一种可调节分区耦合旋转的烟气混合系统及调节方法与流程

本发明属于烟气 scr 脱硝污染物治理，涉及一种可调节分区耦合旋转的烟气混合系统及调节方法。

背景技术：

1、选择性催化还原（scr）脱硝技术是当前使用最为广泛、脱硝效果最好的烟气氮氧化物治理技术。其基本原理为：通过向烟道内注入还原剂nh3（来源于液氨、氨水或尿素水解产物），使nh3与烟气中的nox在进入催化剂层后发生选择性催化还原反应，生成无害的n2和h2o，从而实现烟气脱硝。然而，由于实际工程中烟道长度有限，且喷氨格栅的喷嘴布置无法全面覆盖整个烟道截面，喷氨后nh3与烟气中的nox难以在短时间内达到分子级别的均匀混合。为了保证nox脱除效率、提高还原剂利用率、降低氨逃逸率以及避免下游空预器堵塞腐蚀和电除尘积灰板结等问题，需要在喷氨格栅与催化剂层之间设置烟气混合器。烟气混合器通过产生扰流的方式，将传质过程由自然分子扩散转变为强制湍流传质，从而在有限距离内强化nh3与nox的混合均匀性。

2、然而，受烟道截面大尺寸、喷氨喷嘴覆盖范围有限以及机组变负荷运行特性等多重因素的限制，仅依靠烟气自然扩散或传统静态混合器的简单扰流，极易出现氨氮分布不均的问题，进而衍生出以下多重工程技术难题：

3、1.混合均匀性差，环保指标难以达标常规静态混合器无分区独立扰流结构，烟道截面氨浓度偏差大，深度调峰工况下nox难以稳定控制在 30mg/m3超低排放限值；局部氨过量引发氨逃逸超标，造成空预器堵塞、腐蚀、电除尘积灰板结，大幅提升运维成本。

4、2.系统阻力高，机组能耗损失严重传统静态混合器叶片全覆盖布置，烟气流通遮挡面积大，烟道沿程阻力显著增加，引风机电耗长期偏高，深度调峰低烟气流速工况下混合效果进一步恶化。

5、3. 无动态调节能力，变负荷适配性极差市面主流混合器均为固定式静态结构，安装完成后扰流强度不可调整；机组高/低负荷、煤质波动、喷氨量变化时，无法匹配实时烟气工况，出现烟道上下游烟气无序互串，出口nox在线监测与上游喷氨调节失去一一对应关系，喷氨闭环调控失效，极易出现瞬时超标排放。

6、4. 高尘工况设备易卡涩、密封失效 现有可调式混合机构未设置防灰防护结构，烟道飞灰堆积易造成调节机构卡滞、密封间隙漏烟，长期运行调节精度持续衰减。

7、综上所述，随着当前环保管控标准的持续升级，多地已强制要求火电机组在深度调峰期间必须稳定实现nox≤30mg/m3的超低排放，且氨逃逸已纳入常态化在线强制管控范围。传统的固定型混合装置已无法满足超低排放、宽负荷稳定运行、低能耗、精准喷氨调控等多重叠加的严苛需求。因此，本领域亟需开发一种具备分区独立混合、动态可调、超低阻力、高粉尘适应性的新型烟气混合装备，以解决上述现有技术中存在的诸多缺陷。

技术实现思路

1、针对现有 scr 烟气混合器阻力高、无动态调节、跨负荷适配差、烟气分区互串、高尘工况可靠性低等缺陷，本发明提供一种可调节分区耦合旋转的烟气混合系统及调节方法，通过分区耦合旋流+中心引射加速耦合强化传质、尾部伸缩式可调引射结构、内置防灰限位液压调节机构四大核心创新，实现超低烟气阻力、全负荷氨氮强效混合，并具备分区调控功能。再配套二级消旋整流，从源头降低氨逃逸、催化剂磨损堵塞、风机能耗，适配超低排放强制管控要求。

