CN209501369U - 一种具有混烟除尘作用的烟气scr脱硝装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有混烟除尘作用的烟气SCR脱硝装置，该装置中喷氨装置、混合器、预除尘烟管、催化剂依次布置，自省煤器出来的烟气先经喷氨装置喷氨(NH₃)，此状态下烟气速度场比较均匀，有利于氨的均匀扩散，一方面可以流经较长的路径才到达SCR脱硝反应器，有利于氨与烟气的均匀混合，提高装置的脱硝效率，另一方面含有氨的烟气经过混合器时，混合器进一步起到降低烟气内部温差和强化氨‑烟气二者混合的作用，随后烟气流入预除尘烟管进行除尘后再流入SCR脱硝反应器。实践证明，本实用新型中上述布置方式能够为SCR脱硝反应器创造非常均匀的流场条件，并且进入反应器中的烟气粉尘浓度较低，温差小，有利于提高SCR脱硝反应的效率。

Description

一种具有混烟除尘作用的烟气SCR脱硝装置

技术领域

本实用新型涉及烟气处理技术领域，特别涉及一种具有混烟除尘作用的烟气SCR脱硝装置。

背景技术

选择性催化还原(SCR)脱硝技术是国际上应用最为成熟的烟气脱硝技术，其以装置结构简单、可靠性好、脱硝效率高等优点占据了世界80％的烟气脱硝市场。SCR脱硝机理是将还原剂NH₃喷入烟气中，经过一定程度的混合后，NH₃与NOx在催化剂的作用下发生氧化还原反应使NOx被还原为无害的N₂。

SCR脱硝技术的脱硝性能受诸多因素影响，其中，流场分布是最重要的技术要求之一。《JB-T 13175-2017燃煤烟气脱硝数值和物理模拟试验方法》对首层催化剂入口处的流场做出以下技术要求：①烟气流速偏差不大于15％；②烟气流向偏差不大于10°；③浓度偏差不大于5％；④烟气温度偏差不超过±15℃。

现有技术的SCR脱硝系统的典型结构如图1，其主要包括省煤器1、催化剂7和空气预热器8；在省煤器1下方布置灰斗2进行预除尘，在烟道转弯和变径处布置导流措施(导流板3、整流器6等)进行流场优化，在喷氨装置4下游布置混合器5强化氨-烟气的混合效果，最终使得流场达到相关技术要求。此外，现有技术中还采取了现场喷氨调整优化试验对工程实际运行过程中的浓度场进行优化，以控制氨逃逸量。

虽然在数值和物理模拟试验中能够满足相应的技术要求，但是在SCR脱硝系统的长期运行中，有以下常见问题：

第一、首层催化剂入口烟气温差较大，有的工程项目绝对温差可达到30℃以上；

第二、催化剂堵塞和磨损严重；

第三、空气预热器腐蚀和堵塞严重，导致对气流阻力比较大。

因此，解决上述其中一个或者几个缺陷，是本领域内技术人员亟待解决的事情。

实用新型内容

本实用新型提供一种具有混烟除尘作用的烟气SCR脱硝装置，位于省煤器和空气预热器之间烟管，所述烟气SCR脱硝装置包括以下部件：喷氨装置、混合器、预除尘装置和装有催化剂的SCR脱硝反应器，其中，所述喷氨装置设置于所述省煤器的出口管道，所述预除尘装置包括具有至少一个拐弯段的预除尘烟管，所述预除尘烟管位于所述省煤器的出口管道下游，所述混合器设置于所述预除尘烟管上游烟管，所述SCR脱硝反应器连接于所述预除尘烟管的下游烟管

本实用新型中的喷氨装置、混合器、预除尘烟管依次布置，自省煤器出来的烟气先经喷氨装置喷氨，此状态下烟气压力比较大，有利于氨的扩散，并且可以流经较长的路径才到达SCR脱硝反应器，有利于氨均匀混合于烟气内部，提高后续脱硝效率，并且喷洒氨的烟气经混合器混合，混合器进一步起到降低烟气内部温差和强化氨-烟气二者混合的作用，随后烟气流入预除尘烟管进行除尘后再流入SCR脱硝反应器，实践证明，本实用新型中上述布置方式能够为SCR脱硝反应器创造非常均匀的流场条件，并且进入反应器中的烟气温度较均衡，温差小，有利于提高SCR脱硝反应的效率。

