CN109289514B - 一种scr脱硝烟气混合器及其*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SCR脱硝烟气混合器及其***，包括中空箱体和引流隔板，所述中空箱体顶面开口，其他面开设有通孔，所述通孔沿中空箱体中线对称分布，顺冷烟气方向的前端面和后端面上的通孔至少分两层设置，上层通孔与上引流隔板形成闭合的上层通道；下层通孔与下引流隔板形成带有上下缺口的下层通道。本发明的烟气混合器简单易制，对原有烟道的改造量小，能够起到冷热烟气混合均匀，减小烟道局部阻力的效果。

Description

一种SCR脱硝烟气混合器及其***

技术领域

本发明属于烟气混合技术领域，特别涉及一种简易、低阻的SCR脱硝烟气混合器及其***。

背景技术

在发电及热电、玻璃、冶炼等脱硝SCR环保改造的过程中，实现脱硝SCR的原烟道位置的烟气温度经常无法满足脱硝的温度要求，解决温度问题，有些机组采用电加热或者换热器进行温度调节，虽然能满足烟气均匀性要求，但是电加热和换热器的经济性都较差，而且换热器阻力较大，对于大机组主要还是采用直接***烟道的方式，但这种方式无法保证烟气在催化剂层的温度均匀性；那么，如何保证烟气在有限的烟道内，既满足不增加太大阻力，经济成本较低，又使温度在催化剂内能得到均匀分布，满足最大偏差10℃左右的设计要求，对烟气混合装置提出了较大的技术要求。

专利号CN 205517273 U(高低温烟气混合装置)，采用喷射方式，将高温烟气注入烟道内，达到均匀混合的目的，虽避免了烟道内较大的温度梯度，加速了烟气混合，但是，混合装置结构过于复杂，各支管均匀性要求较高，制造混合装置所需成本较高，对较大烟气量的冷热烟气混合，热烟道阻力较大。

专利号CN 204891628 U(一种烟气混合装置)公布了一种烟气混合装置，两股烟气在两个混合室内混合两次，烟气在装置内折返运动，***阻力较大，***复杂，不适合大烟气量处理工况。

专利号CN 103240014 B(烟气混合装置)所阐述混合器为切向进气混合装置，能有效地降低混合阻力，结构相对简单，但单独设置混合装置，不利于大烟气量工况，***成本较大，不适合于相关改造工程。

专利号CN 104258752 B(一种烟气混合装置及方法)公开了一种烟气混合装置，多股烟气通过入口进入混合装置，在混合装置内的烟气挡板多次发生碰撞，达到混合效果，此混合装置能有效地排除一定粉尘，但是***阻力偏大，***复杂。

综上所述，现有的烟气混合方式，主要采用混合室方案较多，让多股烟气进入圆筒形混合室，通过混合室内的多重碰撞、扰流，达到均匀混合的目的，但是结果过于复杂，***阻力较大，不适合于现有工程改造项目，因此如何在有限空间内实现冷热烟气的混合均匀性，并实现低阻、低成本的***效益，是目前需要解决的技术难题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种SCR脱硝烟气混合器，该烟气混合器简单易制，对原有烟道的改造量小，能够起到冷热烟气混合均匀，减小烟道局部阻力的效果。

为了实现上述目的，本发明提供了一种SCR脱硝烟气混合器，包括中空箱体和引流隔板，所述中空箱体顶面开口，其他面开设有通孔，所述通孔沿中空箱体中线对称分布，顺冷烟气方向的前端面和后端面上的通孔至少分两层设置，上层通孔与上引流隔板形成闭合的上层通道；下层通孔与下引流隔板形成带有上下缺口的下层通道。

优选的，所述中空箱体由板件组装而成。本发明的中空箱体可采用耐高温的不锈钢板，进行简单的冲压处理，形成所需的板件，焊接成箱体即可，无需厂家特制，成本较低。

优选的，所述引流隔板为圆弧形、腰型或者椭圆形。本发明的引流隔板设计，从流体力学上讲，可以减少局部阻力；从结构上讲，能起到一定的支撑作用，可考虑在烟气来流方向加厚，避免局部高速冲刷。

