一種用於SCR脫硝系統的縱向渦型噴氨混合裝置的製作方法

2023-10-04 22:40:24

本發明涉及大型電站鍋爐煙氣淨化領域，具體為一種用於SCR脫硝系統的縱向渦型噴氨混合裝置。

背景技術：

隨著人類對環境問題的重視，減少大型電站鍋爐燃煤發電過程中的汙染物排放已成為中國大氣汙染治理的重要控制目標。煤燃燒過程中所釋放出的氮氧化物(NOx)，更是造成我國生態環境破壞的主要汙染源之一。選擇性催化還原技術(SCR)具有脫硝效率高、工藝較為成熟、無二次汙染等優點，因而成為當前世界上應用最多、最有成效的一種煙氣脫硝技術。其主要原理為採用液氨或氨水作為還原劑並通過噴氨格柵將其噴入煙道，然後基於金屬催化劑的作用，噴入的氨將煙氣中的NOx還原為N2和H2O。煙氣脫硝系統中，還原劑氨的擴散及其與煙氣中氮氧化物的混合均勻程度是影響脫硝效率的關鍵因素之一，其中氨噴射裝置的設計更是關係到擴散混合效果的一項核心技術。目前採用的SCR系統因布置緊湊、電廠改造成本較高等原因而無法提供足夠的噴射混合空間，導致氨氮混合均勻性出現較大偏差，造成整個脫硝系統效率降低以及氨逃逸量增大，同時還影響硫酸氫銨的生成並造成催化劑和下遊設備的堵塞。因此，合理高效且低成本地設計噴氨混合裝置成為SCR煙氣脫硝系統工藝設計中亟待解決的一項重要問題。

授權公告號為CN102626585B的專利文件中公開了「一種用於SCR煙氣脫硝裝置的V型噴氨混合系統」，其包括靜態混合器、端部帶有噴嘴的噴氨支管以及與噴氨支管相連通的噴氨母管。所述的混合單元由兩個V形排布的葉片構成，兩葉片排布形成的V形最底邊朝向煙氣流入方向。所述的噴氨支管噴嘴與混合單元葉片相對，且設置在混合單元葉片下方，噴嘴朝向與煙氣流向一致。該混合器採用V型元件形成回流卷吸，從而實現氨氮混合，但該噴氨混合系統依然需要較長混合距離，且混合卷吸的同時煙氣產生橫向速度將減弱混合效果。

授權公告號為CN102389727B的專利文件公開了「一種SCR脫硝四角切圓式氨氣-煙氣均混裝置」，其包括噴氨格柵和一組以上靜態混合器。該裝置通過噴口之上導流板的旋轉對稱布置，使得各單元區域內氣體形成四角切圓流動狀態，進而實現氨氣和煙氣的擾流混合。該發明裝置簡單可行，實現氨氣濃度相對偏差的有效控制，但裝置布置方式及調整優化方法較為複雜，難以實現理想的四角切圓擾流，從而削弱了氨氮均混效果。

專利號為US8017084B1的專利文件公開了「一種選擇性催化還原系統的噴氨格柵」，其包括含有至少一個噴孔的噴氨管和一個波紋湍流混合板。該裝置將波紋板緊鄰布置於噴氨管下遊，噴射方向與煙氣流向具有一定角度。當煙氣流經波紋板時，波紋板尾端因流體流動分離而形成漩渦，從而與噴射出的氨氣進行混合。該發明系統穩定性較好、調整操作方便，但波紋板安裝精度較高，同時波紋板緊鄰噴氨管的間隙處容易沉積煙塵而堵塞噴孔。

授權公告號為CN201586480U的專利文件中公開了「一種燃煤煙氣SCR脫硝技術裝備的噴氨混合裝置」，其包括煙道、還原劑氨噴射管、縱向渦發生器和雙向噴嘴。該裝置通過縱向渦發生器來強化擾流，從而實現氨氮混合。但該實用新型僅簡單應用縱向渦強化擾流原理，同時縱向渦發生器僅布置在壁面上，不利於提高整體脫硝效率，因而局限性較大。

