一种用于近零氮氧化物排放的分级控制的喷氨格栅的制作方法

1.本发明涉及一种喷氨格栅结构，具体涉及一种用于近零氮氧化物排放的分级控制的喷氨格栅。


背景技术：

2.截止2019年底，我国已完成约86％的燃煤发电机组的超低排放改造，氮氧化物基本已按低于50mg/m3控制。为了进一步减少氮氧化物排放，并引领其他行业减排，江苏、深圳、河北等地陆续发布的相关地方政策均较超低排放更加严格，今后燃煤机组氮氧化物近零排放将是必然趋势，因此开发和储备燃煤发电机组的氮氧化物排放《25mg/m3的关键技术势在必行。
3.随着超低排放标准的全面推广，机组scr脱硝效率往往超过90％，氨氮摩尔比平均值超过0.9，当入口nox浓度波动时，常规scr的催化剂上游截面处的氨氮摩尔比超过1的位置将大为增加，这些位置的氨将大量逃逸，造成空预器严重堵塞。目前常规的喷氨格栅布置在scr入口烟道的上升段内，利用该段烟道和反应器顶盖下方空间进行氨气和烟气的混合，其温度区间一般为300-420℃之间。
4.传统常规喷氨格栅为线性控制式和分区控制式喷氨格栅。这两种喷氨格栅一定条件下，可以满足现阶段的超低排放nox《50mg/nm3要求，但对于nox《25mg/nm3及更严格排放标准要求下，仅通过每个模块的调节阀和分配阀对喷氨格栅喷氨量进行调整，在氨逃逸《3ppm的条件下，其精度无法满足要求。
5.现有喷氨格栅常用的主要为：线性控制式喷氨格栅、分区喷氨格栅、旋流喷氨格栅。线性控制式由横、纵垂直的线性排列的若干个管子和喷嘴组成，各管子内的氨气流量可以进行单独调节，用来匹配烟道内各区域的nox含量；分区喷氨格栅是把烟道截面分成多个大小相同的区域，一般为3～10个区域，各区域内的喷嘴数量相同，通过对各区域内的喷氨量单独进行控制调节，以满足各区域的氨氮摩尔比；旋流喷氨格栅是通过改变喷嘴的形式，使用螺旋性喷嘴使喷出氨气产生旋转，使氨气与nox的混合更加均匀。现在常用的喷氨格栅，线性控制式喷氨格栅喷嘴数量较多，系统调节复杂，运行维护较为困难。分区喷氨格栅仅能控制整个分区的喷氨量，由于负荷变动或者烟气偏流导致的串区问题较难解决。旋流喷氨格栅该旋转强度较低，仅能稍微改善喷氨均匀度。在现阶段的scr出口nox《50mg/nm3，氨逃逸《3ppm的情况下，传统喷氨格栅已经达到性能极限。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服现有技术中的问题，提供一种用于近零氮氧化物排放的分级控制的喷氨格栅，该喷氨格栅能够满足nox《25mg/nm3以及近零排放的要求，适用于电力行业及非电行业。
7.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
8.一种用于近零氮氧化物排放的分级控制的喷氨格栅，包括若干结构相同的喷氨单
元，每个喷氨单元包括喷氨母管以及设置在支架上的至少两组喷氨喷嘴，每组喷氨喷嘴包括若干喷嘴，若干喷嘴经调节阀均与喷氨母管相连。
9.本发明进一步的改进在于，每组喷氨喷嘴包括5个喷嘴、8个喷嘴、12个喷嘴或13个喷嘴。
