專利名稱：煙氣脫硝系統(tǒng)的噴氨與渦流混合裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電站燃煤鍋爐氮氧化物控制技術，特別是一種煙氣SCR脫硝系統(tǒng)的氣體噴氨及混合裝置及方法。
背景技術：
選擇性催化還原技術(SCR)是目前應用最為廣泛的一種煙氣脫硝技術，SCR脫硝系統(tǒng)具有設備尺寸大、煙道布置局限性大等特點，對煙氣流速、氨氮比、溫度及飛灰的負載分布提出了相當高的要求，深入研究煙氣脫硝系統(tǒng)，改善煙氣和氨氣的混合均勻程度，將為國內(nèi)自主研發(fā)煙氣脫硝系統(tǒng)提供指導，同時，對于燃煤電廠的節(jié)能減排工作意義重大。SCR反應器中催化劑入口截面反應物(主要是NH3和NOx)濃度分布的均勻性對于脫硝裝置的運行至關重要。反應物分布不均，使得反應不能充分進行，降低脫硝性能。氨 在某些區(qū)域過量，會導致過剩的氨逃逸出反應器，造成新的環(huán)境污染，同時導致脫硝效果變差；某些區(qū)域的氨量不足，則導致NOx并未被還原的結(jié)果。我國通常采用高溫高塵布置的SCR工藝系統(tǒng)，SCR反應器通常布置在省煤器下游、除塵裝置的上游。由于受場地空間小、反應器尺寸大等原因所限，設計中通常在SCR反應器與省煤器出口連接處采用矩形傾斜煙道，傾斜角度a為32°，導致垂直煙道入口煙氣速度分布不均勻，V5側(cè)速度大，Vl側(cè)速度低?，F(xiàn)有安裝在煙道內(nèi)的混合裝置均無法調(diào)整進入垂直煙道內(nèi)煙氣的流速，氨的噴速無法與煙氣速度相適應，影響了煙氣與還原劑氨的混合效果，氨的利用率低。在煙氣與氨混合后仍有部分煙氣未能混合均勻，而現(xiàn)有混合裝置無法使這部分煙氣再與氨混合，煙氣的脫硝效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種煙氣脫硝系統(tǒng)的噴氨與渦流混合裝置，要解決SCR脫硝系統(tǒng)煙道A口傾斜弓I起的還原劑與反應物混合不均勻的問題。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是
這種煙氣脫硝系統(tǒng)的噴氨與渦流混合裝置，包括固定于垂直煙道內(nèi)的渦流混合元件、插入垂直煙道內(nèi)部的噴氨管，以及固定于彎道內(nèi)的導流葉片，所述垂直煙道上端經(jīng)彎道II與漸縮段煙道連接，垂直煙道下端經(jīng)彎道I與入口段矩形傾斜煙道連接，入口段矩形傾斜煙道相對于垂直煙道側(cè)向傾斜，傾斜角為a ;
所述渦流混合元件為兩個以上大小相等、在垂直煙道內(nèi)間隔分布的圓形繞流板，各圓形繞流板均向反應器側(cè)傾斜固定于垂直煙道下部，圓形繞流板的向流面與進入垂直煙道的煙氣相對，圓形繞流板的背流面傾斜與噴氨管的噴頭相對；
所各圓形繞流板上方分別對應安裝有一個噴氨管，噴氨管水平插入圓形繞流板上方的垂直煙道內(nèi)部，噴頭豎直向下設置，各噴氨管上連接有獨立的流量控制系統(tǒng)；
所述噴氨管上方的垂直煙道內(nèi)安裝有橫向間隔分布的均流管，均流管兩端與垂直煙道內(nèi)壁固定；所述導流葉片為一組沿彎道弧度半徑等間距排列的彎弧形導流板，相鄰彎弧形導流板之間留有煙氣通道間隙，煙氣進入煙氣通道的一端為進氣口，煙氣流出煙氣通道的一端為出氣口，導流葉片在彎道I及彎道II內(nèi)分別固定有一組。所述圓形繞流板與水平方向的夾角P為30° 45°。所述圓形繞流板的直徑d大于垂直煙道寬度的50%且不超過垂直煙道寬度的80%。所述圓形繞流板在垂直煙 道內(nèi)的高度低于垂直煙道高度的25%。
