CN113522012B - 烟气脱硝喷氨混合***及其静态混合器和喷氨控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种静态混合器，其设置在烟道中，静态混合器包括：多个导流组件，其分布在烟道中，每一个导流组件包括：进气管，其沿烟道的轴向延伸；外管，其为下细上粗的管状结构，外管的下端与进气管的外壁连接，上端高于进气管；顶板，其设置在外管上方；出气通道，其由外管的顶端外周倾斜向下延伸；以及排尘孔，其设置在外管的下端；以及集灰层，其与烟道的内壁密封连接，并且在导流组件之间形成集灰槽。本发明还公开了一种烟气脱硝喷氨混合***及其喷氨控制方法。本发明通过设置导流组件，实现两次烟气除尘，可有效去除烟气中粒径较大的粉尘颗粒；本发明的静态混合器还能够有效阻隔上方烟道掉落的大块粉尘，避免下方氨气喷嘴堵塞。

Description

烟气脱硝喷氨混合***及其静态混合器和喷氨控制方法
技术领域
本发明涉及烟气脱硝技术领域，特别涉及一种烟气脱硝喷氨混合***及其静态混合器和喷氨控制方法。
背景技术
目前，烟气脱硝方法中，应用最为广泛的是选择性催化还原（SCR）脱硝技术。SCR脱硝技术的主要原理是将还原剂氨喷入280℃~420℃的烟气中，并与之混合均匀，在催化剂的作用下，NH3把烟气中的NOx还原成无毒、无污染的氮气和水，从而实现混合气体脱除NOx的目的。
烟气脱硝效率和NH3逃逸率是SCR 脱硝技术的两个核心性能指标。研究表明，SCR反应器内横截面上混合气体的流场均匀性是保证SCR脱硝反应完全、提高脱硝效率和氨利用率，以及保持较低氨逃逸率的关键因素。混合气体流场均匀性主要包括气体速度分布均匀性和还原剂NH3浓度分布均匀性两个方面。
现有技术中，调节SCR催化剂床层入口混合气体流场均匀性的主流技术手段是依靠烟气管道内布置的喷氨混合装置（***）及其下游的导流板（直线型和弧线形）和整流格栅等设备。其中，导流板和整流格栅主要用于气体速度大小均匀分布和速度矢量方向调节，对于NH3浓度分布调节作用有限；喷氨混合装置（***）则对气体速度分布均匀性和NH3浓度分布均匀性两个方面均有理想的效果。因而，喷氨混合装置（***）的研究和优化成为近年来SCR脱硝技术的科研热点。
GB/T 34339-2017《燃煤烟气脱硝喷氨混合***》则将喷氨混合***分为喷氨格栅（AIG）和喷氨静态混合器，AIG的定义是以格栅管道的形式使氨气注入烟道的喷射装置，包括喷氨管道、喷嘴、支撑及配件；喷氨静态混合器的定义是利用一定的固定部件，通过改变氨气与烟气流动状态，使其达到充分混合的装置，从而获得更高的NH3/NOx混合效率。典型的喷氨静态混合器有涡流、旋流、纵向涡、V型等结构形式。
喷氨混合***一般设置于除尘器前，烟气中粉尘含量较高，容易造成喷嘴堵塞，大量粉尘经过喷氨混合***进入SCR催化剂床层，容易在局部造成催化剂床层孔道堵塞。近几年，受经济增速放缓、环保压力增大等因素影响，燃煤机组、加热炉、焚烧炉、余热锅炉等利用小时数不断下降，长期处于低负荷运行，烟气量减少，喷氨量也随之降低，此时喷嘴更容易堵塞。
目前，SCR脱硝技术中喷氨控制主要集中在两个方面：（1）控制喷氨总量，在烟气脱硝反应器入口和出口烟道上设置有NOx在线检测仪，并在烟道上设有烟气流量在线检测仪，通过对脱硝反应器进出口气体的在线检测和计算，调节氨气阀门开度，控制喷氨总量，保证脱硝反应器出口NOx达标。（2）控制喷氨均匀性，喷氨均匀性的调整一般在装置开工时进行，根据现场实测SCR反应器入口或出口烟道内NOx浓度分布对喷氨手动调节阀进行一一调整，NOx浓度偏高区域，与之对应的喷氨手动调节阀增加开度，反之则减小开度，通过反复多次调整保证喷氨的均匀性（氨氮摩尔比），尽量使不同区域的氨氮摩尔比趋于一致。由于每次开工调整喷氨均匀性耗时较长且具有较高技术含量，所以SCR脱硝装置一般在开工时委托专业公司进行调整，调整完毕后喷氨手动调节阀的开度就不再进行调整。
