本發(fā)明涉及用于鍋爐的排放物控制，并且特別地涉及抑制由鍋爐生成的煙道氣中的氮氧化物的排放物。

背景技術：
從諸如油、氣和煤的化石燃料的燃燒生成的煙道氣典型地包括氣載氮氧化物(NOx)。NOx為污染物并且經(jīng)受愈發(fā)嚴格的政府管控以保護大氣環(huán)境。存在對用以還原煙道氣中的NOx的系統(tǒng)的長期迫切需要。為了還原煙道氣中的氮氧化物，各種系統(tǒng)應用于鍋爐的煙道氣通道中。這些常規(guī)系統(tǒng)包括選擇性催化還原(SCR)和選擇性非催化還原(SNCR)，二者均使試劑與煙道氣反應。諸如氨和脲的試劑與煙道氣中的氮氧化物反應以從煙道氣移除NOx。SNCR涉及試劑在熱煙道氣中的噴射。煙道氣中的熱促進試劑和NOx之間的化學反應以還原氣體中的NOx。SCR也涉及與煙道氣反應的試劑，但是在較冷的煙道氣上執(zhí)行。在氣體冷卻時，煙道氣穿過具有用以促進試劑和NOx之間的化學反應的催化劑的SCR系統(tǒng)，并且由此進一步還原氣體中的NOx。催化劑典型地在定位在煙道氣的路徑中的支承結構上。在SNCR/SCR耦合系統(tǒng)中，用于SCR系統(tǒng)的試劑可為由SNCR系統(tǒng)引入的試劑的一部分。該部分為在SNCR系統(tǒng)中不與NOx反應的剩余試劑。剩余試劑與煙道氣一起流至SCR系統(tǒng)。剩余試劑通常被稱為來自SNCR系統(tǒng)的“氨泄漏”。在氣體在SCR系統(tǒng)中的催化劑上面經(jīng)過時，保留在煙道氣中的試劑的均勻分布是合乎需要的。結構或機械混合裝置(諸如板陣列)在SCR系統(tǒng)上游定位在煙道氣中以確保試劑均勻地分布在煙道氣中。

技術實現(xiàn)要素：
一種用以使試劑在穿過SCR系統(tǒng)的煙道氣中均勻地分布的系統(tǒng)和方法被設想和發(fā)明。試劑和蒸汽混合物在SCR系統(tǒng)上游和SNCR系統(tǒng)下游注射在煙道氣中。蒸汽和試劑混合物以高速并通過噴嘴陣列噴射以確保與煙道氣的強力混合。噴嘴陣列可布置在用于煙道氣的通道的壁上以確保在煙道氣穿過SCR系統(tǒng)時試劑的均勻分布。一種用以引入試劑來還原煙道氣中的氮氧化物的設備被設想，包括：安裝至用于煙道氣的通道的噴嘴，其中，噴嘴安裝在SNCR系統(tǒng)下游和SCR系統(tǒng)上游，其中噴嘴安裝在通道的一個或更多個壁上并且構造成將加壓流體噴射到煙道氣中；加壓流體源，其與噴嘴流體連通使得加壓流體流至噴嘴；NOx還原試劑源以及混合裝置，其使試劑與加壓流體混合使得流至噴嘴的加壓流體包括試劑。一種用以還原燃燒氣體中的氣載氮氧化物(NOx)的方法被設想，包括：生成燃燒氣體并且導引燃燒氣體流通過通道；通過將NOx還原試劑噴射在流過通道的燃燒氣體中而還原燃燒氣體中的氣載NOx，其中，燃燒氣體中的熱能促進還原試劑和NOx之間的化學反應；在NOx還原試劑的噴射下游，將蒸汽或其它高速介質和NOx還原試劑的混合物通過布置在通道的一側或更多側上的噴嘴陣列噴射到通道中；通過使用催化劑來進一步還原燃燒氣體中的氣載NOx，該催化劑用以促進燃燒氣體和噴射有蒸汽的NOx還原試劑之間的反應。附圖說明本發(fā)明的結構、操作和特征在下面被進一步描述并且在附圖中示出，該附圖為：圖1示意性地示出具有SNCR和SCR排放控制系統(tǒng)的鍋爐。圖2示意性地示出沿著圖1中的線2-2截取的鍋爐的橫截面圖。圖3和圖4為將蒸汽和試劑噴射到煙道氣的虛擬通道中的計算機生成的模型的透視圖。圖5表示在對應于SCR系統(tǒng)的地點的位置處的計算機生成的煙道氣(具有和不具有蒸汽和試劑流)的橫截面圖像。