專利名稱：煙氣脫硝渦流混合器及渦流混合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煙氣脫硝工藝中將兩種或多種氣體混合均勻的裝置，以及應(yīng)用該裝置的 渦流混合方法。
背景技術(shù)：
大氣中氮氧化物的主要來源是燃料，其中近70%來自于煤炭的直接燃燒。我國是以煤炭 為主要能源的國家，火電廠燃煤量又占到我國煤炭消費(fèi)總量的一半以上。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2000年我 國N0x的排放總量約為1880萬噸，其中，火力發(fā)電廠氮氧化物排放量為496萬噸。按照目前的 排放水平測算，預(yù)計(jì)到2020年，我國火電排放的氮氧化物將達(dá)到1000萬噸以上。NOx濃度的 升高，將使大氣氧化性增加，導(dǎo)致酸雨、臭氧層破壞、光化學(xué)煙霧等一系列的城市和區(qū)域環(huán) 境問題，對人體健康和生態(tài)環(huán)境構(gòu)成巨大的威脅。因此，燃煤電站煙氣脫硝是我國控制NOx 排放的重中之重。
選擇性催化還原(SCR)技術(shù)是目前工業(yè)上應(yīng)用最為廣泛的一種脫硝技術(shù)，原理是以 NH3為還原劑，選擇催化還原煙氣中的N0x還原為無害的N2和H20，以脫除NOx，滿足日趨嚴(yán)格 的環(huán)保要求。其主要反應(yīng)如下
4NH3 + 4N0 + 02 — 4N2 + 6H20 (1 )
8NH3 + 6NO — 7N2 + 12H20 (2)
SCR技術(shù)的關(guān)鍵是反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)物NH3與污染物N0x混合均勻，否則，NH3與N0x在煙氣中 的混合不均會(huì)造成SCR系統(tǒng)性能降低。氨在某些區(qū)域過量，會(huì)導(dǎo)致過剩的氨逃逸出反應(yīng)器， 造成新的環(huán)境污染，同時(shí)導(dǎo)致脫硝效果變差；某些區(qū)域的氨量不足，則導(dǎo)致NOx并未被還原 的結(jié)果。
傳統(tǒng)的格柵式氨混合器，其工作原理是噴氨格柵安裝于通向SCR反應(yīng)器的煙道內(nèi)部， 由若干個(gè)垂直布置的還原劑噴管和水平布置的還原劑噴管組成，管上設(shè)有一定數(shù)量噴嘴。每 路還原劑噴管都設(shè)有調(diào)節(jié)裝置，讓噴入的氨的分布和煙氣中NOx的分布盡量的匹配，使得氨 氮摩爾比的分布盡量均勻。
然而經(jīng)過長期運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，由于格柵式混合器占據(jù)煙道面積非常大，因此阻力較大，系統(tǒng) 的壓力損失較大。同時(shí)，噴嘴堵塞現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，造成氨混合不均勻，進(jìn)而嚴(yán)重影響脫硝效 率，而且系統(tǒng)調(diào)節(jié)非常復(fù)雜，經(jīng)常發(fā)生故障。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種煙氣脫硝渦流混合器及渦流混合方法，提高了煙氣 脫硝混合效果和脫硝效率。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
一種煙氣脫硝渦流混合器，包括置于煙道內(nèi)的混合元件和插入煙道內(nèi)的還原劑噴管，其 特征在于上述混合元件斜置于煙道內(nèi)，由支撐梁與煙道內(nèi)壁固定連接，混合元件的背流面 為平面，該背流面與煙氣流動(dòng)方向的夾角為IO。 90° ，且正對還原劑噴管的噴口，但不與 還原劑噴管的噴口相接觸，混合元件的向流面朝向流體的流動(dòng)方向。
上述混合元件可為片狀混合元件或錐狀混合元件。
上述片狀混合元件的平面可以是與煙道橫截面形狀適應(yīng)的圓形、橢圓形或多邊形。 上述錐狀混合元件可以是正圓錐形、斜圓錐形、橢圓錐形、等邊棱錐形或不等邊棱錐 形，其錐體底面為背流面，錐體尖部朝向煙氣的流動(dòng)方向。 上述混合元件的背流面可固定有放射狀分布的分隔板。 上述混合元件為耐高溫的金屬或非金屬材料。 上述混合元件的大小不超過煙道橫截面大小的80%。
