WO2021218076A1 - 一种适用于煤粉锅炉高温烟气sncr脱硝的新型混合器结构 - Google Patents

一种适用于煤粉锅炉高温烟气sncr脱硝的新型混合器结构 Download PDF

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Abstract

一种适用于煤粉锅炉高温烟气SNCR脱硝的混合器结构，包括粉煤锅炉（1）、烟道（2）、混合器（3）、倾斜挡板（4）、SNCR喷枪（5）、混合器挡板（6）。其中，粉煤锅炉（1）的尾部连接有烟道（2），烟道（2）内布置有用于高温烟气SNCR脱硝的混合器（3）。在煤粉锅炉（1）的烟道（2）内合适区域内基于基础混合器本体构建烟气/还原剂混合器（3），实现理想的SNCR脱硝效率。

Description

一种适用于煤粉锅炉高温烟气SNCR脱硝的新型混合器结构 【技术领域】
本发明涉及燃煤锅炉环保技术领域，特别涉及一种适用于煤粉锅炉高温烟气SNCR脱硝的新型混合器结构。
【背景技术】
为适应对燃煤机组排放烟气的污染物如NO x等超低排放要求，煤粉锅炉一般采用选择性催化还原SCR法进行NO x脱除，该方法存在脱硝装置建设成本高、催化剂耗量大、催化剂失效或中毒、废弃催化剂处置成本高且对环境潜在危害大等诸多问题。如果能在烟气进入SCR装置前大幅度脱除其大部分NO x，可有效缓解下游SCR装置的脱硝压力，有利于延长SCR催化剂的寿命，产生良好的经济与社会效益。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种适用于煤粉锅炉高温烟气SNCR脱硝的新型混合器结构，解决了现有技术中存在的SNCR脱硝效率低的问题。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明提供的一种适用于煤粉锅炉高温烟气SNCR脱硝的新型混合器结构，包括布置在烟道内用于高温烟气SNCR脱硝的混合器，所述混合器设置有至少一个，所述混合器沿烟道的径向方向并列布置。
优选地，所述混合器包括若干个基础混合器本体，其中，若干个基础混合器本体依次串联连接；置于首位的基础混合器本体连接有烟气入口单元；置于尾部的基础混合器本体连接有烟气出口单元。
优选地，所述烟气入口单元和烟气出口单元结构相同，其中，烟气入口单元包括两个倾斜挡板，两个倾斜挡板呈对称结构布置；每个倾斜挡板与烟道的轴线之间设置有倾角；每个倾斜挡板的两端分别连接有第一混合器挡板，两个第一混合器挡板的自由端连接；倾斜挡板和两个第一混合器挡板之间形成直角三棱柱形状；两个直角三棱柱形状呈对称结构布置。
优选地，所述烟气入口单元的开口朝向烟气上游，形成减缩型流道；所述烟气出口单元的开口朝向烟气下游，形成渐扩型流道。
优选地，所述烟气入口单元布置有多个SNCR喷枪。
优选地，所述基础混合器本体包括两个长方框体结构，每个长方框体结构上开设有开口；两个长方框体结构对称布置，且两个开口相对布置；两个长方框体结构之间通过工字型连接件连接，所述工字型连接件的两端分别置于两个长方框体结构的腔体内。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的一种适用于煤粉锅炉高温烟气SNCR脱硝的新型混合器结构，在煤粉锅炉的烟道内合适区域内基于基础混合器本体构建高效的烟气/还原剂混合器，可实现理想的SNCR脱硝效率；其整体设计简单，可利用烟道内无屏式换热器的区域进行直接布置，对烟道结构的改动小，且对烟道下游的设备运行影响很小；由于烟气在混合器内加速将增加流动阻力，设计时需要在烟气流动损失与SNCR脱硝效率间取得平衡，以便收获理想的整体经济效益。
【附图说明】
为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此 不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是布置于多个混合器结构布置示意图；
图2是基础混合器本体的俯视图；
图3是基础混合器本体的正视图；
图4是烟气入口单元的俯视图；
图5是烟气入口单元的正视图；
图6是烟气出口单元的俯视图；
图7是烟气出口单元的正视图；
图8是烟气入口单元、2个基础混合器本体和烟气出口单元构建的混合器结构图；
图9是倾斜挡板结构图；
图10是混合器挡板结构图；
图11是基于烟道宽度的基础混合器本体的相关尺寸图。
其中，1-煤粉锅炉，2-烟道，3-混合器，4-倾斜挡板，5-SNCR喷枪，6-第二混合器挡板，7-耐热钢材，8-耐火耐磨材料层，9-边界挡板，10-烟道宽度，11-基本单元宽度，12-入口宽度，13-流道宽度，14-流道宽度，15-流道宽度，16-流道宽度，17-挡板长度，18-挡板长度，19-挡板半长度，20-挡板长度。
【具体实施方式】