优选的，左端面和右端面上的通孔采用条纹形通孔，开孔率为10％～20％，孔的大小为0.5m×0.1m～2m×0.5m，间接换热后的热烟气经上引流隔板和下引流隔板引流后沿条纹形通孔流出与冷烟气混合。

优选的，所述前端面和后端面上的通孔采用腰型通孔，每层通孔均布排列于端面上，不同层的通孔大小相同或者不同，开孔率为40％～60％，孔的大小为0.5m×0.3m～4m×1m。本发明中，前端面和后端面上的通孔至少分两层设置，上层通孔与上引流隔板形成闭合的上层通道，热烟气与上层通道内的冷烟气通过上引流隔板间接换热；下层通孔与下引流隔板形成上下带有缺口的下层通道，间接换热后的大部分热烟气经上引流隔板引流后沿缺口与冷烟气在下层通道内发生强制对流混合换热。前端面和后端面上的开孔率在40％～60％，以减少冷烟气和热烟气流动阻力。

优选的，所述底面上的通孔采用圆形通孔，均布排列于底面，底面的开孔率为20％～30％，孔的大小为Φ0.3m～Φ0.8m，间接换热后的热烟气经上引流隔板和下引流隔板引流后沿圆形通孔流出与冷烟气混合。

需要说明的是，本发明中中空箱体各个面上的通孔大小，都可根据实际工程应用中冷热烟道的截面大小进行相应调整，只要保证其相应面上的开孔率即可。同时前端面和后端面上的通孔至少分两层设置，只要保证上层通道闭合，其他各层通道带有上下缺口即可。

优选的，所述缺口沿下层通道中线对称分布，缺口长度为1～3m。本发明中，所述缺口沿通道对称分布，间接换热后的热烟气沿缺口进入下层通道与冷烟气发生强制对流混合换热，缺口长度可根据实际工程应用中冷热烟气流量做相应调整。

本发明还提供了一种优选的烟气混合器，包括中空箱体和腰型引流隔板，所述中空箱体顶面开口，左端面和右端面上的通孔采用条纹形通孔，开孔率为16％；前端面和后端面上的通孔采用腰型通孔，分两层设置，上层通孔与上引流隔板形成闭合的上层通道，下层通孔与下引流隔板形成带有上下缺口的下层通道，每层通孔均布排列于端面上，不同层的通孔大小不同，开孔率为50％；底面上的通孔采用圆形通孔，开孔率为25％；所述条纹形通孔、腰型通孔和圆形通孔沿中空箱体中线对称分布。

采用本发明优选的烟气混合器，可在保证烟气均匀混合的同时，最大程度的减小阻力损失，经过烟气混合器后增加的***阻力小于100Pa，到达催化剂上游截面，其截面温差小于10℃。

本发明还提供了一种SCR脱硝烟气混合***，包括冷烟道、烟气混合器和热烟道，所述烟气混合器设置于冷烟道中，顶面与热烟道密封连接，其他面与相对应的冷烟道壁面距离至少为300mm。

优选的，所述烟气混合器底面用型材支撑在冷烟道底板上，以使烟道混合器安装牢固，充分承受引入的热烟气及原冷烟道中冷烟气的冲击。

本发明通过在冷烟道中安装烟气混合器，引入热烟气与冷烟气交叉混合，热烟道与烟气混合器顶面相连，热烟气进入烟气混合器后先通过闭合的上引流隔板与冷烟气进行间接换热，间接换热后的大部分热烟气经上引流隔板引流后沿缺口与冷烟气在下层通道内发生强制对流混合换热；小部分经上引流隔板和下引流隔板引流后进入烟气混合器两侧及底面，利用烟气混合器左右端面和底面的通孔，通过射流作用穿孔而出，加强与外部冷烟气的混合，混合后烟气在冷烟道内自由扩散，达到催化剂床层后，满足温度均匀性要求。