技術實現要素：

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種用於SCR脫硝系統的縱向渦型噴氨混合裝置，解決現有技術中因卷吸橫向速度所造成氨氮混合不均問題。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種用於SCR脫硝系統的縱向渦型噴氨混合裝置，包括由翼片和基體平板組成的靜態混合單元，以及帶有氨噴射孔的氨噴射管；

所述的氨噴射管垂直煙氣流向且貫穿SCR脫硝系統中的煙道設置；每個氨噴射孔對應設置有一個靜態混合單元；氨噴射孔噴射方向與煙氣流向重合或夾角為0°～90°；

所述的基體平板垂直固定在氨噴射管上，翼片固定在基體平板上；翼片與基體平板夾角30°～90°，翼片與煙氣流向的衝角大於0°且為0°～60°；每個翼片均對應設置在氨噴射孔在煙氣流向的下遊方向。

優選的，設置有至少兩根氨噴射管時，在相鄰的氨噴射管之間設置有於煙道固定的分隔板；所述分隔板與基體平板垂直設置，且將煙道分割為橫截面積相同的控制區域。

進一步，靜態混合單元採用局部裁剪後拼接的方式與分隔板相互配合。

優選的，所述的翼片由基體平板裁剪並彎折形成。

優選的，所述的翼片焊接或粘接固定在基體平板上。

優選的，所述的翼片的形狀為矩形、三角形、梯形、橢圓形或其他多邊形。

優選的，所述的氨噴射管上設置單列或雙列的氨噴射孔；當設置單列的氨噴射孔時，單列的氨噴射孔的噴射方向與煙氣流向重合度為0°；當設置雙列的氨噴射孔時，雙列的氨噴射孔的噴射方向與煙氣流向相交成銳角，其噴射方向與煙氣流向重合度為0°～90°。

優選的，所述的靜態混合單元採用嵌套或局部裁剪後搭接方式布置於氨噴射管上。

優選的，氨噴射管均單獨配置有流量調節裝置；流量調節裝置包括流量計及可調節流量的閥門。

優選的，所述的翼片與基體平板夾角60°～90°，翼片與煙氣流向的衝角為30°～60°。

與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果：

本發明中靜態混合單元的翼片均與一個氨噴射孔相對，且氨噴射孔位於對應翼片的下方。氨氣通過氨噴射孔進入煙道，當氨氣和煙氣流經翼片時，由於按一定衝角布置的翼片前後壓差不平衡導致流體邊界層產生流動分離與再附著，進而產生旋渦，同時主流煙氣影響旋渦的運動，最終形成運動方向與主流方向相同的螺旋形旋渦，即為二次卷吸混合的縱向渦。氨噴射孔噴出氨氣與煙氣中氮氧化物在縱向渦形成過程中經過二次混合擾動，增強了混合效果，為提高氨氮混合均勻性，從而縮短均勻混合所需距離，提高空間利用效率；其結構簡單，運行穩定，安裝布置及優化調整操作方便。

進一步的，通過設置的分隔板配合基體平板將煙道分為橫截面積均勻的若干控制區域，一方面避免渦流卷吸時橫向速度相互影響且提高混合效果，另一方面提高靜態混合單元的安裝穩定性。