现有SCR入口、出口NOx浓度检测普遍采用单点测量，监测点一般设置在烟道中心，但烟道同一横截面NOx浓度差距挺大，单点检测的代表性较差，难以如实反映NOx平均浓度的情况；当装置的负荷、燃烧方式、燃烧煤种发生变化，不同工况下烟道内烟气流场分布发生变化，烟气中的NOx浓度分布也发生变化，装置开工时设置的喷氨手动调节阀的开度已经无法满足其他工况下的要求，喷氨均匀性变差，局部区域氨氮摩尔比与平均值的偏差变大，氨氮摩尔比过小的区域脱硝效率低出口NOx无法达标，氨氮摩尔比过大的区域氨逃逸超标。随着国家对环保的重视程度加大，地方环保局对烟气NOx超标的处罚力度逐步增加，由于环保局对企业外排烟气中NOx浓度进行实时动态监控，而氨逃逸数值尚未纳入监测范围，企业为了保证环保达标普遍通过加大喷氨量将烟气外排NOx控制在较低的区间，造成SCR脱硝装置氨逃逸大幅增加，导致后端空预器或省煤器等设备产生腐蚀泄露或堵塞严重，后续若有湿法脱硫装置还会造成脱硫废水中氨氮含量大幅超标。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的之一在于，提供一种烟气脱硝喷氨混合***及其静态混合器和喷氨控制方法，从而减缓氨气喷嘴、烟气脱硝技术中催化剂床层孔道以及后端设备等结构堵塞。
本发明的另一目的在于，提供一种烟气脱硝喷氨混合***及其静态混合器和喷氨控制方法，从而提高氨气与烟气的混合均匀性、降低氨逃逸率。
本发明的再一目的在于，提供一种烟气脱硝喷氨混合***及其静态混合器和喷氨控制方法，从而避免氨逃逸带来的空预器或省煤器堵塞、腐蚀泄露，以及后续处理中脱硫废水氨氮超标等问题。
为实现上述目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种静态混合器，其设置在烟道中，静态混合器包括：多个导流组件，其分布在烟道中，每一个导流组件包括：进气管，其沿烟道的轴向延伸；外管，其为下细上粗的管状结构，外管的下端与进气管的外壁连接，上端高于进气管；顶板，其设置在外管上方；出气通道，其由外管的顶端外周倾斜向下延伸；以及排尘孔，其设置在外管的下端；以及集灰层，其与烟道的内壁密封连接，并且在导流组件之间形成集灰槽。
进一步，上述技术方案中，进气管为下粗上细的管状结构。
进一步，上述技术方案中，排尘孔连通排尘管，排尘管向上倾斜，排尘管的出口的下端面高于排尘孔的上端面。
进一步，上述技术方案中，排尘孔连通排尘管，排尘管向下倾斜，排尘管的出口设有第一盖板，第一盖板能够关闭或者打开排尘管。
进一步，上述技术方案中，排尘管的管口为楔形，第一盖板扣盖在管口从而关闭排尘管；当排尘管内积累的粉尘对第一盖板的压力超过第一盖板的重力时，第一盖板掀起从而打开排尘管。
进一步，上述技术方案中，出气通道由上翼板和下翼板围合而成，上翼板与顶板相连接，下翼板与外管的顶端相连接。
进一步，上述技术方案中，顶板为圆形、矩形、正多边形、倒圆锥形或倒棱锥形。
进一步，上述技术方案中，外管的侧壁上设有挡风板，挡风板向集灰槽的底部倾斜。
进一步，上述技术方案中，集灰槽为V型槽或弧形凹槽。
进一步，上述技术方案中，静态混合器还包括：排灰管道，其将集灰槽中的粉尘排出烟道。
进一步，上述技术方案中，集灰层上设有多个排灰孔，排灰孔设置在集灰槽的底部，排灰孔与排灰管道相连通。
进一步，上述技术方案中，排灰管道包括：多个第一竖直段，其与多个排灰孔分别连通；以及排出管段，其与第一竖直段的下端相连通，排出管段向下倾斜设置，其末端延伸至烟道外部。
进一步，上述技术方案中，排出管段设有通断阀。
进一步，上述技术方案中，排出管段的末端设有第二盖板，第二盖板能够关闭或打开排出管段。
进一步，上述技术方案中，排出管段的末端为楔形，第二盖板盖扣在末端从而关闭排出管段；当排出管段内积累的粉尘对第二盖板的压力超过第二盖板的重力时，第二盖板掀起从而打开排出管段。
进一步，上述技术方案中，处于同一排的第一竖直段共用一个排出管段。