本发明的优点：

1、经济合理，改造量小，改造费用低。本发明根据能量平衡确定冷热烟气量比例大小，对原烟道适当位置开孔安装烟气混合器，烟气混合器采用板件组装成箱体即可，无需厂家特制，成本较低，相比电加热、换热器及其它混合器方案，成本较低。

2、***阻力较小。为了不产生两股烟气的直接对冲，造成较大的阻力，本发明热烟气采用与顺冷烟气方向垂直进入主烟道，加强强制对流混合作用，既能满足混合效果，又能减少局部阻力；其次，为了进一步减少烟气混合器对烟气的阻流造成较大阻力，本发明烟气混合器垂直烟气方向对烟道的阻碍面积比小于等于30％；再次，混合器采用中心线两侧对称布置开孔方案，内部设置引流隔板，按照计算流体动力学研究来看，以设计流速为15m/s为例，增加***阻力小于100Pa。

3、冷热烟气混合后效果好。烟气混合器结构综合考虑了冷热流动的流向及流量的影响，正对冷烟气方向，采用顺冷烟气流向的通孔与引流隔板形成的通道，有利于中心区域冷热烟气在烟气混合器内的强烈混合；采用引流隔板，将热烟气引入中间混合区、两侧及底面区，通过射流作用，加强与外部冷烟气的混合，达到均匀混合的效果，到达催化剂上游截面后，其截面温差小于10℃。

4、有效地避免了原烟道超温，烧毁原烟道。利用CFD计算流体动力学技术，保持合适的冷热烟道壁面距离，同时，本发明独特的引流设计有效的避免了热烟气进入烟气混合器后的上浮和壁面贴附，本发明通过计算流体动力学模拟确定后安装于原烟道内，避免了原烟道局部超温，造成钢板烧毁。

附图说明

图1为本发明烟气混合器结构示意图；

图2为本发明烟气混合***结构示意图；

图3为构建的SCR脱硝***几何模型示意图；

图4为烟气混合器前后的压力分布图；

图5为催化剂床层上游截面温度分布图；

图中：1、中空箱体，2、引流隔板，21、上引流隔板，22、下引流隔板，3、前端面和后端面上的通孔，31、上层通孔，32、下层通孔，4、上层通道，5、下层通道，6、左端面和右端面上的通孔，7、底面上的通孔，8、缺口，9、冷烟道，10、热烟道，11、烟气混合器，12、催化剂床层上游截面，13、催化剂床层。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明烟气混合器安装处，采用的冷烟道的横截面尺寸为8.0m×3.0m，热烟道横截面尺寸为7.0m×0.8m。

如图1所示，一种SCR脱硝烟气混合器，包括中空箱体1和引流隔板2，所述中空箱体1顶面开口，左端面和右端面上的通孔6采用条纹形通孔，大小为1.4m×0.2m，开孔率为16％；前端面和后端面上的通孔3采用腰型通孔，分两层设置，上层均布四个上层通孔31，大小为1.2m×0.6m；下层均布两个下层通孔32，大小为3.0m×1.0m；上层通孔31与上引流隔板21形成闭合的上层通道4，下层通孔32与下引流隔板22形成带有上下缺口8的下层通道5，所述缺口8长度为2m，每层通孔均布排列于端面上，不同层的通孔大小不同，开孔率为50％；底面上的通孔7采用圆形通孔，大小为Φ0.5m，开孔率为25％；所述腰型通孔、条纹形通孔和圆形通孔均沿中空箱体1中线对称分布。

如图2所示，一种SCR脱硝烟气混合***，包括冷烟道9、烟气混合器11和热烟道10，所述烟气混合器11设置于冷烟道9中，顶面与热烟道10密封连接，其他面与相对应的冷烟道9壁面距离为330mm，所述烟气混合器11底面可采用型材支撑在冷烟道9底板上，以使烟道混合器11安装牢固，充分承受引入的热烟气及原冷烟道中冷烟气的冲击。