2、本发明是通过以下技术方案来实现：

3、一种可调节分区耦合旋转的烟气混合系统，包括：若干个在烟道截面内划分的烟气分区及对应安装于所述烟气分区内的若干一级混合器；

4、所述混合器包括中心引射通道和环绕在所述中心引射通道外侧的环形外侧通道，所述环形外侧通道内设有外侧导流板，且相邻所述烟气分区内的所述外侧导流板的旋向相反；

5、所述中心引射通道包括固定的引射器喉部，以及滑动套设于所述引射器喉部上的可伸缩引射器尾部；

6、所述引射器尾部连接有驱动机构，所述驱动机构驱动所述引射器尾部沿中心轴线伸缩以调节射流强度；所述引射器尾部的外部连接有挡灰板，所述挡灰板滑动插接于限位槽内并随所述引射器尾部同步滑动，以对所述驱动机构进行粉尘隔离。

7、优选的，所述外侧导流板将流经所述环形外侧通道的烟气导向形成大尺度环形旋流；相邻所述烟气分区的所述外侧导流板的相反旋向用于抑制跨分区的烟气横向串流；

8、所述中心引射通道对中心烟气进行收缩加速形成高速射流；所述中心引射通道的出口与所述环形外侧通道的出口同轴布置，使所述高速射流与外侧的所述环形旋流发生剪切，形成多层微涡流。

9、优选的，所述引射器尾部的底部固定连接有尾部支架，所述驱动机构为液压装置，所述液压装置与所述尾部支架连接；所述挡灰板设置于所述尾部支架底部并与所述尾部支架一体成型；

10、优选的，所述引射器尾部与所述引射器喉部之间填充有金属丝增强石墨密封填料，所述引射器尾部与所述引射器喉部采用过盈滑动装配。

11、优选的，所述烟气混合系统还包括若干二级消旋整流装置，所述二级消旋整流装置一一对应布置于所述烟气分区的下游，所述二级消旋整流装置抵消分区旋流的横向速度分量，以使规整后的烟气垂直进入下游的催化剂层。

12、优选的，所述混合器还包括混合器外部壁面和混合器内外侧壁面，所述外侧导流板固定于所述混合器外部壁面与所述混合器内外侧壁面之间；所述混合器外部壁面通过内部预埋有液压管路的混合器支架整体固定于烟道分区的内壁。

13、优选的，还包括控制系统，所述控制系统包括分别安装于脱硝系统出口各所述烟气分区的nox在线分析仪表，以及与所述nox在线分析仪表和所述驱动机构通信连接的plc控制器。