可选的，所述省煤器的出口管道包括锥形缩口管，沿气流方向，所述锥形缩口管的管内径渐缩，所述喷氨装置安装于所述锥形缩口管的锥形管段或者所述锥形缩口管的进口位置，所述混合器位于所述锥形缩口管的出口位置，并且所述喷氨装置与所述混合器之间具有预定距离。

可选的，所述预除尘装置还包括连接于所述预除尘烟管的灰斗，所述预除尘烟管包括至少两节直管段，各直管段之间形成有所述拐弯段。

可选的，所述直管段的数量为三节，三节直管段依次相连与位于两侧的第一管道、第二管道形成U型结构；

或者，所述直管段的数量为两节，两节直管段相连形成V型结构。

可选的，所述预除尘烟管中处于最低位置的管段底壁具有台阶面，所述台阶面朝向上游烟气，所述灰斗形成于所述最低位置的管段底壁，所述灰斗位于所述台阶面上游位置且靠近所述台阶面。

可选的，还包括整流器，所述SCR脱硝反应器中布置有至少两层催化剂，所述整流器布置于各层催化剂的正上方，所述空气预热器布置于所述SCR脱硝反应器的缩颈管出口正下方；所述预除尘烟管和所述SCR脱硝反应器之间的连接管道内部安装有导流部件。

可选的，所述混合器包括若干混合板，所述混合器安装位置的烟管为矩形管，所述混合板安装于所述矩形管的短边壁，沿纵向每一所述短边壁布置有至少一个混合板，同一短边壁上相邻的两混合板沿宽度方向交错布置；并且所述混合板的一端与所述短边壁呈预定角度固定，另一端向所述烟管中部延伸。

可选的，所述混合板包括板体和自所述板体向内延伸的延伸部，所述延伸部的宽度等于所述板体宽度；

或者，所述混合板包括板体和自所述板体向内延伸的延伸部，所述延伸部的宽度小于所述板体宽度，所述延伸部的数量为一个或者两个或者多个，沿宽度方向所有所述延伸部间隔布置。

可选的，同一横截面上，布置于相对两第一侧壁的所有混合板的延伸部也沿宽度方向交错布置。

可选的，所述延伸部为直板，或者弧形板。

附图说明

图1为现有技术中烟气SCR脱硝装置的结构示意图；

图2为本实用新型一种实施例中具有混烟除尘作用的烟气SCR脱硝装置的结构示意图；

图3为图2中局部放大示意图；

图4a为本实用新型第一种具体实施例中混合器的局部结构示意图；

图4b为本实用新型第二种具体实施例中混合器的局部结构示意图；

图4c为本实用新型第三种具体实施例中混合器的局部结构示意图；

图4d为本实用新型第四种具体实施例中混合器的局部结构示意图；

图5为图4a横向剖视图；

图6为本实用新型一种具体实施例中省煤器的烟气温度分布示意图；

图7为本实用新型一种具体实施例中具有混烟除尘作用的烟气SCR脱硝装置的三维示意图。

其中，图1中：

1-省煤器；2-灰斗；3-导流板；4-喷氨装置；5-混合器；6-整流器；7-催化剂；8-空气预热器；

其中，图2至图5、图7中：

11-省煤器；12-喷氨装置；13-混合器；131-混合板；1311-板体；1312-延伸部；14-灰斗；15导流部件；16--整流器；17-催化剂；18-空气预热器；19-锥形缩口管；10-预除尘烟管；101-第一管道；102-第二管道；103-第一直管道；104-第二直管道；105-第三直管道；1a-烟管、1a1-短边壁。

具体实施方式

针对现有技术中存在的上述技术问题，本文进行了深入探索，发现造成上述问题的主要原因是由于工程实际运行条件比模拟试验条件复杂的多。导致首层催化剂入口烟气温差大的主要原因是由于省煤器的换热不均，造成省煤器出口的烟气温度分布不均匀，而模拟试验条件是假设省煤器出口温度分布均匀，并未考虑实际情况和采取相应优化措施。