所述靠反應器側(cè)的均流管與垂直煙道內(nèi)壁的距離a大于靠入口段矩形傾斜煙道側(cè)的均流管與的垂直煙道內(nèi)壁的距離C。所述均流管與圓形繞流板圓心之間的垂直距離e為圓形繞流板直徑d的2 3倍。所述均流管的直徑可為80mm 120mm。所述垂直煙道的高度大于其入口當量直徑的兩倍。這種煙氣脫硝系統(tǒng)的噴氨與渦流混合方法，步驟如下
步驟一，安裝煙氣脫硝系統(tǒng)的噴氨與渦流混合裝置，在垂直煙道內(nèi)對應安裝圓形繞流板、噴氨管和均流管，在彎道I及彎道II內(nèi)分別固定一組導流葉片；
步驟二，煙氣的噴氨與渦流混合。A、煙氣從入口段矩形傾斜煙道進入彎道I，經(jīng)導流葉片調(diào)整煙氣流向和流速后進入垂直煙道內(nèi)；
B、進入垂直煙道的煙氣受到傾斜的圓形繞流板向流面阻擋，在圓形繞流板的邊緣形成渦流；調(diào)節(jié)各噴氨管的流量，使各噴氨管氨的噴射速度與其下方對應的煙氣流速相適應，氨噴射到圓形繞流板的背流面，并擴散至圓形繞流板邊緣與煙氣形成渦流并混合均勻；
C、煙氣與氨的混合氣體流向上在均流管周圍形成繞流，煙氣與氨進一步混合均勻，同時流速更加均衡；
D、煙氣與氨的混合氣體流向上通過彎道II內(nèi)的導流葉片調(diào)整煙氣流向和流速后，進入漸縮段煙道，再經(jīng)格柵式整流器整流后，最終進入反應器內(nèi)。所述步驟一中的圓形繞流板和噴氨管在垂直煙道內(nèi)共安裝有五組，五個噴氨管按照與入口段矩形傾斜煙道內(nèi)傾斜角a距離由近到遠，其氨噴射速度分別為Vl V5，其中V1、V2 為 7 8 m/s, V3.V4.V5 為 10 m/s。本發(fā)明的工作原理如下
本發(fā)明的渦流混合元件利用了空氣動力學中的駐渦理論，在煙氣的作用下，在渦流混合元件背面形成渦流區(qū)，即“駐渦區(qū)”。駐渦的特點是其位置恒定不變，無論煙氣流速的大小如何變化，駐渦區(qū)的位置基本不變。由于入口煙道結(jié)構(gòu)上的偏斜，導致渦流混合器入口截面速度分布不均勻，V5側(cè)速度大，Vl側(cè)速度低。煙氣在圓形繞流板周圍形成卷吸力，卷吸力大小與速度呈正比關系，V5對應的圓形繞流板周圍煙氣卷吸能力最強，氨氣與煙氣迅速摻混。煙氣與氨的混合氣體流經(jīng)均流管時，在圓管周圍形成繞流，圓管下游流體會發(fā)生繞流物體后旋渦脫落的現(xiàn)象，即存在“卡門渦街”，交替產(chǎn)生的周期性旋渦增加了煙道內(nèi)部流體的湍流強度，強化了煙氣與還原劑氨進一步均勻混合，均流管還起到了一定的整流作用，在垂直煙道內(nèi)實現(xiàn)了煙氣與還原劑氨的混合。同時，垂直煙道越長，催化劑入口截面流場和濃度場越均勻，垂直煙道高度應大于其入口當量直徑2倍。本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明是在前期SCR脫硝工程和理論研究基礎上，提出的一種煙氣SCR脫硝系統(tǒng)的噴氨及渦流混合裝置，優(yōu)化了 NH3/NOx混合效果，提高了催化劑的利用率和脫硝效率。本發(fā)明利用煙氣在渦流混合元件周圍形成的渦流實現(xiàn)煙氣與還原劑氨的充分混合，利用在均流管周圍形成的繞流實現(xiàn)煙氣與還原劑的進一步均勻混合，使nh3/nox在第一層催化劑入口截面濃度均勻偏差在±5%以內(nèi)。其中渦流混合元件采用多個圓形繞流板，并將其傾斜布置在垂直煙道內(nèi)。渦流混合元件具有雙重作用一方面實現(xiàn)煙氣與還原劑的混合，另一方面可增加流場的均勻程度。每個繞流板上方對應一個噴氨管，噴氨管均具有獨立的流量控制系統(tǒng)。通過合理分配噴氨管的氨噴射速度Vl V5，使氨噴射速度與煙氣的流速相適應，可以使還原劑氨與煙氣混合更加均勻。在垂直煙道內(nèi)橫向加裝有均流管，均流管可起到進一步加強煙氣與氨的混合和整流的作用，并使煙氣流速更加均勻。