一体化加热式氨喷淋混合装置及相应的SCR脱硝系统的制作方法

一体化加热式氨喷淋混合装置及相应的scr脱硝系统
技术领域
1.本实用新型涉及一体化加热式氨喷淋混合装置。


背景技术：

2.在高温燃烧条件下，燃料中的有机氮及空气中的部分氮会被氧化为氮氧化物，烟气中的氮氧化物no
x
主要以no的形式存在，据悉最初排放的no
x
中no约占95%，no在大气中极易与空气中的氧发生反应，生成no2，在温度较大或有云雾存在时，no2进一步与水分子作用形成硝酸hno3，这是目前酸雨中的第二重要酸分，在有催化剂存在时，如加上合适的气象条件，n02转变成硝酸的速度加快，特别是当no2与so2同时存在时，可以相互催化，形成硝酸的速度更快。
3.自2015年我国燃煤发电行业全面实施超低排放改造以来，电力行业no
x
排放量大幅缩减，随着国家对大气污染防治的逐渐重视和环保标准的日益严格，“超低排放”不仅成为燃煤发电行业的“常态化指标”，也相继成为钢铁、焦化、水泥、工业炉窑等行业的“常态化指标”。在众多的脱硝技术中，scr技术凭借其高效的脱除效率，稳定可靠的工艺系统，良好的烟气适用性和无二次污染等优势成为“超低排放”改造技术路线中最为理想的no
x
治理技术。
4.scr（selective catalytic reduction，选择性催化还原）脱硝系统常用的还原剂有液氨、氨水和尿素。液氨属于危险化学品，在储存和使用过程中存在严重的安全隐患。随着我国安全监管形势日益严格，液氨作为还原剂在脱硝系统中的运用已逐渐被更为安全的氨水和尿素替代。尿素可通过热解或水解的方式制氨，对比两种工艺的工程投资和运行成本：尿素水解工程投资高于尿素热解，但其制氨的转化率高，且系统运行能耗低，运行故障率低，故综合比较尿素水解制氨工艺的技术经济性更佳。氨水作为脱硝系统还原剂时含氨量一般不超过25%，其安全风险比液氨大大降低，且因其工艺系统简单，运行能耗低等特点被越来越多的应用于钢铁、焦化、有色、冶炼窑炉等烟气脱硝系统中，逐渐成为非电行业脱硝系统主流还原剂。
5.无论是尿素水解制氨还是氨水蒸发制氨，所制备的氨气产品气均为含有水蒸气的氨混合气，为避免水蒸气回凝及氨气发生逆反应，在喷入烟气中前需要将混合气体温度维持在露点温度以上，越高越有利于混合气相的稳定性，且对脱硝入口温度影响越小。但从设计角度，维持高温需要额外补充热量，增加系统能耗。所以常规设计时混合气体温度就设计高于露点温度20-30℃。
6.作为scr技术的核心设备，喷氨格栅和烟气静态混合装置的开发已经成为制约烟气脱硝“超低排放”工艺发展的关键。要想达到高效的脱硝效率且极低的氨逃逸量，必须由喷氨格栅和烟气静态混合器协同作用，使脱硝入口气相组分充分混合，并达到气流均匀分布的目的。目前喷氨格栅和静态混合器一般为分体式，且静态混合器还存在不完善的地方，由此导致了喷氨格栅和混合系统匹配度差，空间占用大，扰动和混合效果有待提高等问题，难以适应日益严格的“超低排放”标准。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的是在实现将传统换热器、静态混合器和喷氨格栅集成为一体设计的基础上，减少设备体积，增强扰动效果，以利于提高scr系统的脱氮效果，减少烟气中的氮氧化物含量。
8.本实用新型的技术方案是：一体化加热式氨喷淋混合装置，设有若干支路，所述支路由若干横管依次连接而成，所述横管垂直于烟道的延伸方向（垂直于烟气流方向），沿烟道的延伸方向分层分布，其中位于最底层（烟气来向）的横管为喷淋管，设有喷淋孔或喷嘴，其他各层的横管均为换热管，用于接入氨气（通常为含水蒸气的氨气，或称混合气体）的输送支管为竖向管，上端连接位于最上层的横管的进口，下端连接氨气的母管联箱。
9.相邻层横管之间的连接方式可以为采用180
°
弯头连接。
10.所述母管联箱可以横向（垂直于竖向的方向）设置，且优选与所述输送支管和所述横管垂直（三者的主体部分相互垂直）。
11.各支路通常可以采用相同的构造，在此情形下，烟道优选为横截面为矩形的方烟道。
12.各支路的横管的层数通常应相同。
13.各支路上位于同一层的横管优选分布在烟道的同一横截面上。
14.各层横管之间的层间距优选相同。