导致催化剂堵塞的主要原因是：由于SCR脱硝反应器布置在省煤器至空气预热器之间，属于高温高尘段，而省煤器下方的灰斗预除尘效率低下，预除尘效率一般在10％左右，催化剂长期在高尘环境下工作，出现催化剂的堵塞和磨损在所难免。

导致空气预热器腐蚀和堵塞严重问题产生的主要原因是：由于现有技术的浓度偏差一般在3％～5％之间，仍有一定的氨逃逸风险，而逃逸氨和三氧化硫、水反应生成了硫酸氢氨，硫酸氢氨在空气预热器的低温段液化，粘附在换热元件上造成腐蚀和堵塞。

针对现有技术出现的烟气温差大、预除尘效率低和氨-烟气混合均匀性受限的问题，本申请提案提出了一种稳定高效的烟气SCR脱硝装置，它具有调节烟气温度、降低温差的作用，能够大幅度地提高预除尘效率和进一步提高浓度分布均匀性，从而使得烟气SCR脱硝系统长期稳定、高效的运行。

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

请参考图2至图7，本实用新型提供了一种具有混烟除尘作用的烟气SCR脱硝装置，位于省煤器11和空气预热器之间烟管，烟气SCR脱硝装置包括喷氨装置12、混合器13、预除尘装置和装有催化剂17的SCR脱硝反应器。

其中省煤器11安装于锅炉尾部烟管下部用于回收所排烟的余热，即利用高温烟气的热量进一步加热锅炉给水，起到降低了烟气的排烟温度的作用。省煤器11的具体结构非本文发明点，可以参考现有技术，本文不做详细介绍。

混合器13的主要作用为调节烟气温差和混合氨-烟气的效果的作用。

预除尘装置的作用为预先除去烟气中的大部分粉尘。

SCR脱硝反应器中装有有催化剂17，催化剂17主要利用选择性催化还原(SCR)原理对NOx进行处理的物质，在催化剂的作用下，喷入还原剂氨或者尿素烟气中的NO_x被还原成N₂和H₂O。其中催化剂可以采用金属类或非金属类，具体可参考现有技术。在一种优选的实施方式中SCR脱硝反应器中的催化剂可以布置成层的形式，也就是说，SCR脱硝反应器中布置有至少两层催化剂17，各层催化剂之间具有预定距离，这样有利于提高烟气中NO_x还原效率。

本实用新型中省煤器11、喷氨装置12、混合器13、预除尘装置和SCR脱硝反应器沿烟气流动方向依次布置。具体地，预除尘装置包括具有至少一个拐弯段的预除尘烟管10，预除尘烟管位于省煤器11的出口管道下游。预除尘烟管10通过其自身形状改变烟气流动方向，进而实现烟气中较大颗粒的分离，分离后的固体颗粒落至灰斗内部。

喷氨装置12设置于省煤器11的出口管道，混合器13设置于预除尘烟管10上游烟管，SCR脱硝反应器连接于预除尘烟管10的下游烟管。

也就是说，烟气经省煤器11换热降温后先经过喷氨装置12，喷氨装置12对烟气进行喷洒氨还原剂，喷洒氨后的烟气再经过混合器13进行调节混合，然后进入预除尘烟管10，利用预除尘烟管10的结构特点去除烟气中的大部分粉尘，经预除尘烟管10后的烟气进入SCR脱硝反应器，在设备内部催化剂的作用下进行脱硝处理。

本实用新型中的喷氨装置12、混合器13、预除尘烟管10依次布置，自省煤器出来的烟气先经喷氨装置喷氨(NH₃)，此状态下烟气速度场比较均匀，有利于氨的均匀扩散，一方面可以流经较长的路径才到达SCR脱硝反应器，有利于氨与烟气的均匀混合，提高装置的脱硝效率，另一方面含有氨的烟气经过混合器时，混合器进一步起到降低烟气内部温差和强化氨-烟气二者混合的作用，随后烟气流入预除尘烟管进行除尘后再流入SCR脱硝反应器。实践证明，本实用新型中上述布置方式能够为SCR脱硝反应器创造非常均匀的流场条件，并且进入反应器中的烟气粉尘浓度较低，温差小，有利于提高SCR脱硝反应的效率。

