灰燼的系統，其包含：一包括一管道之選擇性催化還原系統；一用於產生壓縮空氣之源；及一空氣注入集管，其與該源接合並經由該管道中之一或多個孔與催化劑上游之該管道接合，其中該空氣注入集管將壓縮空氣自該源注入至易出現灰塵堆積之該管道之區域，藉此再將該管道中之灰塵挾帶在流經該管道之煙道氣中。
2. 如請求項1之系統，其中該空氣注入集管進一步包含一次集管，該次集管與複數個注入槍接合，該複數個注入槍中之每一者具有一末端噴嘴。
3. 如請求項2之系統，其中該末端噴嘴包括一菇帽、一成角末端組態、一有孔末端組態或一敞口末端組態中之一者。
4. 如請求項2之系統，其中該末端噴嘴係可調整的或可移動的。
5. 如請求項1之系統，其中該空氣注入集管進一步包含一包括一頂部表面之歧管，該頂部表面具有複數個注入槍以用於將複數個壓縮空氣注入引導至易出現灰塵堆積之通風管道之該等區域。
6. 如請求項5之系統，其進一步包含一用於橫向移動該歧管以促進該管道中之灰塵之移動的構件。
7. 如請求項6之系統，其中該用於移動之構件包括一馬達或氣動缸。
8. 一種用於流化一選擇性催化還原系統之一管道中之灰燼的系統，其包含：一管道；用於產生壓縮空氣之構件；及一空氣注入集管，其與該用於產生壓縮空氣之構件接合且經由該管道中之一或多個孔與催化劑上游之該管道接合，該空氣注入集管包括一與複數個注入槍接合之次集管，該複數個注入槍中之每一者具有一末端噴嘴，其中該空氣注入集管將壓縮空氣自該用於產生壓縮空氣之構件注入至易出現灰塵堆積之該管道之區域，藉此再將該管道中之灰塵挾帶在流經該管道之煙道氣中。
9. 如請求項8之系統，其中該末端噴嘴包括一菇帽、一成角末端組態、一有孔末端組態或一敞口末端組態中之一者。
10. 如請求項8之系統，其中該末端噴嘴係可調整的或可移動的。
11. 如請求項8之系統，其中該空氣注入集管進一步包含一包括一頂部表面之歧管，該頂部表面具有複數個注入槍以用於將複數個壓縮空氣注入引導至易出現灰塵堆積之該管道之該等區域。
12. 如請求項11之系統，其進一步包含一用於橫向移動該歧管以促進該管道中之灰塵之移動的構件。
13. 如請求項12之系統，其中該用於移動之構件包括一馬達或氣動缸。
14. 一種用於流化一選擇性催化還原系統之一管道中之灰燼的方法，其包含：提供一包括一管道之選擇性催化還原系統；產生壓縮空氣；及藉由將該壓縮空氣經由一空氣注入集管及催化劑上游之該管道中之一或多個孔注入至易出現灰塵堆積之該管道之區域，將在該管道中之灰塵再挾帶至流經該管道之煙道氣。