10.本发明进一步的改进在于，每组喷氨喷嘴包括5个喷嘴时，分别为第一喷嘴、第二喷嘴、第三喷嘴、第四喷嘴和第五喷嘴，第一喷嘴固定，第二喷嘴、第三喷嘴、第四喷嘴和第五喷嘴均匀设置在第一喷嘴的周向上，并且与第一喷嘴的距离相同；
11.第一喷嘴、第二喷嘴、第三喷嘴、第四喷嘴和第五喷嘴经喷氨调节阀与喷氨母管相连。
12.本发明进一步的改进在于，与第一喷嘴、第二喷嘴、第三喷嘴和第四喷嘴相连的调节阀为粗调节阀，与第五喷嘴相连的调节阀为高精度调节阀。
13.本发明进一步的改进在于，每组喷氨喷嘴包括8个喷嘴时，分别为第一喷嘴、第二喷嘴、第三喷嘴、第四喷嘴、第五喷嘴、第六喷嘴、第七喷嘴和第八喷嘴，第一喷嘴、第二喷嘴、第三喷嘴和第四喷嘴均匀设置在第一圆上，第五喷嘴、第六喷嘴、第七喷嘴和第八喷嘴均匀设置在第二圆上，第二圆的半径大于第一圆的半径，并且第五喷嘴和第七喷嘴均位于第一喷嘴和第二喷嘴连线的中垂线上，第六喷嘴和第八喷嘴均位于第一喷嘴和第四喷嘴连线的中垂线上。
14.本发明进一步的改进在于，每组喷氨喷嘴包括12个喷嘴时，分别为第一喷嘴、第二喷嘴、第三喷嘴、第四喷嘴、第五喷嘴、第六喷嘴、第七喷嘴、第八喷嘴、第九喷嘴、第十喷嘴、第十一喷嘴和第十二喷嘴，第一喷嘴、第二喷嘴、第三喷嘴和第四喷嘴均匀设置在第一圆上，第五喷嘴、第六喷嘴、第七喷嘴、第八喷嘴、第九喷嘴、第十喷嘴、第十一喷嘴和第十二喷嘴均匀设置在第二圆上，第二圆的半径大于第一圆的半径，并且第五喷嘴和第六喷嘴均关于第一喷嘴和第三喷嘴连线对称设置，第九喷嘴和第十喷嘴关于第一喷嘴和第三喷嘴连线对称设置；第十一喷嘴和第十二喷嘴关于第二喷嘴和第四喷嘴连线对称设置；第七喷嘴和第八喷嘴关于第二喷嘴和第四喷嘴连线对称设置。
15.本发明进一步的改进在于，每组喷氨喷嘴包括13个喷嘴时，分别为第一喷嘴、第二喷嘴、第三喷嘴、第四喷嘴、第五喷嘴、第六喷嘴、第七喷嘴、第八喷嘴、第九喷嘴、第十喷嘴、第十一喷嘴、第十二喷嘴和第十三喷嘴，第二喷嘴、第三喷嘴、第四喷嘴和第五喷嘴均匀设置在第一圆上，第一喷嘴位于第一圆的圆心，第五喷嘴、第六喷嘴、第七喷嘴、第八喷嘴、第九喷嘴、第十喷嘴、第十一喷嘴、第十二喷嘴和第十三喷嘴均匀设置在第二圆上，第二圆的半径大于第一圆的半径，并且第十二喷嘴和第十三喷嘴关于第二喷嘴和第五喷嘴所在直线对称设置，第八喷嘴和第九喷嘴关于第二喷嘴和第五喷嘴所在直线对称设置；第六喷嘴和第七喷嘴关于第三喷嘴和第四喷嘴所在直线对称设置，第十喷嘴和第十一喷嘴关于第三喷嘴和第四喷嘴所在直线对称设置。
16.本发明进一步的改进在于，喷氨单元为6～30个。
17.与现有技术相比，本发明具有的有益效果：
18.本发明可以根据实际情况选择喷嘴数量，使其数量适中并与烟道有很好的匹配度，喷嘴直径大小合适，并采用分级控制，使内外两级喷嘴控制粗喷氨和精细喷氨。当nox≥50mg/nm3，外部的喷嘴调节进行控制，当nox＜50mg/nm3，内部的喷嘴调节进行控制，调节精
度最小可以达到1mg/nm3，克服了现有技术中对于nox《25mg/nm3及更严格排放标准要求下，仅通过每个模块的调节阀和分配阀对喷氨格栅喷氨量进行调整，在氨逃逸《3ppm的条件下，其精度无法满足要求的问题。
附图说明
19.图1为5喷嘴新型喷氨格栅结构主视图；
20.图2为5喷嘴新型喷氨格栅结构俯视图；