在一种具体实施方式中，省煤器11的出口管道包括锥形缩口管，沿气流方向，锥形缩口管的管内径渐缩，喷氨装置12安装于锥形缩口管的进口位置或者锥形管段，喷氨装置12优选安装于锥形缩口管19的最大管径位置(即进口位置)，当然，如果安装受限，锥形缩口管19也可以安装于锥形管段的锥形管段。

锥形缩口管可以起到对烟气的均流的作用。

混合器13位于锥形缩口管的出口位置，并且喷氨装置12与混合器13之间具有预定距离，这样有利于喷氨装置12喷洒氨均布于烟气中。

预除尘烟管10主要是利用自身结构特征对烟气进行除尘，即利用设置拐弯段实现粉尘的预清理，当然也可以在烟管内部安装构件，利用构件的干扰实现烟气内部粉尘的清除。

本实用新型中的预除尘装置还包括连接于预除尘烟管10的灰斗，预除尘烟管10包括至少两节直管段，各直管段之间形成有拐弯段。当然，拐弯段可以形成于直管段与直管段之间，拐弯段也可以形成于曲线段与曲线段之间，或者拐弯段形成于直管段与曲线段之间。

也就是说，预除尘烟管10的形成可以通过两节或多节直管段相连接形成，也可以通过两节或多节曲线段连接形成，当然还可以通过直管段和曲线段连接形成。拐弯段是相邻两管段连接处。

曲线段通常为内表面圆滑连续的管段，例如弧段。

上述实施例中的预除尘烟管10设置有至少两个拐弯段，这样烟气的流动路径多变，有利于烟气中粉尘在离心力的作用下落入灰斗被收集。

在一种优选的实施方式中，预除尘烟管10中直管段的数量为三节，三节直管段依次相连与位于两侧的第一管道101、第二管道102形成U型结构；预除尘烟管10两端部通过第一管道101和第二管道102与相应侧的烟管连接。其中第一管道101和第二管道102的形状和布置形式可以根据具体情况设定。

在另一种具体实施方式中，直管段的数量也可以为两节，两节直管段依次相连形成V型结构。

图2中给出了预除尘烟管10为U型结构的具体实施方式，直管段包括依次相连的第一直管段103、第二直管段104和第三直管段105，相邻直管段连接位置的内壁圆滑过渡。烟气进入U型预除尘烟管10后，由于粉尘收到重力和离心力的作用，粉尘颗粒偏离烟气流动轨迹，析出烟气内部，落在预除尘烟管10的底部。

当然，V型结构也具有上述技术效果。

进一步地，上述实施中预除尘烟管10中处于最低位置的管段底壁具有台阶面，台阶面朝向上游烟气，即台阶面面向烟气吹来的方向。灰斗14形成于最低位置的管段底壁，灰斗14位于台阶面上游位置且靠近台阶面。

以U型结构为例，台阶面和灰斗14均设置于第二直管段104，第二直管段104与拐弯段之间形成台阶面11a，灰斗14设置于第二直管段104，且位于台阶面11a前侧。

台阶面11a可以起到阻挡粉尘颗粒的作用，避免粉尘颗粒随烟气流入下游烟气管道，可有效避免粉尘堵塞催化剂层，保持SCR脱硝反应器处于高效工作状态。

上述各实施例中，SCR脱硝反应器的入口还布置有整流器16，整流器16位于各层催化剂17的正上方，也就是说，整流器16平行各层催化剂17，烟气沿同一方向流过整流器16、各层催化剂17。如图2，烟气竖直流过整流器16、各层催化剂17。图2中给出了设置三层催化剂的具体实施方式。

空气预热器18布置于SCR脱硝反应器的缩颈管出口正下方，即烟气沿同一方向流过空气预热器18和SCR脱硝反应器，如图2所示，烟气沿竖直方向流过空气预热器18和SCR脱硝反应器。