本发明中，当冷烟气正对烟气混合器11流过时，冷烟气被分成两股烟气，一股从烟气混合器11中间穿过，一股从两侧及底部外侧穿过；而热烟气进入烟气混合器11后先通过闭合的上引流隔板21与冷烟气进行间接换热，间接换热后的大部分热烟气(体积比约63％)经上引流隔板21引流后沿缺口8与冷烟气在下层通道5内发生强制对流混合换热；小部分热烟气(体积比约37％)经上引流隔板21和下引流隔板22引流后进入烟气混合器11两侧及底面，通过条纹型通孔和圆形通孔的射流作用，加强与冷烟气的混合。

本发明对其烟气混合器和烟气混合***进行了CFD仿真模拟，工况如表一所述：

表1仿真模拟工况

	温度℃	烟气量Nm3/h
			冷烟气	290	200000
热烟气	380	100000

如图3所示，冷烟道9中的冷烟气和热烟道10中的热烟气经烟气混合器11混合后，再流经主烟道穿过催化剂床层上游截面12后，到达催化剂床层13进行SCR脱硝；如图4所示，烟气混合器前后的压力分布图看出其最大压差为89.5Pa；如图5所示，烟气穿过催化剂上游截面，其截面温差最大为9.48℃。

Claims (10)

1.一种SCR脱硝烟气混合器，其特征在于：包括中空箱体和引流隔板，所述中空箱体顶面开口，其他面开设有通孔，所述通孔沿中空箱体中线对称分布，顺冷烟气方向的前端面和后端面上的通孔至少分两层设置，前端面和后端面上的通孔分两层设置时，上层通孔与上引流隔板形成闭合的上层通道，下层通孔与下引流隔板形成带有上下缺口的下层通道，前端面和后端面上的通孔大于两层设置时，只要保证上层通道闭合，其他各层通道带有上下缺口即可；烟气混合器顶面与热烟道相连。

2.根据权利要求1所述的烟气混合器，其特征在于：所述中空箱体由板件组装而成。

3.根据权利要求1所述的烟气混合器，其特征在于：所述引流隔板为圆弧形、腰型或者椭圆形。

4.根据权利要求1所述的烟气混合器，其特征在于：左端面和右端面上的通孔采用条纹形通孔，开孔率为10％～20％。

5.根据权利要求1所述的烟气混合器，其特征在于：前端面和后端面上的通孔采用腰型通孔，每层通孔均布排列于端面上，不同层的通孔大小相同或者不同，开孔率为40％～60％。

6.根据权利要求1所述的烟气混合器，其特征在于：底面上的通孔采用圆形通孔，均布排列于底面，底面的开孔率为20％～30％。

7.根据权利要求1所述的烟气混合器，其特征在于：所述缺口沿下层通道中线对称分布，缺口长度为1～3m。

8.根据权利要求1-7任一项所述的烟气混合器，其特征在于：左端面和右端面上的通孔采用条纹形通孔，开孔率为16％；

前端面和后端面上的通孔采用腰型通孔，分两层设置，上层通孔与上引流隔板形成闭合的上层通道，下层通孔与下引流隔板形成带有上下缺口的下层通道，每层通孔均布排列于端面上，不同层的通孔大小不同，开孔率为50％；

底面上的通孔采用圆形通孔，开孔率为25％。

9.一种包含权利要求1-8任一项所述的烟气混合器的SCR脱硝烟气混合***，其特征在于：包括冷烟道、烟气混合器和热烟道，所述烟气混合器设置于冷烟道中，顶面与热烟道密封连接，其他面与相对应的冷烟道壁面距离至少为300mm。

10.根据权利要求9所述的烟气混合***，其特征在于：所述烟气混合器底面用型材支撑在冷烟道底板上。