14、一种所述的烟气混合系统的调节方法，其特征在于，包括以下步骤：

15、获取脱硝系统出口各所述烟气分区内所述nox在线分析仪表实时反馈的组分监测信号；

16、所述控制器根据所述组分监测信号与预设目标的偏差，输出对应的控制信号至所述驱动机构；

17、所述驱动机构根据所述控制信号驱动所述引射器尾部沿所述限位槽升降，以改变所述引射器尾部的伸出长度，从而在线无级调节中心射流强度及内外气流耦合剪切程度。

18、优选的，当机组处于低负荷或烟气流速低工况时，所述控制器控制所述驱动机构顶升所述引射器尾部，以加长中心射流段，从而强化内外气流的耦合涡流。

19、优选的，当机组处于高负荷或烟气流速高工况时，所述控制器控制所述驱动机构收回所述引射器尾部，以缩短中心射流段，减小烟气流通遮挡，从而降低系统的整体阻力。

20、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

21、本发明通过在烟道截面内划分若干个独立烟气分区并在各分区内对应安装一级混合器，且相邻分区内混合器的外侧导流板旋向相反，使各分区烟气在本区域内独立完成旋流混合、分区间气流干扰被大幅削弱，从而实现了上下游喷氨调节与出口组分监测之间的一一对应关系，喷氨闭环调控精准度得以显著提升，彻底解决了变负荷工况下调节失控的问题；通过设置中心引射通道与环绕其外侧的环形外侧通道相配合，使流经环形外侧通道的烟气经外侧导流板导向形成大尺度环形旋流以产生烟道截面大范围扰动，同时流经中心引射通道的烟气经固定的引射器喉部收缩加速形成高速射流，且中心引射通道出口与环形外侧通道出口同轴布置以在出口区域发生剧烈剪切形成多层微涡流，从而在同等混合均匀度前提下大幅缩减扰流叶片投影面积，实现了系统阻力较常规静态混合器降低55%，显著降低了引风机运行电耗；通过将引射器尾部滑动套设于引射器喉部上并连接驱动机构驱动引射器尾部沿中心轴线伸缩以调节射流强度，使得设备安装后仍可在线无级调节中心射流强度及内外气流的耦合剪切程度，适配30%至100%机组全负荷区间的动态自适应混合强度匹配，彻底解决了传统固定式混合器低负荷混合差、高负荷阻力大的固有缺陷；通过在引射器尾部外部连接挡灰板并使挡灰板滑动插接于限位槽内随引射器尾部同步滑动，实现了对驱动机构的粉尘隔离以及伸缩行程的精确限位，有效防止了飞灰卡滞和调节超程破坏密封结构，确保了高粉尘工况下调节机构的长期可靠运行。本发明可广泛应用于火电、钢铁、冶金、焦化等行业的scr脱硝系统，同时可拓展应用于各类工业多组分气相强制混合工艺场景，具备广阔的产业化推广前景。

22、进一步地，本发明通过将外侧导流板设置为将流经环形外侧通道的烟气导向形成大尺度环形旋流，并使相邻烟气分区的外侧导流板旋向相反以抑制跨分区的烟气横向串流，同时通过中心引射通道对中心烟气进行收缩加速形成高速射流，且中心引射通道出口与环形外侧通道出口同轴布置以使高速射流与外侧环形旋流发生剪切形成多层微涡流，实现了自然分子扩散向强制湍流传质的升级，在保证大范围烟气扰动和高效混合的同时大幅降低了系统阻力。

23、进一步地，本发明通过在引射器尾部底部固定连接尾部支架，并将液压装置与尾部支架连接以驱动引射器尾部伸缩，同时将挡灰板设置于尾部支架底部并与尾部支架一体成型，实现了挡灰板随尾部支架及引射器尾部同步滑动，确保了对液压执行元件的高效粉尘隔离，避免飞灰直接冲刷造成卡滞和磨损。

24、进一步地，本发明通过在引射器尾部与引射器喉部之间填充金属丝增强石墨密封填料，并采用过盈滑动装配，使密封填料在引射器尾部伸缩过程中兼具轴向滑动润滑和高温烟气密封双重作用，实现了长期高温高尘工况下的无漏烟运行和调节顺滑，显著延长了设备运维周期。

25、进一步地，本发明通过在各烟气分区下游一一对应布置二级消旋整流装置以抵消分区旋流的横向速度分量，使规整后的烟气垂直均匀进入下游催化剂层，有效降低了催化剂因横向偏流冲刷而导致的磨损速率和堵灰概率，延长了催化剂更换周期，降低了全厂运维成本。

26、进一步地，本发明通过将外侧导流板固定于混合器外部壁面与混合器内外侧壁面之间，并将混合器外部壁面通过内部预埋有液压管路的混合器支架整体固定于烟道分区的内壁，实现了混合器整体结构的稳固安装以及液压管路的内置式布置，有效避免了外部管路在高温高尘环境下的损坏风险，保证了液压驱动系统的长期可靠供能。

27、进一步地，本发明通过设置包括nox在线分析仪表和plc控制器的控制系统，并在脱硝系统出口各烟气分区分别安装nox在线分析仪表以实时反馈组分监测信号，使控制器根据监测信号与预设目标的偏差输出控制信号至驱动机构以驱动引射器尾部沿限位槽升降，实现了混合强度的在线闭环自动调节；当机组处于低负荷或烟气流速低工况时，控制器控制驱动机构顶升引射器尾部以加长中心射流段、强化内外气流耦合涡流，当机组处于高负荷或烟气流速高工况时，控制器控制驱动机构收回引射器尾部以缩短中心射流段、减小烟气流通遮挡，从而在全负荷工况下实现了混合强度与系统阻力的动态优化平衡，无需停机即可完成参数优化，保证了超低排放的稳定达标。