本發(fā)明在彎頭I和彎頭II內(nèi)分別加裝一組弧形導流葉片，改善了流動方向變化引起的流場不均勻，提高了垂直煙道入口截面速度的均勻性。 本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)時間短、便于安裝、不需要維護，煙氣適應性強，M^/NO/混合效果好，提高了催化劑的利用率和脫硝效率。本發(fā)明可廣泛應用于燃煤電廠選擇性催化還原SCR煙氣脫硝系統(tǒng)中，有效地解決了 SCR脫硝系統(tǒng)煙道入口傾斜弓I起的流場和反應物混合不均勻等問題，方便了 SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的工程設計和施工安裝。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖IA-A剖面的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖IB-B剖面的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標記1-入口段矩形傾斜煙道、2-彎道1、3_圓形繞流板、4-噴氨管、5-均流管、6-垂直煙道、7-導流葉片、8-漸縮段煙道、9-格柵式整流器、10-第一層催化劑、11-反應器、12-彎道II。
具體實施例方式實施例參見圖I所示，這種煙氣脫硝系統(tǒng)的噴氨與渦流混合裝置，包括固定于垂直煙道6內(nèi)的渦流混合元件、插入垂直煙道6內(nèi)部的噴氨管4，以及固定于彎道內(nèi)的導流葉片7，所述垂直煙道6上端經(jīng)彎道II與漸縮段煙道8連接，垂直煙道下端經(jīng)彎道I與入口段矩形傾斜煙道I連接，入口段矩形傾斜煙道I相對于垂直煙道6側(cè)向傾斜，傾斜角為a。參見圖I、圖2所示，所述渦流混合元件為兩個以上大小相等、在垂直煙道6內(nèi)間隔分布的圓形繞流板3，各圓形繞流板3均向反應器11側(cè)傾斜固定于垂直煙道6下部，圓形繞流板3與水平方向夾角P為30°，圓形繞流板3的向流面與進入垂直煙道6的煙氣相對，圓形繞流板3的背流面傾斜與噴氨管4的噴頭相對。所述圓形繞流板3與水平方向的夾角0為30° 45°。圓形繞流板3的直徑d大于垂直煙道6寬度的50%且不超過垂直煙道6寬度的80%。圓形繞流板3在垂直煙道6內(nèi)的高度低于垂直煙道6高度的25%。
所述各圓形繞流板3上方分別對應安裝有一個噴氨管4，垂直距離為500mm。噴氨管4水平插入圓形繞流板3上方的垂直煙道6內(nèi)部，噴頭豎直向下設置，各噴氨管4上連接有獨立的流量控制系統(tǒng)。五個噴氨管4按照與入口段矩形傾斜煙道I內(nèi)傾斜角a距離由近到遠，其氨噴射速度分別為Vl V5，其中VI、V2為7 8 m/s，V3、V4、V5為10 m/s。參見圖I、圖3所示，所述噴氨管4上方的垂直煙道6內(nèi)安裝有五根橫向間隔分布的均流管5，均流管5兩端與垂直煙道6內(nèi)壁固定；均流管5與圓形繞流板3圓心之間的垂直距離e為圓形繞流板3直徑d的2 3倍。均流管5與圓形繞流板3圓心的垂直距離e為圓形繞流板直徑d的2 3倍。均流管5的直徑可為100mm。所述導流葉片7為一組沿彎道弧度半徑等間距排列的彎弧形導流板，彎弧形導流板可六個一組，每個導流葉片弧度為n /2。相鄰的彎弧形導流板之間留有煙氣通道間隙，煙氣進入煙氣通道的一端為進氣口，煙氣流出煙氣通道的一端為出氣口，導流葉片7在彎道I及彎道II內(nèi)分別固定有一組。本發(fā)明的工作過程
這種煙氣脫硝系統(tǒng)的噴氨與渦流混合方法，步驟如下
步驟一，安裝煙氣脫硝系統(tǒng)的噴氨與渦流混合裝置，在垂直煙道6內(nèi)對應安裝圓形繞流板3、噴氨管4和均流管5，在彎道I及彎道II內(nèi)分別固定一組導流葉片7 ；
