CN202844884U

CN202844884U - 烟气脱硝系统的喷氨与涡流混合装置

Info

Publication number: CN202844884U
Application number: CN 201220255640
Authority: CN
Inventors: 路光杰; 郭婷婷; 吴敌; 沈滨; 陆金丰
Original assignee: Beijing Guodian Longyuan Environmental Engineering Co Ltd
Current assignee: Guoneng Longyuan Environmental Engineering Co Ltd
Priority date: 2012-06-01
Filing date: 2012-06-01
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2022-06-01

Abstract

一种烟气脱硝系统的喷氨与涡流混合装置，该装置包括固定于垂直烟道内的涡流混合元件、插入垂直烟道内部的喷氨管，以及固定于弯道内的导流叶片；涡流混合元件为两个以上大小相等、在垂直烟道内间隔分布的圆形绕流板；各圆形绕流板上方分别对应安装有一个喷氨管，喷氨管上方安装有横向间隔分布的均流管，导流叶片在弯道I及弯道II内分别固定有一组。本实用新型可广泛应用于燃煤电厂选择性催化还原SCR烟气脱硝系统中，有效地解决了SCR脱硝系统烟道入口倾斜引起的流场和反应物混合不均匀等问题，方便了SCR烟气脱硝系统的工程设计和施工安装。

Description

烟气脱硝系统的喷氨与涡流混合装置

技术领域

本实用新型涉及电站燃煤锅炉氮氧化物控制技术，特别是一种烟气SCR脱硝系统的气体喷氨及混合装置。

背景技术

选择性催化还原技术（SCR）是目前应用最为广泛的一种烟气脱硝技术，SCR脱硝系统具有设备尺寸大、烟道布置局限性大等特点，对烟气流速、氨氮比、温度及飞灰的负载分布提出了相当高的要求，深入研究烟气脱硝系统，改善烟气和氨气的混合均匀程度，将为国内自主研发烟气脱硝系统提供指导，同时，对于燃煤电厂的节能减排工作意义重大。

SCR反应器中催化剂入口截面反应物（主要是NH₃和NOx）浓度分布的均匀性对于脱硝装置的运行至关重要。反应物分布不均，使得反应不能充分进行，降低脱硝性能。氨在某些区域过量，会导致过剩的氨逃逸出反应器，造成新的环境污染，同时导致脱硝效果变差；某些区域的氨量不足，则导致NOx并未被还原的结果。

我国通常采用高温高尘布置的SCR工艺系统，SCR反应器通常布置在省煤器下游、除尘装置的上游。由于受场地空间小、反应器尺寸大等原因所限，设计中通常在SCR反应器与省煤器出口连接处采用矩形倾斜烟道，倾斜角度α为32°，导致垂直烟道入口烟气速度分布不均匀， V5侧速度大，V1侧速度低。现有安装在烟道内的混合装置均无法调整进入垂直烟道内烟气的流速，氨的喷速无法与烟气速度相适应，影响了烟气与还原剂氨的混合效果，氨的利用率低。在烟气与氨混合后仍有部分烟气未能混合均匀，而现有混合装置无法使这部分烟气再与氨混合，烟气的脱硝效率低。

发明内容

本实用新型提供一种烟气脱硝系统的喷氨与涡流混合装置，要解决SCR脱硝系统烟道入口倾斜引起的还原剂与反应物混合不均匀的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

这种烟气脱硝系统的喷氨与涡流混合装置，包括固定于垂直烟道内的涡流混合元件、插入垂直烟道内部的喷氨管，以及固定于弯道内的导流叶片，所述垂直烟道上端经弯道II与渐缩段烟道连接，垂直烟道下端经弯道I与入口段矩形倾斜烟道连接，入口段矩形倾斜烟道相对于垂直烟道侧向倾斜，倾斜角为α；

所述涡流混合元件为两个以上大小相等、在垂直烟道内间隔分布的圆形绕流板，各圆形绕流板均向反应器侧倾斜固定于垂直烟道下部，圆形绕流板的向流面与进入垂直烟道的烟气相对，圆形绕流板的背流面倾斜与喷氨管的喷头相对；

