CN102527217B

CN102527217B - Sncr脱硝墙式喷射器

Info

Publication number: CN102527217B
Application number: CN201110456894.1A
Authority: CN
Inventors: 池保华; 张定海; 杨国华; 王军; 洪流; 毛宇; 王育宾
Original assignee: Xian Aerospace Propulsion Institute
Current assignee: Xian Aerospace Propulsion Institute; Dongfang Boiler Group Co Ltd
Priority date: 2011-12-23
Filing date: 2011-12-23
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2031-12-23
Also published as: CN102527217A

Abstract

本发明涉及一种SNCR脱硝墙式喷射器，包括枪体组件和喷嘴组件，枪体组件包括管道组件和输入组件，管道组件包括空气管以及套接在空气管上的尿素管，空气管和尿素管之间形成尿素水环腔，输入组件包括设置在空气管一端的空气接头、与尿素水环腔连通的尿素水接头以及换向头，空气管与尿素管的另一端均与换向头连接，喷嘴组件包括喷头以及与喷头连接的混掺装置。本发明解决了我国对氮氧化物排放的控制尚处于起步阶段，难以满足环保要求的技术问题，在高温(1100℃)、高腐蚀、高磨损的烟气环境中能够长期稳定运行进行，最终进行烟气NOx控制处理。

Description

SNCR脱硝墙式喷射器

技术领域

本发明涉及电站锅炉的烟气湿法脱硝装置，特别涉及一种SNCR(选择性非催化还原法)脱硝墙式喷射器，可应用于电站燃煤锅炉，进行NOx控制处理。

背景技术

锅炉燃烧煤粉进行能量转换的同时会向环境排放大量污染物，据统计大气NOx排放中的67％来自燃煤，氮氧化物(NOx)的排放是导致酸雨、光化学烟雾等一系列严重污染问题的主要原因之一，因此对电厂燃煤锅炉进行NOx控制处理非常有必要。SNCR脱硝技术于20世纪70年代中期在日本开始应用，80年代末欧盟国家也开始了SNCR脱硝技术的工业应用，美国90年代初开始应用SNCR脱硝技术，目前全世界燃煤电厂SNCR脱硝工艺的总装机容量已经超过2GW，而在中国的装机容量较小。近几年高效率大容量发电机组增速较快，且大多采用了较为先进的低氮燃烧技术，使单位发电量的NOx排放水平呈下降趋势；另外，在役机组的低氮燃烧技术改造和一部分新建电厂烟气脱硝装置的建成并投入运行，对降低NOx排放水平也起到一定作用，但从整个行业来说，我国对氮氧化物排放的控制尚处于起步阶段，难以满足环保要求，有很大的发展潜力。

选择性非催化还原法(SNCR)是一种低成本、高效的NOx控制处理技术，其主要原理是在没有催化剂作用下，向870～1150℃高温烟气中喷射尿素水溶液作为还原剂，还原剂与烟气中NOx反应生成N₂，从而完成NOx的控制。通过分析SNCR的原理可知，尿素水溶液喷雾及与烟气的混合过程对脱硝效率有重要影响，而尿素水溶液的雾化粒径分布、流强空间分布、雾化角度、喷射速度等是影响喷雾及混合的关键参数。同时由于电厂锅炉内部烟气流动空间大、受热面复杂，往往需要若干个墙式喷射器进行组合喷射，固定角度及穿透深度的喷雾场组合难以覆盖大部分的烟气流动区域，解决的方法是实现喷雾场穿透深度和喷雾角度的灵活可调，提高尿素水喷雾场的覆盖率。墙式喷射器长期在锅炉中工作，工作环境恶劣，其热防护和长时间运行可靠性需要考虑。因此，喷嘴的雾化特性、枪体的结构设计、枪体的热防护能力及长时间运行可靠性是墙式喷射器设计的关键技术。为了提高脱硝效率，需要合理选择喷嘴结构并匹配雾化参数，优化枪体的结构设计，最终提高喷枪的性能和可靠性。