这样可以减少催化剂至空气预热器的烟管距离，烟气阻力小，同时烟气能够均匀进入空气预热器，大大减小空气预热器堵塞和换热元件磨损的风险。

本实用新型还提供了一种实现混合作用的混合器13，具体地，混合器13包括若干混合板，混合器安装位置的烟管为矩形管，所述混合板安装于矩形管的短边壁1a1，即烟管由横截面为矩形的矩形管1a围成，沿纵向每一短边壁1a1布置有至少一个混合板，并且同一短边壁1a1上相邻的两混合板131沿宽度方向交错布置。并且混合板的一端与短边壁1a1呈预定角度固定，另一端向烟管中部延伸。

也就是说，混合板131的一端固定于短边壁1a1并且混合板的板体1311与短边壁夹角为α。

上述实施例中，混合板安装于烟管较短的侧壁上，有利于增大混合板的长度，使烟气往烟管中间流动，并且在混合器13下游形成遍布整个烟管断面的大涡流，在剧烈地涡流作用下，达到调节烟气温度和混合氨-烟气的效果。

沿宽度方向，短边壁1a1可以布置有一个混合板131，也可以间隔布置有两个混合板131。这主要根据混合板的尺寸决定。混合板的宽度可以大约与短边壁1a1相同，同一侧壁在同一横截面上仅布置一个混合板，同一截面上的两个混合板相对布置，二者之间形成烟道。混合板的形状可以设计为多种形状，同一横截面上的两混合板关于横截面中心对称。

同一横截面上，布置于相对两短边壁1a1上的所有混合板交错布置。为了增加混合板固定的可靠性，混合板131可以包括板体1311和自板体向内延伸的延伸部1312，延伸部1312的宽度等于板体1311宽度，或者延伸部1312的宽度小于板体1311宽度，延伸部1312的数量为一个或者两个或者多个，沿宽度方向各延伸部1312间隔布置。具体地，同一横截面上，布置于相对两短边壁1a1的所有混合板131的延伸部也沿宽度方向交错布置。

图4a至图4d中给出了四种混合器13的具体结构，主要区别在于混合板的结构和尺寸不同，其中图4a中混合板为L型结构，两对安装的L型结构的延伸部交错布置。图4b中混合板为矩形板，矩形板的宽度大致为短边壁1a1的四分之一，两短边壁1a1上的矩形板交错布置。图4c中混合板为梳齿形，板体1311的宽度大致等于短边壁1a1，板体1311上设置两个或者两个以上的延伸部，相对的各延伸部交错设置。图4d中混合板结构为矩形，其宽度大致为短边壁1a1的一半。

板体1311靠近烟管的管壁安装，混合板除了与短边壁1a1固定外，其侧边还可以固定于其他侧壁上，以增加安装可靠性。

上述各实施例中，预除尘烟管10和SCR脱硝反应器之间的连接管道具有弯道部，弯道部还安装有导流部件15，以对烟气进行导流。

以下给出了一种具体的实施例，具体实施例的主要设计参数如下：烟气量为1360000m³/h，平均烟温为360℃，最大温差为40℃，省煤器11出口温度分布如图6所示；省煤器11出口粉尘浓度为45g/Nm³，粉尘粒径范围为1～200μm，平均粒径为36μm；喷氨量为150Nm³/h，喷氨系统稀释风量为2850Nm³/h；安装有三层催化剂，每层催化剂阻力为150Pa，空气预热器18阻力为800Pa。

具体实施例的三维模型主要尺寸如下：省煤器11出口的烟管横截面为10m×8.4m，安装混合器13的烟管横截面为4m×7.6m，混合器13采用图4(a)形式，催化剂尺寸为9m×10m×1.15m，喷氨装置12由6根直径为133mm的喷氨支管组成，每根支管上开设10个直径为25mm小喷口。

具体实施例的数值模拟试验结果如表1所示，从表1可以看出，本发明采取的烟气SCR脱硝装置及方法流场均匀性非常好，远优于技术要求，同时也有较高预除尘效果，能够有效保证脱硝装置长期稳定高效的运行。