15.位于相邻层的各横管（各支路的横管）优选交错分布（相对于烟道横截面交错分布，或者说，在同一烟道横截面上的投影交错分布）。
16.各支路优选等间距分布。
17.所述喷淋管上的喷淋孔或喷嘴的朝向优选分为左右对称的两种。
18.两种朝向的喷淋孔或喷嘴优选沿喷淋管的延伸方向交替分布。
19.所述输送支管上可以设有流量调节阀。
20.所述流量调节阀优选为带有刻度盘的蝶阀。
21.所述输送支管上可以设有膨胀节。
22.所述膨胀节优选为金属膨胀节。
23.所述换热管优选为设有丁胞结构的涡节管。
24.scr脱硝系统,设有氨喷淋混合装置，所述氨喷淋混合装置为本实用新型公开的任意一种一体化加热式氨喷淋混合装置，所述横管位于烟道内，所述烟道为竖向的矩形烟道（横截面呈矩形的烟道，或称方烟道），烟气流方向为由下向上，喷淋管位于若干层横向管的最底层，所述输送支管和所述母管联箱位于所述烟道外，所述输送支管的上端通过穿过所述烟道管壁的连接管件连接位于最上层的横管的进口，所述母管联箱设有用于连接氨制备设备的母管，所述氨制备设备为尿素水解制氨的设备或者为氨水蒸发制氨的设备。
25.本实用新型将传统换热器、静态混合器和喷氨格栅集成为一体设计，并实现了静态混合器及其他构造的多方面优化，兼具换热、喷氨、扰流多重功能，具有结构紧凑、扰流效果好、不易结盐、经济节能等优点，实现脱硝系统安全、经济、环保运行。
26.本实用新型可适用于大、中、小各种规模企业的尾气scr脱硝系统，特别是混合距离有限的“超低排放”脱硝装置中。
附图说明
27.图1是本实用新型的主视结构示意图；
28.图2是与图1对应的a-a俯视结构示意图。
29.图3是与图1对应的b-b俯视结构示意图。
30.图4是与图1对应的c-c剖视结构示意图；
31.图5是与图1对应的左视结构示意图；
32.图6是显示喷淋管上两种喷淋孔朝向的示意图；
33.图7是显示喷淋管上两种喷淋孔交替分布的示意图。
具体实施方式
34.参见图1-7，这种一体化加热式氨喷淋混合装置，包括母管联箱1、输送支管2、流量调节阀3、膨胀节4、换热管5、喷淋管6、弯头7、管排支撑8组成。所述母管联箱1、输送支管2、流量调节阀3和膨胀节4外置于反应器烟道外部，换热管5、喷淋管6、弯头7、管排支撑8、防磨角钢9内置于反应器烟道内部。其中，母管联箱、输送支管及与输送支管相应的换热管和喷淋管均相互连通，形成连续的流体通道。
35.母管联箱1的尺寸可根据现场布置空间和氨空混合系统的压损合理选择，以保证各输送支管2的流速和压力均匀分布。从母管联箱1的径向并排伸出的各输送支管2上均装有带有刻度盘的蝶阀，用作流量调节阀3，用于调节每个区域的喷氨量，每根输送支管上还装有膨胀节4，用于吸收烟道膨胀产生的热位移。
36.各输送支管形成输送管排，从烟道长边侧垂直伸入烟道内部，各输送支管连接的换热管和喷淋管的数量相同，在烟道延伸方向上（通常为竖向）上分层设置，由此形成烟道内分层设置的横管排（换热管排和喷淋管排，简称管排），通常可以烟道延伸方向上分多层（n 1层）均匀布置，相邻两层管排交错排布，相邻管排中与同一输送支管连接成一条流体通道（支路）的管道（换热管和/或喷淋管）通过180
°
弯头7连接，为使相邻管排上的管道交错，所述弯头相对于烟道延伸方向通常可以是倾斜的。
37.烟道内的前n层横管排为换热管排5，最后一层（第n 1层，当所在烟道为竖向时，为最底层）管排为喷淋管排6。所述换热管排与烟气方向垂直布置，并与喷淋管排配套设计，在满足换热功能的同时，所述换热管3还兼具扰流管的作用。氨气混合气体从制氨设备出口进入母管联箱入口，再通过若干并联的输送支管分为多路进入反应器相应区域的烟道内，首先流经n层换热管，通过管壁与外部热烟气换热升温，最后通过底层的喷淋管的喷嘴喷入到烟气中，烟气夹裹着氨气自下而上流动（烟道为竖向时），当穿过所述交错排布的换热管排时，烟气被分割成多股小气流，并在换热管排的扰动下不断分流、回旋、又重新汇集，强化了氨气与烟气之间的混合效果，能够在短距离内充分混合，有效提高脱硝效率并降低氨逃逸量。
38.所述输送支管及其对应的各层换热管和喷淋管相互连通，形成连续的流体通道支路，由制氨设备送出的含有水蒸气的氨气（混合气体）通过氨气母管接入母管联箱，经母管联箱分配至各输送支管，经输送支管进入相应的各层换热管及位于底层的喷淋管，在换热管受外部高温烟气加热，使其温度可靠地保持在露点以上，最终由各喷淋管的喷嘴从烟道的横截面上均匀地喷入烟道，喷入烟道的氨气混入烟气，随烟气上升，经烟道内的换热管等