21.图3为5个喷嘴的布置示意图；
22.图4为8个喷嘴的布置示意图；
23.图5为12个喷嘴的布置示意图；
24.图6为13个喷嘴的布置示意图；
25.图中，1为第一喷嘴，2为第二喷嘴，3为第三喷嘴，4为第四喷嘴，5为第五喷嘴，6为第六喷嘴，7为第七喷嘴，8为第八喷嘴，9为第九喷嘴，10为第十喷嘴，11为第十一喷嘴，12为第十二喷嘴，13为第十三喷嘴，14为支架，15为喷氨母管。
具体实施方式
26.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
27.在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
28.本发明的用于近零氮氧化物排放的分级控制的喷氨格栅，包括若干个结构相同的喷氨单元，参见图1和图2，每个喷氨单元包括设置在支架14上的至少两组喷氨喷嘴，每组喷氨喷嘴包括若干个喷嘴，若干个喷嘴一端经调节阀均与喷氨母管15相连。
29.每组喷氨喷嘴包括5个喷嘴、8个喷嘴、12个喷嘴或13个喷嘴。具体的，参见图3，每组喷氨喷嘴包括5个喷嘴时，分别为第一喷嘴1、第二喷嘴2、第三喷嘴3、第四喷嘴4和第五喷嘴5，第一喷嘴1固定，第二喷嘴2、第三喷嘴3、第四喷嘴4和第五喷嘴5均匀设置在第一喷嘴1的周向上，并且与第一喷嘴1的距离相同。
30.第一喷嘴1、第二喷嘴2、第三喷嘴3和第四喷嘴4通过喷氨母管15和一个喷氨调节阀，调节进入喷嘴的氨/空混合气体量，该喷氨调节阀可调节的氨气流量下限值为10mg/nm3，第五喷嘴5通过另外一个喷氨母管15和一个喷氨高精度调节阀进行调节，该高精度调节阀可调流量的下限值为1mg/nm3。图1和图2所示，为常规矩形烟道中的典型布置方式。
31.与第一喷嘴1、第二喷嘴2、第三喷嘴3和第四喷嘴4相连的调节阀为粗调节阀，其调
节精度可以满足的调节范围为氮氧化物浓度大于50mg/nm3的要求，与第五喷嘴5相连的调节阀为高精度调节阀，其调节范围为氮氧化物浓度0～50mg/nm3。当scr入口烟气nox》50mg/nm3时，调节粗调节阀，控制第一喷嘴1固定，第二喷嘴2、第三喷嘴3和第四喷嘴4喷氨量，当scr出口烟气nox《50mg/nm3时，调节高精度调节阀，控制第五喷嘴5喷氨量，使其控制scr出口nox为25mg/nm3或者更低。
32.参见图4，每组喷氨喷嘴包括8个喷嘴时，分别为第一喷嘴1、第二喷嘴2、第三喷嘴3、第四喷嘴4、第五喷嘴5、第六喷嘴6、第七喷嘴7和第八喷嘴8，第一喷嘴1、第二喷嘴2、第三喷嘴3和第四喷嘴4均匀设置在第一圆上，第五喷嘴5、第六喷嘴6、第七喷嘴7和第八喷嘴8均匀设置在第二圆上，第二圆的半径大于第一圆的半径，并且第五喷嘴5和第七喷嘴7均位于第一喷嘴1和第二喷嘴2连线的中垂线上，第六喷嘴6和第八喷嘴8均位于第一喷嘴1和第四喷嘴4连线的中垂线上。