所各圆形绕流板上方分别对应安装有一个喷氨管，喷氨管水平插入圆形绕流板上方的垂直烟道内部，喷头竖直向下设置，各喷氨管上连接有独立的流量控制系统；

所述喷氨管上方的垂直烟道内安装有横向间隔分布的均流管，均流管两端与垂直烟道内壁固定；

所述导流叶片为一组沿弯道弧度半径等间距排列的弯弧形导流板，相邻弯弧形导流板之间留有烟气通道间隙，烟气进入烟气通道的一端为进气口，烟气流出烟气通道的一端为出气口，导流叶片在弯道I及弯道II内分别固定有一组。

所述圆形绕流板与水平方向的夹角β为30°～45°。

所述圆形绕流板的直径d大于垂直烟道宽度的50%且不超过垂直烟道宽度的80%。

所述圆形绕流板在垂直烟道内的高度低于垂直烟道高度的25%。

所述靠反应器侧的均流管与垂直烟道内壁的距离a大于靠入口段矩形倾斜烟道侧的均流管与的垂直烟道内壁的距离c。

所述均流管与圆形绕流板圆心之间的垂直距离e为圆形绕流板直径d的2～3倍。

所述均流管的直径可为80mm～120mm。

所述垂直烟道的高度大于其入口当量直径的两倍。

本实用新型的工作原理如下：

本实用新型的涡流混合元件利用了空气动力学中的驻涡理论，在烟气的作用下，在涡流混合元件背面形成涡流区，即“驻涡区”。驻涡的特点是其位置恒定不变，无论烟气流速的大小如何变化，驻涡区的位置基本不变。由于入口烟道结构上的偏斜，导致涡流混合器入口截面速度分布不均匀，V5侧速度大，V1侧速度低。烟气在圆形绕流板周围形成卷吸力，卷吸力大小与速度呈正比关系，V5对应的圆形绕流板周围烟气卷吸能力最强，氨气与烟气迅速掺混。

烟气与氨的混合气体流经均流管时，在圆管周围形成绕流，圆管下游流体会发生绕流物体后旋涡脱落的现象，即存在“卡门涡街”，交替产生的周期性旋涡增加了烟道内部流体的湍流强度，强化了烟气与还原剂氨进一步均匀混合，均流管还起到了一定的整流作用，在垂直烟道内实现了烟气与还原剂氨的混合。同时，垂直烟道越长，催化剂入口截面流场和浓度场越均匀，垂直烟道高度应大于其入口当量直径2倍。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型是在前期SCR脱硝工程和理论研究基础上，提出的一种烟气SCR脱硝系统的喷氨及涡流混合装置，优化了NH₃/NO_x混合效果，提高了催化剂的利用率和脱硝效率。

本实用新型利用烟气在涡流混合元件周围形成的涡流实现烟气与还原剂氨的充分混合，利用在均流管周围形成的绕流实现烟气与还原剂的进一步均匀混合，使NH₃/NO_x在第一层催化剂入口截面浓度均匀偏差在±5%以内。其中涡流混合元件采用多个圆形绕流板，并将其倾斜布置在垂直烟道内。涡流混合元件具有双重作用：一方面实现烟气与还原剂的混合，另一方面可增加流场的均匀程度。每个绕流板上方对应一个喷氨管，喷氨管均具有独立的流量控制系统。通过合理分配喷氨管的氨喷射速度V1～V5，使氨喷射速度与烟气的流速相适应，可以使还原剂氨与烟气混合更加均匀。在垂直烟道内横向加装有均流管，均流管可起到进一步加强烟气与氨的混合和整流的作用，并使烟气流速更加均匀。本实用新型在弯头I和弯头II内分别加装一组弧形导流叶片，改善了流动方向变化引起的流场不均匀，提高了垂直烟道入口截面速度的均匀性。