从以上分析可以看出，SNCR技术是非常有发展应用潜力的新技术，墙式喷射器作为SNCR技术的核心组成产品也具有良好的应用前景。在环保要求日益提高的形势下，该产品的发展和应用具有良好的经济和社会效益。

发明内容

本发明解决的技术问题是：设计并研制了SNCR墙式喷射器，在高温(1100℃)、高腐蚀、高磨损的烟气环境中能够长期稳定运行进行，最终进行烟气NOx控制处理。

本发明的技术解决方案：

SNCR脱硝墙式喷射器，包括枪体组件和喷嘴组件，

枪体组件包括管道组件和输入组件，

所述管道组件包括空气管4以及套接在空气管4上的尿素管5，所述空气管4和尿素管5之间形成尿素水环腔45，

所述输入组件包括设置在空气管4一端的空气接头9、与尿素水环腔45连通的尿素水接头10以及换向头6，所述空气管4与尿素管5的另一端均与换向头6连接；

所述喷嘴组件7包括喷头13以及与喷头连接的混掺装置11，所述混掺装置11包括位于中心的尿素水通道15、相互垂直且与尿素水通道15形成夹角α的至少四个空气通道16以及与尿素水通道15和空气通道连通16的混合室14，所述混合室15的出口与喷头13连通；

所述换向头6的另一端与喷嘴组件相通。

上述换向头6包括底座61和以及同心设置在底座上的内导流套65和外导流套62，所述底座61沿着底座延伸方向设置有换气通道63，垂直于底座延伸方向设置有换液通道64，所述空气管与换气通道的入口连通，所述尿素水环腔与换液通道入口连通，所述换气通道的出口通过外导流套62与空气通道连通，所述换液通道的出口通过内导流套65与尿素水通道连通。

上述枪体组件还包括调节组件，所述调节组件包括后堵板1、集合管2和前堵板3，所述集合管的一端通过后堵板固定在空气管上，所述集合管的另一端通过前堵板固定在尿素管上，所述集合管和空气管之间的形成集合环腔17，所述集合环腔17与尿素水环腔45连通，所述尿素水接头10设置在集合管2上，所述尿素水接头10的出口与集合环腔17连通。

空气通道与尿素水通道形成夹角α为30°～60°。

上述喷头包括喷口以及导流槽，所述导流槽18与喷口连通。

上述喷口为扇形喷口，出口为橄榄型结构。

喷头有30°、60°和100°三种型式。

上述枪体材料采用合金316L。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

1、本发明枪体采用尿素水自冷却结构，尿素水溶液从外侧进入枪体，沿尿素水环腔流动，经枪头换向后由喷嘴流出，通过合理设计环腔结构，一方面保证了枪体的可靠冷却，另一方面保证了尿素水温升对雾化效果的可控性，能够在1100℃高温环境下长期工作，极限工作温度可以达到1250℃，大大增加了喷枪与高温环境的相容性。

2、本发明通过设计尿素水的自冷却结构，一方面降低了枪体结构的复杂性，减小了枪体尺寸，另一方保证了枪体的可靠冷却。

3、本发明换向头的采取了侧面垂直交错布置技术，在1.5mm的环形空间内形成了37.6mm²的换向通道，有效满足了无节流的换向要求。

4、本发明采用喷头和混掺装置分离的结构，能够通过更换喷头来调整扇形喷雾场的喷雾角度、液滴直径空间分布和穿透深度，灵活适应锅炉内部复杂的烟气流场。喷头结构完全独立，可以通过调整混掺装置混合室长度，实现对气液混合强度的控制；喷头两端分别为混合室出口和喷口，保证了导流槽和喷口的同心度要求，通过调整混合室出口能够对喷嘴出口速度和穿透深度进行调整，通过调整喷口及其导流槽，能够灵活调整喷雾场的流强分布及空间分布。喷嘴在通过仅更换喷头的情况下能够实现喷雾场穿透深度、流强分布和空间分布等雾化特性的调整，能够有效满足锅炉内部喷雾场组合分布的需要。