步驟二，煙氣的噴氨與渦流混合，
A、煙氣從入口段矩形傾斜煙道I進入彎道I，經(jīng)導流葉片7調(diào)整煙氣流向和流速后進入垂直煙道6內(nèi)；
B、進入垂直煙道6的煙氣受到傾斜的圓形繞流板3向流面阻擋，在圓形繞流板3的邊緣形成渦流；調(diào)節(jié)各噴氨管4的流量，使各噴氨管4氨的噴射速度與其下方對應的煙氣流速相適應，與傾斜角a距離最近的噴氨管4的氨噴射速度小于與傾斜角a距離最遠的噴氨管4的氨噴射速度。氨噴射到圓形繞流板3的背流面，并擴散至圓形繞流板3邊緣與煙氣形成渦流并混合均勻；
C、煙氣與氨的混合氣體流向上在均流管5周圍形成繞流，煙氣與氨進一步混合均勻，同時流速更加均衡；
D、煙氣與氨的混合氣體流向上通過彎道II內(nèi)的導流葉片7調(diào)整煙氣流向和流速后，進入漸縮段煙道8，再經(jīng)格柵式整流器9整流后，最終進入反應器11內(nèi)。SCR脫硝系統(tǒng)的設計條件為
機組容量 2X600MW;
煙氣量1539 m3/s ；
煙氣溫度 370°C ；
NOx入口濃度450mg/Nm3 (干基，含氧量6%)。
權(quán)利要求
1.一種煙氣脫硝系統(tǒng)的噴氨與渦流混合裝置，包括固定于垂直煙道(6)內(nèi)的渦流混合元件、插入垂直煙道(6)內(nèi)部的噴氨管(4)，以及固定于彎道內(nèi)的導流葉片(7)，所述垂直煙道(6)上端經(jīng)彎道II (12)與漸縮段煙道(8)連接，垂直煙道下端經(jīng)彎道I (2)與入口段矩形傾斜煙道(I)連接，入口段矩形傾斜煙道(I)相對于垂直煙道(6 )側(cè)向傾斜，傾斜角為a，其特征在于 所述渦流混合元件為兩個以上大小相等、在垂直煙道(6)內(nèi)間隔分布的圓形繞流板(3)，各圓形繞流板(3)均向反應器(11)側(cè)傾斜固定于垂直煙道(6)下部，圓形繞流板(3)的向流面與進入垂直煙道(6)的煙氣相對，圓形繞流板(3)的背流面傾斜與噴氨管(4)的噴頭相對； 所各圓形繞流板(3)上方分別對應安裝有一個噴氨管(4)，噴氨管水平插入圓形繞流板(3)上方的垂直煙道(6)內(nèi)部，噴頭豎直向下設置，各噴氨管(4)上連接有獨立的流量控制系統(tǒng)； 所述噴氨管(4)上方的垂直煙道(6)內(nèi)安裝有橫向間隔分布的均流管(5)，均流管(5)兩端與垂直煙道(6)內(nèi)壁固定； 所述導流葉片(7)為一組沿彎道弧度半徑等間距排列的彎弧形導流板，相鄰彎弧形導流板之間留有煙氣通道間隙，煙氣進入煙氣通道的一端為進氣口，煙氣流出煙氣通道的一端為出氣口，導流葉片(7)在彎道I (2)及彎道II (12)內(nèi)分別固定有一組。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的煙氣脫硝系統(tǒng)的噴氨與渦流混合裝置，其特征在于所述圓形繞流板(3)與水平方向的夾角P為30° 45°。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的煙氣脫硝系統(tǒng)的噴氨與渦流混合裝置，其特征在于所述圓形繞流板(3)的直徑d大于垂直煙道(6)寬度的50%且不超過垂直煙道(6)寬度的80%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的煙氣脫硝系統(tǒng)的噴氨與渦流混合裝置，其特征在于所述圓形繞流板(3)在垂直煙道(6)內(nèi)的高度低于垂直煙道(6)高度的25%。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的煙氣脫硝系統(tǒng)的噴氨與渦流混合裝置，其特征在于所述靠反應器(11)側(cè)的均流管與垂直煙道內(nèi)壁的距離a大于靠入口段矩形傾斜煙道(I)側(cè)的均流管與的垂直煙道內(nèi)壁的距離C。