本实用新型结构简单、调节时间短、便于安装、不需要维护，烟气适应性强，NH₃/NO_x混合效果好，提高了催化剂的利用率和脱硝效率。本实用新型可广泛应用于燃煤电厂选择性催化还原SCR烟气脱硝系统中，有效地解决了SCR脱硝系统烟道入口倾斜引起的流场和反应物混合不均匀等问题，方便了SCR烟气脱硝系统的工程设计和施工安装。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是图1A-A剖面的结构示意图。

图3是图1B-B剖面的结构示意图。

附图标记：1-入口段矩形倾斜烟道、2-弯道I、3-圆形绕流板、4-喷氨管、5-均流管、6-垂直烟道、7-导流叶片、8-渐缩段烟道、9-格栅式整流器、10-第一层催化剂、11-反应器、12-弯道II。

具体实施方式

实施例参见图1所示，这种烟气脱硝系统的喷氨与涡流混合装置，包括固定于垂直烟道6内的涡流混合元件、插入垂直烟道6内部的喷氨管4，以及固定于弯道内的导流叶片7，所述垂直烟道6上端经弯道II与渐缩段烟道8连接，垂直烟道下端经弯道I与入口段矩形倾斜烟道1连接，入口段矩形倾斜烟道1相对于垂直烟道6侧向倾斜，倾斜角为α。

参见图1、图2所示，所述涡流混合元件为两个以上大小相等、在垂直烟道6内间隔分布的圆形绕流板3，各圆形绕流板3均向反应器11侧倾斜固定于垂直烟道6下部，圆形绕流板3与水平方向夹角β为30°，圆形绕流板3的向流面与进入垂直烟道6的烟气相对，圆形绕流板3的背流面倾斜与喷氨管4的喷头相对。

所述圆形绕流板3与水平方向的夹角β为30°～45°。圆形绕流板3的直径d大于垂直烟道6宽度的50%且不超过垂直烟道6宽度的80%。圆形绕流板3在垂直烟道6内的高度低于垂直烟道6高度的25%。

所述各圆形绕流板3上方分别对应安装有一个喷氨管4，垂直距离为500mm。喷氨管4水平插入圆形绕流板3上方的垂直烟道6内部，喷头竖直向下设置，各喷氨管4上连接有独立的流量控制系统。五个喷氨管4按照与入口段矩形倾斜烟道1内倾斜角α距离由近到远，其氨喷射速度分别为V1～V5，其中V1、V2为7～8 m/s，V3、V4、V5为10 m/s。

参见图1、图3所示，所述喷氨管4上方的垂直烟道6内安装有五根横向间隔分布的均流管5，均流管5两端与垂直烟道6内壁固定；均流管5与圆形绕流板3圆心之间的垂直距离e为圆形绕流板3直径d的2～3倍。均流管5与圆形绕流板3圆心的垂直距离e为圆形绕流板直径d的2～3倍。均流管5的直径可为100mm。

所述导流叶片7为一组沿弯道弧度半径等间距排列的弯弧形导流板，弯弧形导流板可六个一组，每个导流叶片弧度为π/2。相邻的弯弧形导流板之间留有烟气通道间隙，烟气进入烟气通道的一端为进气口，烟气流出烟气通道的一端为出气口，导流叶片7在弯道I及弯道II内分别固定有一组。

本实用新型的工作过程：

这种烟气脱硝系统的喷氨与涡流混合方法，步骤如下：

步骤一，安装烟气脱硝系统的喷氨与涡流混合装置，在垂直烟道6内对应安装圆形绕流板3、喷氨管4和均流管5，在弯道I及弯道II内分别固定一组导流叶片7；

步骤二，烟气的喷氨与涡流混合，

A、烟气从入口段矩形倾斜烟道1进入弯道I，经导流叶片7调整烟气流向和流速后进入垂直烟道6内；

B、进入垂直烟道6的烟气受到倾斜的圆形绕流板3向流面阻挡，在圆形绕流板3的边缘形成涡流；调节各喷氨管4的流量，使各喷氨管4氨的喷射速度与其下方对应的烟气流速相适应，与倾斜角α距离最近的喷氨管4的氨喷射速度小于与倾斜角α距离最远的喷氨管4的氨喷射速度。氨喷射到圆形绕流板3的背流面，并扩散至圆形绕流板3边缘与烟气形成涡流并混合均匀；