进一步，上述技术方案中，当静态混合器为多层时，上下相对应的排出管段的末端通过第二竖直段相连通，粉尘由第二竖直段排出。
根据本发明的第二方面，本发明提供了一种烟气脱硝喷氨混合***，沿烟气流动方向依次包括：多个氨气喷嘴；以及如上述技术方案中任意一项的静态混合器，多个导流组件与氨气喷嘴相对应设置。
进一步，上述技术方案中，每个导流组件对应相同数量的氨气喷嘴。
进一步，上述技术方案中，静态混合器上游的烟道划分为多个第一喷氨分区，每个第一喷氨分区对应一个或多个导流组件，每个第一喷氨分区内的氨气喷嘴与喷氨母管相连接，多个第一喷氨分区的喷氨母管与喷氨总管相连接，喷氨母管设有第一流量调节阀，喷氨总管设有第二流量调节阀；静态混合器下游的烟道划分为多个第二喷氨分区，每个第二喷氨分区对应一个或多个第一喷氨分区，每个第二喷氨分区设有烟气检测仪。
进一步，上述技术方案中，烟气检测仪实时监测第二喷氨分区的NOx浓度和氨浓度。
进一步，上述技术方案中，喷氨母管设有第一氨气流量计，喷氨总管设有第二氨气流量计。
根据本发明的第三方面，本发明提供了一种喷氨控制方法，其用于如上述技术方案中任意一项的烟气脱硝喷氨混合***，该喷氨控制方法至少包括如下步骤：将静态混合器上游的烟道划分为多个第一喷氨分区，第一喷氨分区与静态混合器的导流组件相对应设置；将静态混合器下游的烟道划分为多个第二喷氨分区，每一个第二喷氨分区对应一个或多个第一喷氨分区；获取多个第二喷氨分区的NOx浓度平均值、氨氮摩尔比平均值，以及每一个第二喷氨分区的氨氮摩尔比；根据NOx浓度平均值和烟气流量，计算所需喷氨总流量；将实际喷氨总流量调节至所需喷氨总流量；以及调节每一个第一喷氨分区的喷氨流量，使得每一个第二喷氨分区的氨氮摩尔比等于氨氮摩尔比平均值。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1. 静态混合器通过设置导流组件，烟气由进气管进入外管后流速降低，粒径较大的粉尘颗粒在自身重力作用下沉降至外管下端与进气管连接处，通过排尘孔排出，实现粉尘与烟气的第一次分离；经第一次除尘后的烟气通过出气通道改变流向离开导流组件，烟气流向变为斜向下，相邻导流组件的两股烟气发生互相撞击，烟气中的粉尘落入集灰层，实现粉尘与烟气第二次分离。本发明的静态混合器可实现两次除尘，有效去除烟气中的粉尘颗粒，避免其进入后续SCR脱硝反应器堵塞催化剂床层孔道或对催化剂床层产生磨损，从而延长催化剂的使用寿命。
2．烟气进入导流组件的进气管，特别是，当进气管为下粗上细的变径管时，烟气流通面积减小、流速增大，烟气中的粉尘在此过程中发生碰撞并聚并，粉尘颗粒的粒径增加；烟气由进气管进入外管，烟气流通面积增大、流速降低，烟气在外管内的停留时间增加，粉尘在自身重力的作用下沉降，外管为下细上粗的管状结构，落到外管内壁上的粉尘可在自身重力的作用下沿外管内壁向下滑落并通过排尘孔排出；烟气转向进入出气通道时，由于出气通道的烟气流通面积减小，因而烟气流速再次增加，烟气中的粉尘在此过程中发生碰撞并聚并，粉尘颗粒的粒径增加，有利于后续的碰撞脱除。烟气流经静态混合器的导流组件，流速先增加后降低再增加，在此过程中烟气中粉尘碰撞聚并，粒径增加，有利于粉尘的高效脱除。
3. 将顶板设计为倒圆锥形或倒棱锥形结构，烟气撞击到顶板时在气流和顶板倾斜结构的作用下向着远离顶板中心的位置移动，避免粉尘再次落入进气管中形成二次夹带。
4. 导流组件的排尘孔连通排尘管，通过密封设计，可有效阻止烟气由排尘孔排出，但粉尘可由排尘孔进入集灰层，有效实现导流组件内粉尘的排出。
5. 集灰槽设置有挡风板，从而将绝大部分烟气阻挡于集灰槽上方，避免大量烟气进入集灰槽将粉尘吹起，少量进入集灰槽的烟气即使能将粉尘吹起，被吹起的大部分粉尘也会在挡风板的作用下再次落入集灰槽中，有效避免粉尘的二次夹带；挡风板向集灰槽底部倾斜，使得落在挡风板上的粉尘能够滑落掉入集灰槽中；异常工况下，烟气发生偏流，烟道横截面局部温度过高时，两块挡风板之间的缝隙及集灰槽的V型或弧形凹槽结构能够有效缓冲局部温度过高造成的热膨胀，防止局部变形。
