一种用于选择性催化还原烟气脱硝系统的静态混合器

摘要

本发明公开了一种用于选择性催化还原烟气脱硝系统的静态混合器，该静态混合器安装在脱硝系统的烟道内，并包括多个结构相同的混合单元，其中各个混合单元由八个全等的直角三角板结构围绕同一中心点共同拼接而成，这八个直角三角板结构被划分为四组，其中每组分别包括通过直角边彼此相接的两个直角三角形结构，然后相邻各组之间分别通过直角三角板结构的斜边彼此完全相接；此外，各个混合单元的中心点分别对应处在烟道喷氨格栅的各个喷嘴的圆心正上方。通过本发明，可显著改善氨气与烟气的混合程度，提高氨氮摩尔比的均匀性，产生较小的系统压损，实现短距离混合，同时具备扰流效果明显、整体结构紧凑、便于加工和安装等特点。

权利要求

1.一种用于选择性催化还原烟气脱硝系统的静态混合器，该静态混合器安装在脱硝系统的烟道内，并包括多个结构相同且沿着烟道横截面方向水平排列的混合单元，其特征在于：各个混合单元分别由八个全等的直角三角板结构围绕同一中心点共同拼接而成，并通过以下方式执行拼接：这八个直角三角板结构被划分为四组，其中每组分别包括两个直角三角形结构，并且这两个直角三角形结构通过各自的直角边彼此完全相接；然后，相邻各组之间再分别通过直角三角板结构的斜边彼此完全相接；

此外，各个混合单元的所述中心点分别对应处在烟道喷氨格栅的各个喷嘴的圆心正上方，以此方式，当氨气经喷氨格栅的喷嘴射入烟道后，击中混合单元的中心位置并被直角三角板结构拼接形成的槽底分隔成八份，然后流经直角三角形结构的斜边产生漩涡，由此导致氨气与烟气执行更大程度的均匀混合。

2.如权利要求1所述的静态混合器，其特征在于，所有直角三角板结构在水平面的投影面积总和被设定为小于烟道横截面的35％，以便避免造成过大压降。

3.如权利要求1或2所述的静态混合器，其特征在于，所述直角三角板的三边各不相等。

4.如权利要求3所述的静态混合器，其特征在于，各个混合单元的中心点距离所述烟道喷氨格栅的喷嘴之间的间距被设定为0.3m～1m。

说明书

一种用于选择性催化还原烟气脱硝系统的静态混合器

技术领域

[0001] 本发明属于燃煤电厂烟气脱硝装置技术领域，更具体地，涉及一种用于选择性催化还原(SCR)烟气脱硝系统的静态混合器。

背景技术

[0002] 目前我国对燃煤电站氮氧化物的排放控制要求日益严格，选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction，SCR)烟气脱硝法是一种高效、成熟的技术，目前最高脱硝效率可达90％以上，因而在国内外电厂氮氧化物污染物控制领域得到广泛应用。

[0003] 在SCR反应系统中，氨/空气混合系统其中的重要组成部分，氨氮摩尔比直接影响到脱硝效率和氨逃逸率。若氨气与NOx混合不均匀，则有不完全反应的氨气直接逸出反应器；NH3与烟气中的SO3和H2O反应会形成NH4HSO4，会加剧空预器冷段腐蚀，造成空预器严重堵灰。堵塞严重时会使阻力增加30％～50％，对机组的安全、经济运行造成很大的影响。

[0004] 目前电厂的SCR脱硝系统中，主要采用的是喷氨格栅来执行混氨过程，由于受到反应器空间限制，气体混合距离有限，进而造成氨气与烟气混合不均匀。为此，现有技术增设了混合器来使得氨气与烟气混合均匀。然而，进一步的研究表明，传统的混合器存在混合效果不佳，系统压损偏大，以及加工复杂等缺陷，因此在本领域中有必要对其作出进一步的完善或改进。

发明内容

[0005] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于选择性催化还原烟气脱硝系统的新型静态混合器，其中通过对其关键组件的结构及其设置方式等方面进行研究，相应可显著改善氨气与烟气的混合程度，提高氨氮摩尔比的均匀性，产生较小的系统压损，实现短距离混合，同时具备扰流效果明显、整体结构紧凑、便于加工和安装等特点，因而尤其适用于SCR反应系统的氨气/烟气混合用途。

[0006] 为实现上述目的，按照本发明，提供了一种用于选择性催化还原烟气脱硝系统的静态混合器，该静态混合器安装在脱硝系统的烟道内，并包括多个结构相同且沿着烟道横截面方向水平排列的混合单元，其特征在于：

[0007] 各个混合单元分别由八个全等的直角三角板结构围绕同一中心点共同拼接而成，，并通过以下方式执行拼接：这八个直角三角板结构被划分为四组，其中每组分别包括两个直角三角形结构，并且这两个直角三角形结构通过各自的直角边彼此完全相接；然后，相邻各组之间再分别通过直角三角板结构的斜边彼此完全相接；

[0008] 此外，各个混合单元的所述中心点分别对应处在烟道喷氨格栅的各个喷嘴的圆心正上方，以此方式，当氨气经喷氨格栅的喷嘴射入烟道后，击中混合单元的中心位置并被直角三角板结构拼接形成的槽底分隔成八份，然后流经直角三角形结构的斜边产生漩涡，由此导致氨气与烟气执行更大程度的均匀混合。