C、烟气与氨的混合气体流向上在均流管5周围形成绕流，烟气与氨进一步混合均匀，同时流速更加均衡；

D、烟气与氨的混合气体流向上通过弯道II内的导流叶片7调整烟气流向和流速后，进入渐缩段烟道8，再经格栅式整流器9整流后，最终进入反应器11内。

SCR脱硝系统的设计条件为：

机组容量 2×600MW；

烟气量 1539 m³/s；

烟气温度 370℃；

NOx入口浓度 450mg/Nm³ (干基，含氧量6%)。

Claims

1.一种烟气脱硝系统的喷氨与涡流混合装置，包括固定于垂直烟道（6）内的涡流混合元件、插入垂直烟道（6）内部的喷氨管（4），以及固定于弯道内的导流叶片（7），所述垂直烟道（6）上端经弯道II（12）与渐缩段烟道（8）连接，垂直烟道下端经弯道I（2）与入口段矩形倾斜烟道（1）连接，入口段矩形倾斜烟道（1）相对于垂直烟道（6）侧向倾斜，倾斜角为a，其特征在于：

所述涡流混合元件为两个以上大小相等、在垂直烟道（6）内间隔分布的圆形绕流板（3），各圆形绕流板（3）均向反应器（11）侧倾斜固定于垂直烟道（6）下部，圆形绕流板（3）的向流面与进入垂直烟道（6）的烟气相对，圆形绕流板（3）的背流面倾斜与喷氨管（4）的喷头相对；

所各圆形绕流板（3）上方分别对应安装有一个喷氨管（4），喷氨管水平插入圆形绕流板（3）上方的垂直烟道（6）内部，喷头竖直向下设置，各喷氨管（4）上连接有独立的流量控制系统；

所述喷氨管（4）上方的垂直烟道（6）内安装有横向间隔分布的均流管（5），均流管（5）两端与垂直烟道（6）内壁固定；

所述导流叶片（7）为一组沿弯道弧度半径等间距排列的弯弧形导流板，相邻弯弧形导流板之间留有烟气通道间隙，烟气进入烟气通道的一端为进气口，烟气流出烟气通道的一端为出气口，导流叶片（7）在弯道I（2）及弯道II（12）内分别固定有一组。

2.根据权利要求1所述的烟气脱硝系统的喷氨与涡流混合装置，其特征在于：所述圆形绕流板（3）与水平方向的夹角β为30°～45°。

3.根据权利要求1所述的烟气脱硝系统的喷氨与涡流混合装置，其特征在于：所述圆形绕流板（3）的直径d大于垂直烟道（6）宽度的50%且不超过垂直烟道（6）宽度的80%。

4.根据权利要求1所述的烟气脱硝系统的喷氨与涡流混合装置，其特征在于：所述圆形绕流板（3）在垂直烟道（6）内的高度低于垂直烟道（6）高度的25%。

5.根据权利要求1所述的烟气脱硝系统的喷氨与涡流混合装置，其特征在于：所述靠反应器（11）侧的均流管与垂直烟道内壁的距离a大于靠入口段矩形倾斜烟道（1）侧的均流管与的垂直烟道内壁的距离c。

6.根据权利要求1所述的烟气脱硝系统的喷氨与涡流混合装置，其特征在于：所述均流管（5）与圆形绕流板（3）圆心之间的垂直距离e为圆形绕流板（3）直径d的2～3倍。

7.根据权利要求1所述的烟气脱硝系统的喷氨与涡流混合装置，其特征在于：所述均流管（5）的直径为80mm～120mm。

8.根据权利要求1所述的烟气脱硝系统的喷氨与涡流混合装置，其特征在于：所述垂直烟道（6）的高度大于其入口当量直径的两倍。