6. 本发明的静态混合器布置于氨气喷嘴的上方，氨气与烟气一起进入静态混合器的导流组件，气体流速先增加后降低再增加，气体流向发生变化且与器壁发生碰撞，在此过程中氨气与烟气进行有效混合，然后混合气体从出气通道离开导流组件，与相邻导流组件的烟气相互撞击，两股混合烟气进行强制混合，有效增强烟气与氨气的混合效果，提高混合的均匀性，从而缩短均匀混合所需的距离，并且大幅降低氨逃逸率，减缓后端空预器或省煤器等设备堵塞或泄露等，可有效延长装置的运行周期。
7. 静态混合器可以设置为多层，并且导流组件的规格大小可以不同，可实现烟道内不同区域烟气的撞击混合，增强了氨气与烟气的混合均匀性，降低烟道同一横截面上气速分布偏差及氨浓度分布偏差，提高烟气的脱硝率和催化剂的利用率，从而有效降低氨逃逸。
8. 排灰管道可以设置通断阀来定期或不定期将粉尘排出；还可以设置自动开闭的盖板来控制粉尘排出，当排灰管道中粉尘积累一定量后，推动盖板掀起排出粉尘，粉尘卸料过程实现无人操作；当排灰管道中的粉尘量减少，盖板又会在自身重力作用下自动关闭，避免烟气泄露。
9. 静态混合器上方烟道支撑及其拐弯处的积灰，由于流动烟气的撞击或扰动会出现大块掉落，掉落的大块粉尘能够停留在顶板上或者在烟气吹动下落到集灰层上，从而阻挡粉尘由进气管落到氨气喷嘴上；集灰层将烟道密封，掉落的大块粉尘能够被集灰层收集，避免大块粉尘落到氨气喷嘴。本发明的静态混合器实现隔尘功能，避免因粉尘堵塞喷嘴造成氨气喷射不均匀，能够提高脱硝效率，从而在脱硝装置整个运行周期内实现氨气喷嘴的正常喷射，进而保证同一烟道横截面上氨气的均匀性，确保整个脱硝催化剂床层能够得到有效利用，降低氨逃逸率，减少后端空预器或省煤器等设备堵塞或泄露，从而延长装置的检修周期和使用寿命。
10. 经静态混合器后烟气流场偏差和浓度偏差大幅降低，再在静态混合器下游烟道水平横截面划分为多个第二喷氨分区，采用第二喷氨分区的NOx浓度平均值作为氨气总流量的调节依据。与采用单点测量烟气中NOx浓度相比，采用本发明的喷氨控制方法后NOx浓度测量更加准确，因而喷入的氨气总流量也更加精确。
11. 采用第二喷氨分区氨氮摩尔比平均值作为第一喷氨分区氨气流量调节依据，采用两级调节更有利于精确控制氨气流量，提高静态混合器后部烟道同一横截面上氨氮分布的均匀性，进而提高氨气利用率，降低氨逃逸。避免过量喷氨导致后端空预器或省煤器等设备产生腐蚀泄露或堵塞严重，以及后续湿法脱硫装置的脱硫废水中氨氮含量超标问题。
上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。
附图说明
图1是根据本发明的一实施方式的静态混合器的剖面示意图。
图2是图1所示的静态混合器的俯视示意图。
图3是图1所示的静态混合器的仰视示意图。
图4是根据本发明的另一实施方式的静态混合器的剖面示意图。
图5是图4所示的静态混合器的俯视示意图。
图6是图4所示的静态混合器的仰视示意图。
图7是根据本发明的另一实施方式的静态混合器的剖面示意图。
图8是根据本发明的一实施方式的烟气脱硝喷氨混合***的剖面示意图。
图9是图8中第一喷氨分区的示意图。
图10是图8中第二喷氨分区的示意图。
主要附图标记说明：
100-烟道，120-导流组件，121-进气管，122-外管，123-顶板，124-出气通道，1241-上翼板，1242-下翼板，125-排尘孔，1251-排尘管，130-集灰层，131-V型槽，132-排灰孔，140-排灰管道，141-第一竖直段，142-排出管段，143-通断阀；
200-烟道，220-导流组件，221-进气管，222-外管，223-顶板，224-出气通道，2241-上翼板，2242-下翼板，225-排尘孔，2251-排尘管，2252-第一盖板，230-集灰层，231-弧形凹槽，2311-挡风板，232-排灰孔，240-排灰管道，241-第一竖直段，242-排出管段，243-第二盖板；