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的煙氣脫硝系統(tǒng)的噴氨與渦流混合裝置，其特征在于所述均流管(5)與圓形繞流板(3)圓心之間的垂直距離e為圓形繞流板(3)直徑d的2 3倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的煙氣脫硝系統(tǒng)的噴氨與渦流混合裝置，其特征在于所述均流管(5)的直徑為80_ 120mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的煙氣脫硝系統(tǒng)的噴氨與渦流混合裝置，其特征在于所述垂直煙道(6)的高度大于其入口當量直徑的兩倍。
9.一種應用權(quán)利要求I 8所述任意一項裝置的煙氣脫硝系統(tǒng)的噴氨與渦流混合方法，其特征在于步驟如下 步驟一，安裝煙氣脫硝系統(tǒng)的噴氨與渦流混合裝置，在垂直煙道(6)內(nèi)對應安裝圓形繞流板(3)、噴氨管(4)和均流管(5)，在彎道I (2)及彎道II (12)內(nèi)分別固定一組導流葉片(7)； 步驟二，煙氣的噴氨與渦流混合， A、煙氣從入口段矩形傾斜煙道(I)進入彎道I (2)，經(jīng)導流葉片(7)調(diào)整煙氣流向和流速后進入垂直煙道(6)內(nèi)； B、進入垂直煙道(6)的煙氣受到傾斜的圓形繞流板(3)向流面阻擋，在圓形繞流板(3)的邊緣形成渦流；調(diào)節(jié)各噴氨管(4)的流量，使各噴氨管(4)氨的噴射速度與其下方對應的煙氣流速相適應，氨噴射到圓形繞流板(3)的背流面，并擴散至圓形繞流板(3)邊緣與煙氣形成渦流并混合均勻； C、煙氣與氨的混合氣體流向上在均流管(5)周圍形成繞流，煙氣與氨進一步混合均勻，同時流速更加均衡； D、煙氣與氨的混合氣體流向上通過彎道II(12)內(nèi)的導流葉片(7)調(diào)整煙氣流向和流速后，進入漸縮段煙道(8 )，再經(jīng)格柵式整流器(9 )整流后，最終進入反應器(11)內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的煙氣脫硝系統(tǒng)的噴氨與渦流混合方法，其特征在于所述步驟一中的圓形繞流板(3)和噴氨管(4)在垂直煙道(6)內(nèi)共安裝有五組，五個噴氨管(4)按照與入口段矩形傾斜煙道(I)內(nèi)傾斜角a的距離由近到遠，其氨噴射速度分別為Vl V5， 其中 VI、V2 為 7 8 m/s, V3.V4.V5 為 10 m/s。
全文摘要
一種煙氣脫硝系統(tǒng)的噴氨與渦流混合裝置及方法，該裝置包括固定于垂直煙道內(nèi)的渦流混合元件、插入垂直煙道內(nèi)部的噴氨管，以及固定于彎道內(nèi)的導流葉片；渦流混合元件為兩個以上大小相等、在垂直煙道內(nèi)間隔分布的圓形繞流板；各圓形繞流板上方分別對應安裝有一個噴氨管，噴氨管上方安裝有橫向間隔分布的均流管，導流葉片在彎道I及彎道II內(nèi)分別固定有一組。本發(fā)明可廣泛應用于燃煤電廠選擇性催化還原SCR煙氣脫硝系統(tǒng)中，有效地解決了SCR脫硝系統(tǒng)煙道入口傾斜引起的流場和反應物混合不均勻等問題，方便了SCR煙氣脫硝系統(tǒng)的工程設計和施工安裝。
文檔編號B01D53/86GK102698579SQ201210177869
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月1日
發(fā)明者吳敵, 沈濱, 路光杰, 郭婷婷, 陸金豐 申請人:北京國電龍源環(huán)保工程有限公司