33.参见图5，每组喷氨喷嘴包括12个喷嘴时，分别为第一喷嘴1、第二喷嘴2、第三喷嘴3、第四喷嘴4、第五喷嘴5、第六喷嘴6、第七喷嘴7、第八喷嘴8、第九喷嘴9、第十喷嘴10、第十一喷嘴11和第十二喷嘴12，第一喷嘴1、第二喷嘴2、第三喷嘴3和第四喷嘴4均匀设置在第一圆上，第五喷嘴5、第六喷嘴6、第七喷嘴7、第八喷嘴8、第九喷嘴9、第十喷嘴10、第十一喷嘴11和第十二喷嘴12均匀设置在第二圆上，第二圆的半径大于第一圆的半径，并且第五喷嘴5和第六喷嘴6均关于第一喷嘴1和第三喷嘴3连线对称设置，同样的，第九喷嘴9和第十喷嘴10关于第一喷嘴1和第三喷嘴3连线对称设置；第十一喷嘴11和第十二喷嘴12关于第二喷嘴2和第四喷嘴4连线对称设置；同样的，第七喷嘴7和第八喷嘴8关于第二喷嘴2和第四喷嘴4连线对称设置。
34.参见图6，每组喷氨喷嘴包括13个喷嘴时，分别为第一喷嘴1、第二喷嘴2、第三喷嘴3、第四喷嘴4、第五喷嘴5、第六喷嘴6、第七喷嘴7、第八喷嘴8、第九喷嘴9、第十喷嘴10、第十一喷嘴11、第十二喷嘴12和第十三喷嘴13，第二喷嘴2、第三喷嘴3、第四喷嘴4和第五喷嘴5均匀设置在第一圆上，第一喷嘴1位于第一圆的圆心，第五喷嘴5、第六喷嘴6、第七喷嘴7、第八喷嘴8、第九喷嘴9、第十喷嘴10、第十一喷嘴11、第十二喷嘴12和第十三喷嘴13均匀设置在第二圆上，第二圆的半径大于第一圆的半径，并且第十二喷嘴12和第十三喷嘴13关于第二喷嘴2和第五喷嘴5所在直线对称设置，同样的，第八喷嘴8和第九喷嘴9关于第二喷嘴2和第五喷嘴5所在直线对称设置。第六喷嘴6和第七喷嘴7关于第三喷嘴3和第四喷嘴4所在直线对称设置，同样的，第十喷嘴10和第十一喷嘴11关于第三喷嘴3和第四喷嘴4所在直线对称设置。
35.根据烟道长度的不同，布置6～30个喷氨单元，具体布置数量需根据数值模拟测试进行确定。
36.根据实际布置需要与此相类似的有8个喷嘴、12个喷嘴、13个喷嘴等多种布置方式，具体如图4、图5和图6所示。图4为8个喷嘴布置示意图，第一喷嘴1、第二喷嘴2、第三喷嘴3和第四喷嘴4与高精度调节阀相连，第五喷嘴5、第六喷嘴6、第七喷嘴7和第八喷嘴8与粗调节阀相连。图5为12个喷嘴布置示意图，第一喷嘴1、第二喷嘴2、第三喷嘴3和第四喷嘴4与高精度调节阀相连，第五喷嘴5、第六喷嘴6、第七喷嘴7、第八喷嘴8、第九喷嘴9、第十喷嘴10、第十一喷嘴11和第十二喷嘴12与粗调节阀相连。图6为13个喷嘴布置示意图，第一喷嘴1、第二喷嘴2、第三喷嘴3、第四喷嘴4第五喷嘴5和与高精度调节阀相连，第五喷嘴5、第六喷嘴6、
第七喷嘴7、第八喷嘴8、第九喷嘴9、第十喷嘴10、第十一喷嘴11、第十二喷嘴12和第十三喷嘴13与粗调节阀相连。
37.此外，还有15个喷嘴、29个喷嘴等多种布置方式，与之类似，不再赘述。
38.烟气从省煤器出口进入scr入口，先后通过nox预混合装置1，nox大范围混合装置2，分区快速氨氮混合装置3，新型喷氨格栅4，再通过导流板进入scr反应器，最后烟气从scr出口流出。
39.现阶段对于nox《25mg/nm3及更严格排放标准要求下，仅通过每个模块的调节阀和分配阀对喷氨格栅喷氨量进行调整，在氨逃逸《3ppm的条件下，其精度无法满足要求。本发明可以根据实际情况选择喷嘴数量，使其数量适中并与烟道有很好的匹配度，喷嘴直径大小合适，并采用分级控制，使内外两级喷嘴控制粗喷氨和精细喷氨。当nox≥50mg/nm3，外部的喷嘴调节进行控制，当nox＜50mg/nm3，内部的喷嘴调节进行控制，调节精度最小可以达到1mg/nm3。