300-烟道，344-第二竖直段，345-第二盖板；
400-烟道，411-第一喷氨分区，412-第二喷氨分区，420-导流组件，430-集灰层，440-排灰管道，450-氨气喷嘴，451-喷氨母管，4511-第一流量调节阀，4512-第一氨气流量计，452-喷氨总管，4521-第二流量调节阀，4522-第二氨气流量计，460-烟气检测仪，470-稀释风管线，471-氨空混合器。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。
在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向（旋转90度或其他取向）且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。
在本文中，术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位，并不是用以限定特定的位置或相对关系。换言之，在一些实施例中，术语“第一”、“第二”等也可以彼此互换。
结合图1至图3所示，根据本发明具体实施方式的一种静态混合器，其设置在烟道100中，该静态混合器包括分布在烟道中的多个导流组件120，每一个导流组件120包括沿烟道的轴向延伸的进气管121，进气管121外套设有外管122。外管122为下细上粗的管状结构，外管122的下端与进气管121的外壁连接，外管122的上端高于进气管121。外管122的上方设有顶板123，外管122的顶端外周倾斜向下延伸有出气通道124，外管122的下端与进气管121的连接处开设有排尘孔125，用于将粉尘排出导流组件120。集灰层130与烟道100的内壁密封连接，并且在导流组件120之间形成集灰槽。示例性地，集灰槽可以为V型槽131，还可以为弧形凹槽231（参考图4所示），本发明并不以此为限。烟气由进气管121进入外管122后流速降低，烟气中粒径较大的粉尘颗粒在自身重力作用下沉降至外管122下端与进气管121连接处，通过排尘孔125排出，实现粉尘与烟气的第一次分离；经第一次除尘后的烟气通过出气通道124改变流向离开导流组件120，烟气流向变为斜向下，相邻导流组件120的两股烟气发生互相撞击，烟气中的粉尘落入集灰层130，实现粉尘与烟气第二次分离。本发明的静态混合器可实现两次除尘，有效去除烟气中的粉尘颗粒，避免其进入后续SCR脱硝反应器堵塞催化剂床层孔道或对催化剂床层产生磨损，从而延长催化剂的使用寿命。本发明的静态混合器还能够实现隔尘功能，避免因粉尘堵塞喷嘴造成氨气喷射不均匀，从而在脱硝装置整个运行周期内实现氨气喷嘴的正常喷射，进而保证同一烟道横截面上氨气的均匀性，确保整个脱硝催化剂床层能够得到有效利用，降低氨逃逸率，减少后端空预器或省煤器等设备堵塞；此外氨逃逸会生成具有腐蚀性的物质，降低氨逃逸率能够减缓省煤器等结构因腐蚀导致的泄露，从而延长装置的检修周期和使用寿命。
进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，排尘孔125连通向上倾斜的排尘管1251，排尘管1251的出口的下端面高于排尘孔125的上端面，以利用排尘管1251内的粉尘起到密封作用，防止烟气由排尘孔125泄露。
进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，出气通道124由上翼板1241和下翼板1242围合而成，上翼板1241与顶板123相连接，下翼板1242与外管122的顶端相连接。示例性地，上翼板1241和下翼板1242平行且相对应设置。流经与烟道100内壁相邻导流组件120的烟气可与烟道100的内壁碰撞，粉尘落在集灰层130上，烟道100的内壁与导流组件120之间也可以形成V型槽131集灰，本发明并不以此为限。示例性地，外管122的横截面为圆形、矩形或正多边形，顶板123的形状与外管122的顶端的形状相匹配，以阻挡上方掉落的粉尘进入外管122中。示例性地，顶板123可以为圆形、矩形（如图2所示）、正多边形、倒圆锥形（如图4和图5所示）或倒棱锥形，本发明并不以此为限。顶板123与上翼板1241可以为一体成型结构，以提高两者之间的密封性。