管排扰动，实现与烟气的充分混合。
39.各所述输送支管上都可以设有带有刻度盘的蝶阀，由此可独立调节各输送支管的喷氨量，达到精确喷氨的目的。
40.各所述输送支管上均可以设有金属膨胀节，用于吸收由于烟道膨胀发生的热位移。
41.各层换热管排之间相互平行，且同层换热管在烟道截面上等间距分布（特别是在相应区域的烟道为横截面呈矩形的方烟道时），相邻层换热管排上的换热管相互错布置，使烟气在穿过多个所述换热管排时多次改变方向，一方面改善换热路径以更好地保证换热效果，另一方面也起到了扰流的作用，使烟气与氨空气混合气体能够混合均匀。
42.所述换热管（用作换热管的各横管中的全部或部分）优选采用一种强化换热的涡节管，所述涡节管的管壁上设有丁胞结构，由此不仅可以增加提高管内外的换热效率，且不会带来较大的压力损失，构成同一支路的相邻层换热管之间通过180
°
弯头连通。
43.所述喷淋管位于最底层，通常可以采用光管，管径可与换热管相同。喷淋管排与其相邻层的换热管排相互错布置，构成同一支路的喷淋管与相邻层的换热管之间亦通过180
°
弯头连通。
44.所述喷淋管的外端延伸到贴近烟道壁，并用管帽封堵。喷淋管上在轴向（喷淋管的轴向）上等间距有若干喷淋孔61，喷淋孔的朝向有两种，两种喷淋孔的孔径相同，朝向上左右对称，且沿喷淋管依次交替分布（交错分布），相邻两个喷淋孔夹角为120
°
，且总体朝向（夹角中分线方向）为顺烟气流动方向，由此使氨气喷射路线相互交叉、重叠，以增加扰动效果。
45.所述换热管排和喷淋管排下部间隔设有支撑（或称支板，或支杆），所述支撑与管排上的管道垂直布置，两端通过焊接等适宜方式固定在烟道壁板上。
46.所述支撑可以采用圆钢管、圆钢或者角钢，当采用角钢时，角钢的角正向朝下（烟气来向），以避免过度的增大阻力。
47.任意一层管排下的支撑可以是平行设置的多个，相邻支撑的间距相等。
48.所述支撑的两侧上可以设有导流叶片，引导竖向上升的烟气斜向向上流动。
49.相邻支撑的相邻侧的导流叶片的导流方向可以相反，其导流面分别向支撑延伸方向的两端方向倾斜，引导烟气流在向上流动的同时向支撑延伸方向的相应端方向斜向流动，由此在相邻支撑之间区域形成有一定旋转的烟气流，以利于增强氨与烟气的混合效果，提高氨在烟道横截面上的均匀性。
50.同一支撑两侧的导流叶片的导流方向相同，以避免两侧气流形成局部的较强旋流，导致阻力的过度增大。
51.导流叶片可以为从支撑侧面水平向外延伸出的平板，所述平板可以焊接在支撑上，平板所在的平面（导流面）平行于支撑的水平垂线且与竖向线之间有一个小的夹角（例如，5-15
°
），以实现上述导流目的。
52.各所述喷淋管的上游（烟气来向）设有防磨角钢，减轻烟气中的灰尘对喷淋管的冲刷，防磨角钢与喷淋管一一对应，同向布置（角钢上的角正对着烟气来向），角钢两端通过焊接等方式固定安装在烟道壁板上。防磨角钢与相应喷淋管之间的距离依据实际需要，通常应有效地避免烟气对喷淋管的强烈冲击且有效地卷吸和携带走从喷淋孔喷出的氨气。
53.本实用新型涉及产品构造时所称的上、下、左、右、底、顶、横、横向、纵、纵向、竖、竖向、竖直等方位，均为产品中各件/各构造之间的相对方位，不构成对实际使用方位的限定，本领域技术人员可以依据实际情况，采用任何适宜的方向设置本产品。通常情况下，本实用新型涉及产品构造时所称的下对应于实际使用时的烟气来向。
54.本实用新型涉及一体化加热式氨喷淋混合装置中的件和/或构造相对于烟道的方位时，是指安装于烟道后与烟道的相对方位关系，或者说在烟道上的使用状态下与烟道的方位关系，可以理解的是，在未安装于烟道的情形下，无所谓与烟道之间的方位关系，因此，这些方位限定应理解为对一体化加热式氨喷淋混合装置自身相关件和/或构造之间方位的限定，在该限定下，将一体化加热式氨喷淋混合装置安装至相应的烟道时，能够形成所限定的与烟道之间的方位关系。
55.本实用新型公开的各优选和可选的技术手段，除特别说明外及一个优选或可选技术手段为另一技术手段的进一步限定外，均可以任意组合，形成若干不同的技术方案。