具體實施方式圖1為示例性鍋爐10的示意性表示，示例性鍋爐10使用SNCR和SCR技術來將NOx還原試劑噴射在由鍋爐生成的煙道氣中而減少NOx排放物。噴燃器14將燃料和空氣噴射到燃燒區(qū)中。燃料可為從燃料源16供應的煤、油、天然氣或其它石化有機材料。加熱空氣18的源可為將空氣導引到噴燃器中的鼓風機或風扇?？諝饪勺鳛槌跫壢紵諝?參見管道18)與燃料一起流動并進入噴燃器?？諝庠?8還可提供次級燃燒空氣，其流經(jīng)燃燒空氣管22并且通過噴嘴噴射到燃燒區(qū)12中。噴燃器和噴嘴布置在鍋爐的壁上。空氣源還可提供通過二次風管24至二次風噴嘴26的二次風。由空氣和燃料的燃燒形成的燃燒氣體流過延伸通過鍋爐的通道27(例如管)并且被其包含。通道27起初可豎直向上延伸，如圖1所示。SNCR系統(tǒng)28將NOx還原試劑噴射到煙道氣通道12的高氣體溫度區(qū)域(參見箭頭30)中。試劑從源32供應，并且經(jīng)由混合器35與加壓輸送空氣34混合以通過集流管36將N-試劑移動至布置在鍋爐的壁40上的試劑噴射噴嘴38。噴嘴38可與二次風噴嘴26一起布置或者布置在通道12中的另一個高度處。輸送空氣34幫助使N-試劑移動通過集流管36和噴嘴38。輸送空氣可被充分加壓以實現(xiàn)來自噴嘴38的期望的噴霧圖案。輸送空氣還可在熱交換器42中加熱，熱交換器42傳遞來自蒸汽(S)的熱并且排放冷凝物(C)。此外，試劑可為例如氨(NH3)或脲(CO(NH2)2)。用于SNCR系統(tǒng)的噴嘴38可定位成噴射試劑，其中煙道氣在選定的溫度范圍內(nèi)。用以接收試劑的熱煙道氣(參見箭頭30)的溫度范圍可為1650至2000華氏度的范圍(900℃至1100℃)。試劑可以以氣相或液相噴射。如果處于液相，則試劑可從噴嘴噴灑為在熱煙道氣中快速蒸發(fā)的小滴。由SNCR系統(tǒng)噴射的試劑的量可為足夠的，使得試劑中的一些不與熱煙道氣中的NOx反應。試劑的一部分可保持為未反應，并且與煙道氣一起在鍋爐的通道27中進一步向下游流動。在氣體流過SCR系統(tǒng)時，試劑的該未反應部分可進一步與煙道氣中的NOx反應。以該方法，用于SCR系統(tǒng)的試劑的一部分將為利用SNCR系統(tǒng)噴射的未反應試劑，并且另一部分將為噴射有蒸汽且在SNCR系統(tǒng)下游的試劑。可選地，利用SNCR系統(tǒng)噴射的試劑的量可最小化使得基本上所有的試劑均與熱煙道氣反應，并且在煙道氣在沒有催化劑的情況下冷卻至低于促進反應所需的高溫時，相對少的試劑保持為未反應。以該可選方法，SCR系統(tǒng)所需的所有或幾乎所有的試劑在SNCR系統(tǒng)的下游噴射在煙道氣中。用語試劑用于指的是能夠在氧氣存在的情況下選擇性地還原煙道氣或其它燃燒氣體中的NOx的多種化學物種中的任一種。試劑包括脲、氨、氰尿酸、肼、乙醇胺、縮二脲、1，3-二-氨基甲酰尿素、氰尿酰胺、有機酸的銨鹽、無機酸的銨鹽等。銨鹽試劑的特定實例包括硫酸銨、硫酸氫銨、亞硫酸氫銨、甲酸銨、碳酸銨、碳酸氫銨等。這些試劑的混合物可被使用。試劑可作為氣體提供在溶液中。煙道氣可穿過一個或更多個對流傳遞吊墜44，例如熱交換器。在它們流過傳導傳遞吊墜時，熱能的傳遞冷卻氣體。這些傳導傳遞吊墜傳遞來自煙道氣的熱能以形成蒸汽或過熱蒸汽。煙道氣的溫度可從高于1700華氏度(930℃)冷卻至低于1100華氏度(590℃)。通道27可在包含傳導傳遞吊墜44的區(qū)域中從大體垂直轉向水平。在其從垂直轉向水平時，通道可具有延伸到通道中并形成具有傳導傳遞吊墜44的通道的區(qū)域的底部的鼻部46。通道27的橫截面形狀可為大體矩形。橫截面形狀可不為一致的，并且可在通道從垂直轉向水平并轉回至垂直時變化。