目前在研究烟气的选择性非催化还原反应SNCR时发现若能快速实现还原剂与烟气的良好混合，可有效减少氨基还原剂在高温环境中的自氧化份额，从而提升其用于NO x还原的份额，即使烟气温度较高，SNCR脱硝仍可实现较为理想 的脱硝效率，例如通过实验与模拟研究发现，在合适的氨氮摩尔比和烟气/还原剂快速均匀混合的条件下，即使高达1000℃的高温烟气中，SNCR脱硝效率普遍可达60％～70％，最高可接近80％。在此研究基础上，针对不同类型的SNCR脱硝反应器设计，从SNCR喷枪喷射还原剂的覆盖范围、烟道宽度等角度出发展开了相关对比分析，在此基础上设计了一种根据煤粉锅炉烟气SNCR脱硝需求可重复使用的烟道内基本的混合器单元，辅助以促进雾滴蒸发、减少烟气阻力损失的混合器进口与出口设计，构建了一种适用于煤粉锅炉高温烟气高效SNCR脱硝的混合器和反应器，若在煤粉锅炉SCR装置上游适当位置设计合理的烟气/还原剂混合与SNCR反应装置，便可有效降低SCR装置前烟气中NO x含量，达到预期目的；具体地：
如图1所示，本发明提供的一种适用于煤粉锅炉高温烟气SNCR脱硝的新型混合器结构，包括粉煤锅炉1、烟道2、混合器3、倾斜挡板4、SNCR喷枪5、混合器挡板6，其中，所述粉煤锅炉1的尾部连接有烟道2，所述烟道2内布置有用于高温烟气SNCR脱硝的混合器3。
所述混合器3包括若干个基础混合器本体，其中，若干个基础混合器本体依次串联连接；置于首位的基础混合器本体连接有烟气入口单元；置于尾部的基础混合器本体连接有烟气出口单元。
所述混合器3设置有至少一个，其高度与烟道高度相同；若混合器3设置有两个以上时，该多个混合器3并列布置。
如图4至图7所示，所述烟气入口单元和烟气出口单元结构相同，其中，烟气入口单元包括两个倾斜挡板4，两个倾斜挡板呈对称结构布置。
所述倾斜挡板4与烟道2的轴线之间设置有倾角。
所述倾斜挡板4的两端分别连接有第一混合器挡板，两个第一混合器挡板的自由端连接；倾斜挡板4和两个第一混合器挡板之间形成直角三棱柱形状。
所述烟气入口单元的开口朝向烟气上游；所述烟气出口单元的开口朝向烟气下游。
所述烟气入口单元处的倾斜挡板4上布置有多个SNCR喷枪5；每个SNCR喷枪5的安装方向与倾斜挡板4之间设置有倾角。
具体所需的喷枪数量及布置方式可结合烟温与烟速等条件通过数值模拟方法展开优化设计。
SNCR喷枪5的尾部处在封闭的直棱柱空间内，还原剂溶液管道穿过该空间上方的烟道壁面进入直棱柱空间内与SNCR喷枪5相连接。即可以在烟道内部布置SNCR喷枪5，可有效解决还原剂溶液经SNCR喷枪5喷射后射入深度有限的若干问题，突破了SNCR脱硝方法中SNCR喷枪5只能布置于烟道2的壁面而无法在烟道内部布置的传统方法。
所述烟气入口单元由两个对称的直三棱柱形成了减缩型流道，高温烟气流经此处将被加速，裹挟着从SNCR喷枪5喷射的还原剂雾滴进入基础混合器本体。
如图2、图3所示，所述基础混合器本体由第二混合器挡板6构成，其包括两个长方框体结构，每个长方框体结构上开设有开口；两个长方框体结构对称布置，且两个开口相对布置。
两个长方框体结构之间通过工字型连接件连接，所述工字型连接件的两端分别置于两个长方框体结构的腔体内。
如图9、图10所示，所述倾斜挡板4为耐热钢材7，所述耐热钢材7与烟气接触的一面上涂覆有耐火耐磨材料层8。
所述混合器挡板为耐热钢材，所述耐热钢材的两面均涂覆有耐火耐磨材料层。
所述耐热钢材为310S不锈钢为挡板材料。
烟气/还原剂进入基础混合器本体后，由于工字型连接件的竖直板的阻隔，均分成两股烟气各流向两侧，并继续完成了“Ω型”的流动路线。
由于烟气与还原剂在封闭空间构成的内完成了多次转向流动，在烟气的行进与转向中，促进了烟气与还原剂的混合，同时，高速流动在U型流道的局部的直角区域会形成强回流区，可进一步提升局部回流区的烟气与还原剂的混合效果。
烟气与还原剂流经单个基础混合器本体便完成了四次的U型流动，并经多处的局部回流区加强混合，可以实现充分的混合和理想的SNCR脱硝。若流经2个或多个基础混合器本体，其混合与SNCR脱硝的效果更佳，虽然流动压力损失也更大。
基础混合器本体见图8和图11中流道宽度等尺寸的良好设计是实现较低流动压力损失和较高SNCR脱硝效率的关键，设计原则应包含以下几点：
1.烟道2的宽度10应为基础混合器本体宽度11的整数倍；
2.基础混合器本体的宽度11应为其入口宽度12的3倍；
3.基础混合器本体内的两个“Ω型”流道呈对称分布，其流道宽度13、14、15、16保持一致；
4.基础混合器本体内挡板长度18、19需结合使用的基础混合器本体的数量及布置混合器的烟道区域的空间具体确定。
本发明在煤粉锅炉1的烟道2内合适区域内基于基础混合器本体构建高效的烟气/还原剂混合器，可实现理想的SNCR脱硝效率。其整体设计简单，可利用烟道2内无屏式换热器的区域进行直接布置，对烟道结构的改动小，且对烟道下 游的设备运行影响很小。由于烟气在混合器内加速将增加流动阻力，设计时需要在烟气流动损失与SNCR脱硝效率间取得平衡，以便收获理想的整体经济效益。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (6)