[0009] 作为进一步优选地，对于上述静态混合器，所有直角三角板结构在水平面的投影面积总和被设定为小于烟道横截面的35％，以便避免造成过大压降。

[0010] 作为进一步优选地，所述直角三角板结构的三边优选各不相等。

[0011] 作为进一步优选地，所述混合单元均焊接在不锈钢管上，然后通过该不锈钢管固定于烟道的侧壁。

[0012] 作为进一步优选地，各个混合单元的中心点距离喷氨格栅的喷嘴之间的间距优选被设定为0.3m～1m。

[0013] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

[0014] 1、通过采用多个直角三角板结构来共同拼接混合单元并对其拼接方式进行研究，测试表明氨气流经于此时会产生漩涡进而引起气体在最短的距离内执行最大程度的混合，此外该过程扰流效果显著，并且降压较小；

[0015] 2、通过对上述静态混合器的其他关键性能参数如投影面积、距离氨气喷嘴的高度等进行设定，通过使用流体动力学计算软件进行验证表明，能够对每股氨气快速执行混合，大大提高混合效率，实现氨气与烟气之间的均匀混合；

[0016] 3、按照本发明的新型静态混合器结构紧凑、便于加工和安装，适用性强，同时具备可有效减少氨逃逸、提高脱氮效率等特点，因而尤其适用于现有各类SCR脱硝系统的氨气/烟气混合用途。

附图说明

[0017] 图1是按照本发明优选实施例所构建的混合单元的立体结构示意图；

[0018] 图2是按照本发明的静态混合器安装于烟道时的正视图；

[0019] 图3是用于示范性说明将按照本发明的静态混合器用于现有SCR烟气脱硝系统时的主体结构示意图；

[0020] 在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

[0021] 1-省煤器 2-喷氨格栅 3-静态混合器 4-导流板 5-整流格栅6-催化剂层31-混合单元 32-直角三角板结构 33-不锈钢管

具体实施方式

[0022] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

[0023] 图3是用于示范性说明将按照本发明的静态混合器用于现有SCR烟气脱硝系统时的主体结构示意图。如图3中所示，高温烟气离开省煤器1后，沿烟道向下经过90度转向进入水平段，经过两组导流板的矫正，转向至竖直段。喷氨格栅2(AIG)布置在竖直烟道的下游附近，同时在该喷氨格栅2的上方譬如0.5m的位置安装有按照本发明的静态混合器3。该静态混合器3由多个结构相同的混合单元共同组成，并可如图2中所示，焊接在一个不锈钢管33上并沿着烟道的横截面方向水平排列，其数量与喷氨格栅的喷嘴数量相同，譬如为80个。氨气经AIG喷嘴射入烟道后，打在各个混合单元31的中心，稀释氨气被迅速扰流，同时被来自上游的烟气卷携并充分扩散；然后再继续经竖直烟道顶部发生两次转向，向下通过整流格栅5。充分混合后的氨与烟气进入催化剂层6发生催化还原反应，脱硝后的净烟气流向下游的空气预热器。

[0024] 下面将参照图1来具体描述按照本发明的新型静态混合器。如图1中所示，各个混合单元31分别由八个全等的也即贴合后完全重合的直角三角板结构32围绕同一中心点共同拼接而成，其中每个直角三角板结构32的三边各不相等，并通过以下方式执行拼接：这八个直角三角板结构被划分为四组，其中每组分别包括两个直角三角形结构，并且这两个直角三角形结构通过各自的直角边彼此完全相接；然后，相邻各组之间再分别通过直角三角板结构的斜边彼此完全相接。为进一步便于观察起见，需要指出该图1中处于正前方的一组呈现为向内凹进的结构，而处于正后方的一组则朝向阅读者的方向凸出；这四组均类似于双翼片的形式，并且与水平面之间譬如可形成35°～45°的倾角，具体角度可根据实际气体流速调整。

[0025] 此外，各个混合单元31的中心点分别对应处在烟道喷氨格栅2的各个喷嘴的圆心正上方，以此方式，当氨气经喷氨格栅2的喷嘴射入烟道后，击中混合单元31的中心位置并被直角三角板结构拼接形成的槽底分隔成八份，然后流经直角三角形结构的斜边产生漩涡，漩涡引起气体在最短的距离内进行最大程度的混合，混合单元周边的气流相互作用，加速氨气的均匀分布。经过扰流后的单股混合气流在极短的距离内，被扩散到更广泛的空间，扰流效果显著，并且压降最小。

[0026] 更具体地，各个直角三角板的斜边优选设定为150mm～400mm，厚度优选6mm，并可以根据烟道截面积与喷氨格栅的喷嘴数量共同决定。按照本发明的一个优选实施方式，对于上述静态混合器，所有直角三角板结构在水平面的投影面积总和被设定为小于烟道横截面的35％，以便避免造成过大压降。

[0027] 按照本发明的另一优选实施方式，各个混合单元的中心点距离喷氨格栅的喷嘴被设定为0.3m～1m的间距。通过流体动力学计算软件模拟验证表明，上述工作参数能够在短距离内实现对每股氨气快速的混合，有效提高混合效率，并且增强了扰流干扰，最终确保氨气与烟气之间的均匀反应。

[0028] 此外，按照本发明的混合单元的数量由烟道截面决定，排列方式可根据所配套的喷氨格栅的喷嘴来确定，只要确保混合单元的中心点位于喷嘴的圆心正上方即可。

[0029] 通过使用数值模拟方法验证本发明的实际效果，经计算，SCR反应器首层催化剂前速度分布偏差可达到8.7％。此外，未加设混合器前，氨氮摩尔比的浓度偏差为7.5％，加装该混合器后，偏差值为4.3％，产生的系统阻力为72pa，符合工程设计目标，上述实际测试结果表明了本发明的静态混合器具备较大的应用价值。

[0030] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。