上述支撐梁的一端與混合元件中心固定或穿過混合元件中心與煙道內(nèi)壁固定，支撐梁的 另一端與煙道另一側(cè)內(nèi)壁固定。
一種應(yīng)用上述煙氣脫硝渦流混合器的渦流混合方法，其特征在于將煙氣脫硝渦流混合 器的混合元件斜置于與SCR反應(yīng)器頂部連通的煙道內(nèi)，將還原劑噴管從煙道壁插入煙道內(nèi)， 使混合元件的向流面朝向煙氣的流動(dòng)方向，使混合元件的背流面正對還原劑噴管的噴口，且 不相接觸，使還原劑氨從還原劑噴管的噴口噴射到混合元件背流面，還原劑氨從混合元件中 心，均勻分布到整個(gè)背流面，并擴(kuò)散至混合元件邊緣，在混合元件的向流面，煙氣進(jìn)入煙道 后，受混合元件向流面的阻擋發(fā)生擾動(dòng)，在混合元件的邊緣形成渦流，在斜置的混合元件兩 端形成壓差，引起兩側(cè)渦流的不平衡，在形成的渦流中，使催化劑氨與煙氣混合均勻。
上述混合元件斜置于直煙道中或煙道拐彎處。
本發(fā)明的特點(diǎn)和有益效果是采用本發(fā)明的脫硝系統(tǒng)，利用煙氣形成的渦流對還原劑氨 進(jìn)行均勻混合，使得NH3/N0x在第一層催化劑入口斷面各點(diǎn)混合均勻偏差在士5。/。以內(nèi)，完全 達(dá)到了NH3/N0x充分混合的目的。
本發(fā)明設(shè)備簡單，控制簡便，調(diào)試時(shí)間短。利用煙氣形成的渦流對還原劑氨進(jìn)行均勻混 合，煙氣適應(yīng)性強(qiáng)，NH3/N0x混合效果更好。并且由于還原劑噴管數(shù)量少，口徑大，可以作到無堵塞運(yùn)行，不需要進(jìn)行維護(hù)。
本發(fā)明特別適用于火力發(fā)電廠選擇性催化還原(SCR)煙氣脫硝工藝，將還原劑氨引入 含有氮氧化物的煙氣中，并使其混合均勻。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
圖l是本發(fā)明實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是分隔板的分布示意圖。
圖4是應(yīng)用本發(fā)明煙氣脫硝渦流混合器的示意圖。
圖5是圖4中A—A剖面多個(gè)混合元件的示意圖。
圖中l(wèi)-煙氣、2-氨、3-渦流、4-片狀混合元件、5-向流面、6-背流面、7-還原劑噴 管、8-煙道、9-錐狀混合元件、10-分隔板、11-水平煙道、12-煙道拐彎、13-垂直煙道、 14-導(dǎo)流葉片、15-入口煙道、16-漸縮段、17-整流格柵、18-催化劑層、19-SCR反應(yīng)器、 20-支撐梁。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一參見圖l所示，這種煙氣脫硝渦流混合器，包括置于煙道8內(nèi)的混合元件和插入 煙道內(nèi)的還原劑噴管7，其特征在于上述混合元件斜置于煙道內(nèi)，由支撐梁20與煙道內(nèi)壁 固定連接，混合元件的背流面6為平面，該背流面與煙氣流動(dòng)方向的夾角為IO。 90° ，且 正對還原劑噴管7的噴口，但不與還原劑噴管的噴口相接觸，混合元件的向流面5朝向流體的 流動(dòng)方向。
上述片狀混合元件4的平面可以是與煙道橫截面形狀適應(yīng)的圓形、橢圓形、矩形、梯形 或其它多邊形?；旌显樘间摶蚱渌?5(TC高溫的材料?；旌显闹睆讲怀^煙道橫 截面大小的80%。還原劑噴管7的噴口與混合元件背流面的距離不超過兩個(gè)混合元件直徑的長度。
上述支撐梁20的一端既可以與混合元件中心固定，也可以穿過混合元件中心與煙道內(nèi)壁 固定，支撐梁20的另一端與煙道另一側(cè)內(nèi)壁固定。
實(shí)施例二參見圖2所示，與實(shí)施例一不同的是煙氣脫硝渦流混合器采用錐狀混合元件9， 上述錐狀混合元件9是正圓錐形、斜圓錐形、橢圓錐形、等邊棱錐形或不等邊棱錐形，其錐 體底面為背流面，錐體尖部朝向煙氣1的流動(dòng)方向。
參見圖3，上述混合元件4的背流面可以固定有將表面3-n等分的放射狀分隔板10。分隔
板起導(dǎo)流作用，可以使氣流分布更加均勻。