  1. 一种适用于煤粉锅炉高温烟气SNCR脱硝的新型混合器结构，其特征在于，包括布置在烟道(2)内用于高温烟气SNCR脱硝的混合器(3)，所述混合器(3)设置有至少一个，所述混合器(3)沿烟道(2)的径向方向并列布置。
  2. 根据权利要求1所述的一种适用于煤粉锅炉高温烟气SNCR脱硝的新型混合器结构，其特征在于，所述混合器(3)包括若干个基础混合器本体，其中，若干个基础混合器本体依次串联连接；置于首位的基础混合器本体连接有烟气入口单元；置于尾部的基础混合器本体连接有烟气出口单元。
  3. 根据权利要求2所述的一种适用于煤粉锅炉高温烟气SNCR脱硝的新型混合器结构，其特征在于，所述烟气入口单元和烟气出口单元结构相同，其中，烟气入口单元包括两个倾斜挡板(4)，两个倾斜挡板呈对称结构布置；每个倾斜挡板(4)与烟道(2)的轴线之间设置有倾角；每个倾斜挡板(4)的两端分别连接有第一混合器挡板，两个第一混合器挡板的自由端连接；倾斜挡板(4)和两个第一混合器挡板之间形成直角三棱柱形状；两个直角三棱柱形状呈对称结构布置。
  4. 根据权利要求3所述的一种适用于煤粉锅炉高温烟气SNCR脱硝的新型混合器结构，其特征在于，所述烟气入口单元的开口朝向烟气上游，形成减缩型流道；所述烟气出口单元的开口朝向烟气下游，形成渐扩型流道。
  5. 根据权利要求2所述的一种适用于煤粉锅炉高温烟气SNCR脱硝的新型混合器结构，其特征在于，所述烟气入口单元布置有多个SNCR喷枪(5)。
  6. 根据权利要求2所述的一种适用于煤粉锅炉高温烟气SNCR脱硝的新型混合器结构，其特征在于，所述基础混合器本体包括两个长方框体结构，每个长方框体结构上开设有开口；两个长方框体结构对称布置，且两个开口相对布置； 两个长方框体结构之间通过工字型连接件连接，所述工字型连接件的两端分别置于两个长方框体结构的腔体内。
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