5、本发明喷嘴采用了具有分离结构的Y型喷嘴，在满足雾化要求的同时，实现了穿透深度和喷雾角度的可控制性；选择合适的材料，在枪体表面喷涂耐高温耐磨金属陶瓷，提高了产品的耐蚀性和耐磨性。

附图说明

图1是本发明的SNCR脱硝墙式喷射器结构图

图2是本发明的喷嘴结构图；

图3为本发明的换向头的结构示意图；

图4为图3的A-A视图。

其中附图标记：1-后堵板，2-集合管，3-前堵板，4-空气管，5-尿素管，6-换向头，7-喷嘴，8-换向密封垫，9-空气接头，10-尿素水接头，11-混掺装置，12-密封垫，13-喷头，14-混合室，15-尿素水通道，16-空气通道，17-集合环腔，45-尿素水环腔，61-底座，62-导流套，63-换气通道，64-换液通道，65-内导流套，18-导流槽。

具体实施方式

图1为本发明的SNCR脱硝墙式喷射器结构图，包括枪体和喷嘴，枪体由空气管4、尿素管5、换向头6、换向密封垫8、空气接头9、尿素水接头10和调节管组成，调节管由后堵板1、集合管2和前堵板3组成。空气管4位于枪体中心，空气管4与尿素管5之间形成尿素水环腔45，枪体通过集合管2与气动推进器连接，集合管2上设计有不同位置的卡槽，能够实现墙式喷射器伸入炉膛的位置可调，喷嘴组件7采用Y型气动扇形喷嘴，喷头结构和导流槽角度可以根据烟气流场分布进行配置。

如图2所示，喷嘴组件7包括喷头13和与喷头连接的混掺装置11，混掺装置11包括位于中心的尿素水通道15、相互垂直且与尿素水通道15形成夹角α的至少四个空气通道16以及与尿素水通道15和空气通道连通16的混合室14，混合室15的出口与喷头13连通。其中喷头和混掺装置通过内螺纹、密封垫密封连接，混合室出口位于喷头内部，能够通过更换喷头来调整单个喷嘴的穿透深度、扇形喷雾场的角度和粒径分布。

本发明的SNCR脱硝墙式喷射器，所述根据本发明的SNCR脱硝墙式喷射器，喷嘴组件由混掺装置、密封垫和喷头组成，喷嘴主体为Y型结构，尿素水溶液由中心尿素水通道进入，空气由4个周向呈90°夹角的空气通道进入。喷头设计成平面扇形雾化结构，进口设有整流槽，空气和尿素水溶液在混合室的撞击点开始相互冲击混合，发生强烈的能量交换和动量交换，形成均匀的泡状两相流，气液混合流在喷嘴出口处受到整流槽限制而挤压变形，最终被整流成扁平的扇形喷雾形状，喷嘴的整流槽还设有导流角，一方面有利于气液混合流的进一步膨胀扩张，另一方面可以限定喷雾的雾化角。根据喷雾流强分布的不同要求，喷头导流槽角度可以灵活调整，以满足脱硝工艺要求。

如图3、图4所示，换向头6包括底座61和以及以及同心设置在底座上的内导流套65和外导流套62，底座61沿着底座延伸方向设置有换气通道63，垂直于底座延伸方向设置有换液通道64，所述空气管与换气通道的入口连通，所述尿素水环腔与换液通道入口连通，所述换气通道的出口通过外导流套62与空气通道连通，换液通道的出口通过内导流套65与尿素水通道连通。

枪体材料采用合金316L，能够有效防止尿素水溶液的腐蚀，喷嘴材料采用合金310S，既能防止尿素水溶液的腐蚀，也能耐高温，各接头及调节管采用不锈钢321，零件间焊接材料采用316L和310S，有效保证了焊缝的强度和耐蚀性。枪体前端表面喷涂有耐高温耐磨金属陶瓷，能够有效预防烟气的腐蚀和磨损。