對于形狀規(guī)則的混合元件，還原劑氨可送至背流面的中心，其中心位于平面重心。對于 非規(guī)則形狀的混合元件，例如不等邊三角棱錐形、梯形或者類似形狀的多邊形混合元件，需 要調(diào)節(jié)還原劑噴管出口位置，以便達(dá)到流體在混合元件背流面盡可能的均勻分布。
在實(shí)際工程中，需要根據(jù)煙氣流速(V)，調(diào)節(jié)混合元件直徑(d)、與煙氣流向之間的 角度(a)，并且優(yōu)化氨噴射速度(V')以及還原劑噴管出口與混合元件之間的距離 (1)，保證氨與煙氣的均勻混合擴(kuò)散。
煙氣流速(V)為5-25m/s，還原劑氨噴射速度(V')為5-25m/s，并且始終保持V >V'。
本發(fā)明的渦流混合原理參見圖l、圖2所示，在流體力學(xué)中，在一股流體的通道中加入一 塊與主流成小迎角的平板，在平板向流面一側(cè)，由于有超壓生成，使流線向左右鋪展開，在 背流面那一邊，流線由于減壓吸引而向板中間彎攏。結(jié)果在板后緣處，除了后緣的中心以 外，在向流面速度有指向板兩邊的分量，而在背流面速度有指向板中央的分量；在定常流動(dòng) 的情況下，由于壓力的連續(xù)性而且所有流線的來源共同，間斷面兩側(cè)的速度一樣，只有速度 方向的間斷。間斷面都是從兩側(cè)緣就巻起了的，結(jié)果產(chǎn)生了兩個(gè)渦旋，并可在板的整個(gè)行程 中看到。
渦流本身對氣體的流動(dòng)是起阻礙作用的，但是如果利用這種原理，在平板的背面增加一 股流體，同樣，該流體也會(huì)在平板背面形成另一組渦流，這樣在平板的邊緣，兩股流體形成 的兩股渦流就會(huì)形成混合作用。
應(yīng)用本發(fā)明煙氣脫硝渦流混合器進(jìn)行渦流混合的脫硝工藝參見圖4所示，將煙氣脫硝渦 流混合器的混合元件斜置于與SCR反應(yīng)器19頂部連通的煙道8內(nèi)，將還原劑噴管7從煙道壁插 入煙道內(nèi)，使混合元件的向流面5朝向煙氣1的流動(dòng)方向，使混合元件的背流面6正對還原劑 噴管7的噴口，且不相接觸，在混合元件上方一段距離，對應(yīng)設(shè)置還原劑噴管7，使還原劑氨 從還原劑噴管的噴口噴射到混合元件背流面，還原劑氨從混合元件中心，均勻分布到整個(gè)背 流面，并擴(kuò)散至混合元件邊緣，在混合元件的向流面5，煙氣由鍋爐尾部經(jīng)過接口進(jìn)入脫硝 系統(tǒng)，首先經(jīng)過水平煙道ll、煙道拐彎12和垂直煙道13，在煙道拐彎處遇到混合元件，煙氣 受混合元件向流面5的阻擋發(fā)生擾動(dòng)，在混合元件的邊緣形成渦流，在斜置的混合元件兩端 形成壓差，引起兩側(cè)渦流的不平衡，在形成的渦流中，使催化劑氨與煙氣混合均勻。然后， 混合物再經(jīng)過導(dǎo)流葉片14轉(zhuǎn)向后進(jìn)入入口煙道15，經(jīng)過漸縮段16、整流格柵17向下到達(dá)反應(yīng) 器第一催化劑層18， SCR反應(yīng)器19為煙氣豎直向下流動(dòng)方式，反應(yīng)器入口及出口煙道轉(zhuǎn)彎處均可設(shè)有導(dǎo)流板，反應(yīng)器入口可裝設(shè)氣流均布裝置。
參見圖5，在大尺寸煙道內(nèi)，可將多個(gè)混合元件呈排布置，還原劑噴管與混合元件對應(yīng) 布置。多個(gè)混合元件可以用統(tǒng)一的支撐梁固定，也可以分別用支撐梁固定在煙道內(nèi)。
脫硝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)條件為
機(jī)組容量 2X330麗；
煙氣量 391.673kg/s;
煙氣溫度 365°C;
NOx入口濃度 400mg/Nm3;
脫硝系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)
煙氣流速 15m/s;
氨噴射速度 10m/s;
混合元件 6個(gè)X小150mm;
混合元件圓盤與水平夾角37° ;
氨還原劑噴管口距離圓盤中心 800mm。
權(quán)利要求