表1数值模拟结果

烟气SCR脱硝装置其他方面的资料请参考现有技术，本文不做赘述。

以上对本实用新型所提供的一种烟气SCR脱硝装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有混烟除尘作用的烟气SCR脱硝装置，其特征在于，位于省煤器和空气预热器之间烟管，所述烟气SCR脱硝装置包括以下部件：喷氨装置(12)、混合器(13)、预除尘装置和装有催化剂(17)的SCR脱硝反应器，其中，所述喷氨装置(12)设置于所述省煤器(11)的出口管道，所述预除尘装置包括具有至少一个拐弯段的预除尘烟管(10)，所述预除尘烟管(10)位于所述省煤器(11)的出口管道下游，所述混合器(13)设置于所述预除尘烟管(10)上游烟管，所述SCR脱硝反应器连接于所述预除尘烟管(10)的下游烟管。

2.根据权利要求1所述的具有混烟除尘作用的烟气SCR脱硝装置，其特征在于，所述省煤器(11)的出口管道包括锥形缩口管，沿气流方向，所述锥形缩口管的管内径渐缩，所述喷氨装置(12)安装于所述锥形缩口管的锥形管段或者所述锥形缩口管的进口位置，所述混合器(13)位于所述锥形缩口管的出口位置，并且所述喷氨装置(12)与所述混合器(13)之间具有预定距离。

3.根据权利要求1所述的具有混烟除尘作用的烟气SCR脱硝装置，其特征在于，所述预除尘装置还包括连接于所述预除尘烟管(10)的灰斗(14)，所述预除尘烟管(10)包括至少两节直管段，各直管段之间形成有所述拐弯段。

4.根据权利要求3所述的具有混烟除尘作用的烟气SCR脱硝装置，其特征在于，所述直管段的数量为三节，三节直管段依次相连与位于两侧的第一管道、第二管道形成U型结构；

或者，所述直管段的数量为两节，两节直管段相连形成V型结构。

5.根据权利要求3所述的具有混烟除尘作用的烟气SCR脱硝装置，其特征在于，所述预除尘烟管(10)中处于最低位置的管段底壁具有台阶面，所述台阶面朝向上游烟气，所述灰斗(14)形成于所述最低位置的管段底壁，所述灰斗(14)位于所述台阶面上游位置且靠近所述台阶面。

6.根据权利要求1所述的具有混烟除尘作用的烟气SCR脱硝装置，其特征在于，还包括整流器，所述SCR脱硝反应器中布置有至少两层催化剂(17)，所述整流器布置于各层催化剂(17)的正上方，所述空气预热器布置于所述SCR脱硝反应器的缩颈管出口正下方；所述预除尘烟管(10)和所述SCR脱硝反应器之间的连接管道内部安装有导流部件。

7.根据权利要求1至6任一项所述的具有混烟除尘作用的烟气SCR脱硝装置，其特征在于，所述混合器(13)包括若干混合板(131)，所述混合器安装位置的烟管为矩形管(1a)，所述混合板(131)安装于所述矩形管的短边壁，沿纵向每一所述短边壁(1a1)布置有至少一个混合板(131)，同一短边壁(1a1)上相邻的两混合板(131)沿宽度方向交错布置；并且所述混合板(131)的一端与所述短边壁(1a1)呈预定角度固定，另一端向所述烟管中部延伸。

8.根据权利要求7所述的具有混烟除尘作用的烟气SCR脱硝装置，其特征在于，所述混合板(131)包括板体(1311)和自所述板体(1311)向内延伸的延伸部(1312)，所述延伸部(1312)的宽度等于所述板体(1311)宽度；

或者，所述延伸部(1312)的宽度小于所述板体(1311)宽度，所述延伸部(1312)的数量为一个或者两个或者多个，沿宽度方向所有所述延伸部(1312)间隔布置。

9.根据权利要求8所述的具有混烟除尘作用的烟气SCR脱硝装置，其特征在于，同一横截面上，布置于相对两第一侧壁的所有混合板(131)的延伸部(1312)也沿宽度方向交错布置。

10.根据权利要求8所述的具有混烟除尘作用的烟气SCR脱硝装置，其特征在于，所述延伸部为直板，或者弧形板。