傳導傳遞吊墜44在通道27中的存在、通道的橫截面形狀的變化以及通道的轉變可使煙道氣的流復雜且不均勻。煙道氣中的殘留試劑(例如氨泄漏)的分布可為類似地不均勻的。蒸汽噴射噴嘴62的陣列50定位在通道27的壁上。噴嘴噴射蒸汽52和氮氧化物還原試劑32的混合物。蒸汽和試劑可在諸如靜態(tài)混合器53的混合裝置處混合，該混合裝置將試劑噴射到將蒸汽供應至噴嘴62的管中。噴射的蒸汽和試劑的混合物在傳導傳遞吊墜44的下游產(chǎn)生煙道氣的湍流和強力混合。此外，試劑與蒸汽一起的噴射確保了試劑在流至SCR系統(tǒng)56的煙道氣(參見箭頭54)中的均勻分布。蒸汽和試劑噴射噴嘴62的陣列50在通道27中，并且在SNCR系統(tǒng)28和SCR系統(tǒng)56之間。噴嘴62的陣列可在傳導傳遞吊墜44的下游端和SCR系統(tǒng)56的上游端之間定位在通道27中。在噴嘴62的陣列60和SCR系統(tǒng)56之間，通道27可基本上沒有障礙物并且不需要具有機械混合裝置，諸如板或導葉的陣列。由常規(guī)機械混合裝置提供的煙道氣的混合通過將蒸汽和試劑噴射通過噴嘴62而實現(xiàn)。SCR系統(tǒng)56可為常規(guī)的，并且包括涂覆有催化劑的網(wǎng)格或其它基體，該催化劑促進試劑和煙道氣中剩余的NOx之間的反應。網(wǎng)格布置在煙道氣54的流動路徑中并且安裝至鍋爐的內(nèi)壁。煙道氣以相對低的溫度(諸如300華氏度至900華氏度(150℃至485℃))在SCR系統(tǒng)上面流動。試劑應當與煙道氣均勻地混合以確保SCR系統(tǒng)中的催化劑有效地促進試劑和NOx之間的反應。圖2為沿著圖1中的線2-2截取的橫截面。圖2為鍋爐10的內(nèi)部和特別是包含傳導傳遞吊墜44的鍋爐的上部的俯視圖，示出了表示傳導傳遞吊墜的翅片的平行線。熱煙道氣的向上流動(箭頭30)示出為其向上移動經(jīng)過用于SNCR系統(tǒng)的噴嘴38。這些噴嘴38將試劑和輸送氣體的混合物作為噴霧58噴射到煙道氣中。噴嘴安裝至煙道氣的通道的壁并且在傳導傳遞吊墜的上游。側壁60上的噴嘴38在比最上游的傳導傳遞吊墜44低的高度處。用以噴射蒸汽的噴嘴62的陣列50可布置在相對的側壁60上。噴嘴還可安裝在通道的其它壁上，諸如通道27的向下延伸部分的背傳前壁64和后壁66，或者甚至通道的頂壁(頂部)。蒸汽和試劑噴射噴嘴的陣列50可由噴嘴的垂直列形成，諸如在通道27中緊接在最后的傳導傳遞吊墜44下游布置的三個。壁60的相對側上的噴嘴可相互垂直地偏移，使得噴射的蒸汽和試劑混合物形成橫向于煙道氣進入的交錯蒸汽。用以噴射蒸汽和試劑的混合物的陣列50噴嘴可以以高速噴射混合物，諸如接近聲速。例如，噴射速度可為350至450米每秒(m/s)或375m/s至400m/s。類似地，速度可具有至少0.5或在0.65至0.75的范圍內(nèi)的馬赫數(shù)。為了實現(xiàn)這些噴射速度，用于輸送試劑并在煙道氣中導致湍流的蒸汽52可在1.0至1.5兆帕(MPa)的壓力，28至35千帕(kPa)的速度頭下，并且噴嘴62可具有30至33毫米(mm)的臨界截面直徑。此外，總噴射(蒸汽和試劑)流速可為通道27中的煙道氣的流速的百分之一(1％)或其下。蒸汽的溫度可為過熱的，諸如在300至350攝氏度的范圍內(nèi)。作為蒸汽噴射的可選方案，試劑可利用輸送空氣來噴射。在該可選方案中，噴射噴嘴62的陣列50為空氣噴射噴嘴，并且輸送介質為空氣而非輸送蒸汽52?？諝廨斔徒橘|可以以相對低的速度噴射，諸如300英尺每秒(100米每秒)。如果利用空氣輸送介質噴射，則試劑可呈氣體形式。輸送空氣和試劑的總流速可為煙道氣的流速的大約百分之五(5％)或者在3％至7％的范圍內(nèi)。