附圖說明

圖1為本發明所述混合裝置一種實施方式的結構示意圖。

圖2為圖1所示結構布置於實際煙道的俯視圖。

圖3為圖2中A-A方向的剖面圖。

圖4為本發明實例中所述矩形翼片且噴孔單列時的局部結構示意圖。

圖5為本發明實例中所述矩形翼片且噴孔雙列時的局部結構示意圖。

圖6為本發明實例中所述三角形翼片且噴孔單列時的局部結構示意圖。

圖7為本發明實例中所述三角形翼片且噴孔雙列時的局部結構示意圖。

圖中：翼片1，基體平板2，靜態混合單元3，氨噴射孔4，氨噴射管5，分隔板6。

具體實施方式

下面結合具體的實施例對本發明做進一步的詳細說明，所述是對本發明的解釋而不是限定。

本發明一種用於SCR脫硝系統的縱向渦型噴氨混合裝置，如圖1所示，包括靜態混合單元3、氨噴射管5和分隔板6。所述的靜態混合單元3由基體平板2和翼片1組成；基體平板2平面與煙氣流向平行；同一靜態混合單元3中的翼片1與基體平板2之間夾角為30°～90°，翼片1與煙氣流向構成的夾角定義為衝角，衝角要求大於0°且為0°～60°；所述的氨噴射管5上排列有一系列氨噴射孔4，如圖4和圖6所示，氨噴射孔4由若干噴射方向與煙氣流向重合的若干單列孔組成，或如圖5和圖7所示，由若干噴射方向與煙氣流向相交成銳角的雙列孔組成，即氨噴射孔噴射方向與煙氣流向重合度為0°～90°；每個翼片1下方均有一個與其相對應的氨噴射孔4，所述下方指的是煙氣流向的上遊方向。

其中，翼片1與基體平板2呈30°～90°，同時定義翼片在基體平板上的結合線段與煙氣流向的夾角為衝角，優選衝角要求大於0°且為0°～60°。翼片1可選為矩形、三角形、梯形、橢圓形或多邊形，為保證脫硝效率及加工方便，優選翼片形狀為矩形、三角形或梯形，如圖6和圖7所示，翼片1採用三角形；翼片1通過將基體平板2裁剪並彎折或粘接得到，實際操作中，翼片尺寸根據噴氨量、煙氣流速和煙道尺寸等合理確定。

靜態混合單元3可直接嵌套於氨噴射管上，或採用局部裁剪後搭接的方式布置於氨噴射管5上，同時靜態混合單元3與分隔板6之間也能採用局部裁剪後拼接方式進行布置。

基體平板2與分隔板6的平面均與煙氣流向平行，同時基體平板2與分隔板6之間始終保持相互垂直。

氨噴射管5均單獨配置有流量調節裝置，通常包括流量計及可調節流量的閥門，以便於根據不同區域還原劑氨的需求量進行調節優化。

縱向渦型噴氨混合裝置運行時，還原劑氨從氨噴射孔4中噴出，氨氣與煙氣形成的混合氣體流經翼片1，形成具有二次擾動特徵的螺旋型旋渦，強化渦流卷吸混合，同時基體平板2和分隔板6的阻擋，避免卷吸時產生的橫向速度相互影響，所形成的縱向渦具有二次卷吸與強化混合的作用，有利於提高氨氮混合效果，促使氨氣和煙氣的均勻混合。

具體的，本發明一種實施例如圖1所示，用於某電廠SCR脫硝系統的縱向渦型噴氨混合裝置，包括由翼片1和基體平板2組成的靜態混合單元3、帶有氨噴射孔4的氨噴射管5以及分隔板6。如圖2所示，煙道被均勻分隔為8個控制區域，每個區域均布置有兩個氨噴射孔4和兩個靜態混合單元3；如圖3所示，設置兩根布置有單列氨噴射孔4的氨噴射管5，每根氨噴射管5入口處設置有單獨的流量調節裝置；根據控制區域數量設置有16個靜態混合單元3，翼片1採用矩形結構，同時翼片1與基體平板相互垂直，且翼片1與煙氣流向形成的衝角為20°，每個翼片1下方均對應有一個氨噴射孔4；靜態混合單元3可採取嵌套或插入的方式固定於氨噴射管5上，基體平板2和分隔板6的平面都與煙氣流向相平行，分隔板6與基體平板2之間始終相互垂直。

使用時，採用上述縱向渦型噴氨混合裝置，煙氣按圖1所示方向流入煙道，同時氨氣自氨噴射孔4中噴出。煙氣與氨氣聚積在翼片1下方，由於翼片1的阻滯作用，混合氣體將在翼片1的三條邊沿處發生流動分離，形成旋渦；同時，由於主流方向煙氣和基體平板2的影響，所形成的旋渦因流體流速不均而在氨噴射管5軸線方向進一步形成二次混合擾動，即形成縱向渦卷吸混合。由於基體平板2和分隔板6的區域分隔，形成的縱向渦不會產生橫向速度影響，增強了氨氮氧混合效果。