SNCR墙式喷射器工作时，尿素水0.18～0.22t/h，其在枪体外侧的流动具有自冷却效果，枪体能够在1100℃环境中长期运行。尿素水溶液由尿素水接头10供应到外侧环腔，经换向头的换液通道64换向后流经尿素水通道进入喷嘴的混合室；压缩空气由空气接头9进入空气腔，经换向头后的换气通道63沿周向流经空气通道进入喷嘴的混合室，尿素水溶液和雾化空气在喷嘴7内碰撞混合，经喷头喷出后形成满足穿透深度和粒径分布要求的喷雾场。喷嘴入口气、液路压力0.4～0.6Mpa，尿素水溶液流量60.0g/s，气液比1.0％～2.0％，喷雾场穿透深度超过4.0m，平均索太尔直径小于100μm。

采用本发明的SNCR脱硝墙式喷射器成功应用于某发电厂两台30MW燃煤机组，烟气脱硝率超过40％，产品运行稳定可靠。

Claims

1.SNCR脱硝墙式喷射器，包括枪体组件和喷嘴组件，

所述枪体组件包括管道组件和输入组件，

所述管道组件包括空气管（4）以及套接在空气管（4）上的尿素管（5），所述空气管（4）和尿素管（5）之间形成尿素水环腔（45），

所述输入组件包括设置在空气管（4）一端的空气接头（9）、与尿素水环腔（45）连通的尿素水接头（10）以及换向头(6)，所述空气管(4)与尿素管(5)的另一端均与换向头(6)连接；

所述喷嘴组件(7)包括喷头(13)以及与喷头连接的混掺装置（11），所述混掺装置（11）包括位于中心的尿素水通道(15)、相互垂直且与尿素水通道（15）形成夹角α的至少四个空气通道(16)以及与尿素水通道(15)和空气通道连通（16）的混合室（14），所述混合室（15）的出口与喷头(13)连通；

所述换向头(6)的另一端与喷嘴组件相通；

所述换向头(6)包括底座(61)以及同心设置在底座上的内导流套（65）和外导流套（62），所述底座（61）沿着底座延伸方向设置有换气通道（63），垂直于底座延伸方向设置有换液通道（64），所述空气管与换气通道的入口连通，所述尿素水环腔与换液通道入口连通，所述换气通道的出口通过外导流套（62）与空气通道连通，所述换液通道的出口通过内导流套（65）与尿素水通道连通。

2.根据权利要求1所述的SNCR脱硝墙式喷射器，其特征在于：所述枪体组件还包括调节组件，所述调节组件包括后堵板（1）、集合管（2）和前堵板（3），所述集合管的一端通过后堵板固定在空气管上，所述集合管的另一端通过前堵板固定在尿素管上，所述集合管和空气管之间的形成集合环腔（17），所述集合环腔（17）与尿素水环腔（45）连通，所述尿素水接头(10)设置在集合管（2）上，所述尿素水接头(10)的出口与集合环腔(17)连通。

3.根据权利要求1或2所述的SNCR脱硝墙式喷射器，其特征在于：空气通道与尿素水通道形成夹角α为30°～60°。

4.根据权利要求3所述的SNCR脱硝墙式喷射器，其特征在于：所述喷头包括喷口以及导流槽，所述导流槽(18)与喷口连通。

5.根据权利要求4所述的SNCR脱硝墙式喷射器，其特征在于：所述喷口为扇形喷口，出口为橄榄型结构。

6.根据权利要求5所述的SNCR脱硝墙式喷射器，其特征在于：喷头有30°、60°和100°三种型式。

7.根据权利要求6所述的SNCR脱硝墙式喷射器，其特征在于：所述枪体材料采用合金316L。