圖3和圖4為將蒸汽和試劑噴射到煙道氣的虛擬通道70中的計算機生成的模型的透視圖。虛擬模型使用常規(guī)流建模技術來生成，諸如計算流體動力學(CFD)軟件。CFD軟件模擬噴射到虛擬通道70中的蒸汽和試劑混合物的流。通道可由模型限定以具有側壁72、前壁74、后壁76和上頂78，其具有與被模擬的鍋爐的物理通道27類似的尺寸和形狀。虛擬噴嘴80模擬為至通道70的流入口。CFD軟件接收關于在壁72、74、76和78上的噴嘴80的位置和數(shù)量以及每個噴嘴的入口流方向的輸入數(shù)據(jù)。CFD軟件還接收輸入數(shù)據(jù)或者計算通過每個噴嘴的流的速度和量以及流的組成。CFD軟件還可任選地模擬或接收流過通道70的煙道氣的輸入和通道中的剩余試劑的分布。圖2和圖3中示出的流動模型示出從噴嘴80噴射的流中的每一個的流動路徑。模擬的流84可被著陰影或者著色以指示流動速度。流動模型提供了在流移動通過通道70時，呈蒸汽和試劑、以及煙道氣的模擬流84的視覺格式的信息。流動通道70的模型的上游端81可對應于物理鍋爐中緊接在傳導傳遞吊墜下游的位置。模型的下游端82可對應于物理通道中SCR系統(tǒng)的位置。流84在SCR系統(tǒng)的位置82處的分布可用于評價試劑在SCR系統(tǒng)處的分布。評價可確定試劑在通道70中均勻地分布的程度。虛擬模型可操縱成實現(xiàn)在SCR系統(tǒng)的位置82處的期望的試劑流分布。操縱可通過設計工程師手動地執(zhí)行或者通過優(yōu)化模型的軟件自動地執(zhí)行。例如，噴嘴80的數(shù)量和相對可在模型中變化以優(yōu)化在模型的下游位置82處的流分布。類似地，噴嘴在壁上的放置(例如高度和水平位置)、壁的選定(例如相對側壁72、側壁以及前壁和后壁中的一個或兩者、僅前壁和后壁，以及在頂蓋78上)為噴嘴的可能地點。模型的其它操縱可包括調節(jié)噴嘴的臨界截面直徑、來自每個噴嘴的流入口角度，以及每個噴嘴處的流壓力。圖5示出煙道氣(具有和不具有蒸汽和試劑流)在通道中對應于物理通道中的SCR系統(tǒng)的地點的位置82處的計算機生成的橫截面圖像。圖5左側的圖像為以全負載操作的鍋爐的煙道氣的模擬流，并且右側的圖像用于以全負載的百分之七十(70％)操作的鍋爐。虛擬壁72、74和76限定了通道的邊緣。圖像的陰影示出指示在SCR系統(tǒng)的通道中的位置處的流84的均勻性。圖5中上排的兩個圖像示出不噴射蒸汽和試劑的混合物的煙道氣的模擬流。上排的圖像示出極大的陰影對比，其指示穿過SCR系統(tǒng)的煙道氣和特別是試劑的高度不均勻的流。上排的圖像，尤其是70％負載的圖像指示煙道氣在通道中的狹窄通路中已變得濃縮，并且通道的部分具有煙道氣的近乎停滯流。下排的圖像示出煙道氣的模擬流，其中，在圖4和圖3中所示的位置處噴射蒸汽和試劑。下排圖像與上排圖像相比具有全方位較小的陰影變化。下排圖像的更加均勻的陰影指示煙道氣的大體均勻流移動通過SCR系統(tǒng)。圖5中上排和下排圖像的對比提供了視覺指示：在SNCR系統(tǒng)下游和可能地在傳導傳遞吊墜下游噴射蒸汽和試劑可用于實現(xiàn)煙道氣和試劑在SCR系統(tǒng)處的均勻流。在煙道氣穿過SCR系統(tǒng)時，均勻流的實現(xiàn)應當提供NOx水平的更加有效且完全的還原。雖然已經(jīng)關于目前被認為是最實用且優(yōu)選的實施例描述了本發(fā)明，但是將理解的是，本發(fā)明不限于公開的實施例，而是相反地，意圖涵蓋包括在所附權利要求的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等同布置。