1.一種煙氣脫硝渦流混合器，包括置于煙道(8)內(nèi)的混合元件和插入煙道內(nèi)的還原劑噴管(7)，其特征在于上述混合元件斜置于煙道內(nèi)，由支撐梁(20)與煙道內(nèi)壁固定連接，混合元件的背流面(6)為平面，該背流面與煙氣流動(dòng)方向的夾角為10°～90°，且正對還原劑噴管(7)的噴口，但不與還原劑噴管的噴口相接觸，混合元件的向流面(5)朝向流體的流動(dòng)方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的煙氣脫硝渦流混合器，其特征在于上述混 合元件為片狀混合元件(4)或錐狀混合元件(9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煙氣脫硝渦流混合器，其特征在于上述片狀混合元件(4)的平面是與煙道橫截面形狀適應(yīng)的圓形、橢圓形或多邊形。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煙氣脫硝渦流混合器，其特征在于上述錐狀混合元件(9)是正圓錐形、斜圓錐形、橢圓錐形、等邊棱錐形或不等邊棱錐形，其錐體 底面為背流面，錐體尖部朝向煙氣(1)的流動(dòng)方向。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的煙氣脫硝渦流混合器，其特征在于上述混合元件的背流面(6)固定有放射狀分布的分隔板(10)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的煙氣脫硝渦流混合器，其特征在于上述混合元件為耐高溫的金屬或非金屬材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的煙氣脫硝渦流混合器，其特征在于上述混合元件不超過煙道橫截面大小的80%。
8.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的煙氣脫硝渦流混合器，其特征在于上 述支撐梁(20)的一端與混合元件中心固定或穿過混合元件中心與煙道內(nèi)壁固定，支撐梁 (20)的另一端與煙道另一側(cè)內(nèi)壁固定。
9. 一種應(yīng)用權(quán)利要求l-8任意一項(xiàng)煙氣脫硝渦流混合器的渦流混合方法，其特征在于將煙氣脫硝渦流混合器的混合元件斜置于與SCR反應(yīng)器(19)頂部連通的 煙道(8)內(nèi)，將還原劑噴管(7)從煙道壁插入煙道內(nèi)，使混合元件的向流面(5)朝向煙氣(1)的流動(dòng)方向，使混合元件的背流面(6)正對還原劑噴管(7)的噴口，且不相接觸 ，使還原劑氨從還原劑噴管的噴口噴射到混合元件背流面，還原劑氨從混合元件中心，均勻 分布到整個(gè)背流面，并擴(kuò)散至混合元件邊緣，在混合元件的向流面(5)，煙氣進(jìn)入煙道后 ，受混合元件向流面(5)的阻擋發(fā)生擾動(dòng)，在混合元件的邊緣形成渦流，在斜置的混合元 件兩端形成壓差，引起兩側(cè)渦流的不平衡，在形成的渦流中，使催化劑氨與煙氣混合均勻。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的煙氣脫硝渦流混合器的渦流混合方法，其 特征在于上述混合元件斜置于直煙道(13)中或煙道拐彎(12)處。
全文摘要
一種煙氣脫硝渦流混合器及渦流混合方法，該混合器包括置于煙道內(nèi)的混合元件和插入煙道內(nèi)的還原劑噴管，上述混合元件的背流面為平面，該背流面正對還原劑噴管的噴口，但不與還原劑噴管的噴口相接觸，混合元件的向流面朝向流體的流動(dòng)方向。采用本發(fā)明的脫硝系統(tǒng)，利用煙氣形成的渦流對還原劑氨進(jìn)行均勻混合，使得NH₃/NO_x在第一層催化劑入口斷面各點(diǎn)混合均勻偏差在±5％以內(nèi)，完全達(dá)到了NH₃/NOx充分混合的目的。本發(fā)明特別適用于火力發(fā)電廠選擇性催化還原(SCR)煙氣脫硝工藝，將還原劑氨引入含有氮氧化物的煙氣中，并使其混合均勻。
文檔編號(hào)B01D53/56GK101342457SQ20081030412
公開日2009年1月14日 申請日期2008年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月21日
發(fā)明者劉漢強(qiáng), 敵 吳, 濱 沈, 禹 趙, 路光杰 申請人:北京國電龍?jiān)喘h(huán)保工程有限公司