进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，集灰层130上设有多个排灰孔132（如图2所示），排灰孔132设置在V型槽131的底部。多个排灰孔132可以大小相同，也可以大小不同，可以均匀分布，也可以按不同区域分布，本发明并不以此为限，本领域技术人员可以根据各区域粉尘的量进行设置。排灰孔132与排灰管道140相连通，收集于V型槽131中的粉尘可以通过排灰管道140排出烟道100。示例性地，每个排灰孔132分别与排灰管道140的第一竖直段141相连通，第一竖直段141的下端连通排出管段142，排出管段142向下倾斜设置，其末端延伸至烟道100外部。排出管段142设有通断阀143，从而定期或不定期地将粉尘排出烟道100。排出管段142的末端可以向下弯折，通断阀143设置在弯折段上，如图1所示；排出管段142也可以不弯折，通断阀143设置在排出管段142的末端（下端）。示例性地，处于同一排的第一竖直段141可以共用一个排出管段142。排灰管道140的具体形式可以根据实际需要来进行设计，本发明并不以此为限。
结合图4至图6所示，根据本发明具体实施方式的一种静态混合器，其设置在烟道200中，该静态混合器包括分布在烟道中的多个导流组件220，每一个导流组件220包括沿烟道的轴向延伸的进气管221，进气管221外套设有外管222。外管222为下细上粗的管状结构，外管222的下端与进气管221的外壁连接，外管222的上端高于进气管221。外管222的上方设有顶板223，外管222的顶端外周倾斜向下延伸有出气通道224，外管222的下端与进气管221的连接处开设有排尘孔225，用于将粉尘排出导流组件220。集灰层230与烟道200的内壁密封连接，并且在导流组件220之间形成集灰槽。示例性地，集灰槽可以为弧形凹槽231。烟气由进气管221进入外管222后流速降低，烟气中粒径较大的粉尘颗粒在自身重力作用下沉降至外管222下端与进气管221连接处，通过排尘孔225排出，实现粉尘与烟气的第一次分离；经第一次除尘后的烟气通过出气通道224改变流向离开导流组件220，烟气流向变为斜向下，相邻导流组件220的两股烟气发生互相撞击，烟气中的粉尘落入集灰层230，实现粉尘与烟气第二次分离。
进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，排尘孔225连通向下倾斜的排尘管2251。示例性地，排尘管2251的出口可以设有第一盖板2252，第一盖板2252能够关闭或者打开排尘管2251，从而将粉尘排出导流组件220落入弧形凹槽231。排尘管2251的管口可以为楔形，第一盖板2252扣盖在管口从而关闭排尘管2251；当排尘管2251内积累的粉尘对第一盖板2252的压力超过第一盖板2252的重力时，第一盖板2252掀起从而打开排尘管2251排出粉尘；当排尘管2251内的粉尘量减少，第一盖板2252又会在自身重力作用下自动关闭，起到密封作用，防止烟气由排尘孔225泄露。
进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，出气通道224由上翼板2241和下翼板2242围合而成，上翼板2241与顶板223相连接，下翼板2242与外管222的顶端相连接。示例性地，上翼板2241和下翼板2242平行相对应设置。流经与烟道200内壁相邻导流组件220的烟气可与烟道200的内壁碰撞，粉尘落在集灰层230上，烟道200的内壁与导流组件220之间也可以形成弧形凹槽231集灰，本发明并不以此为限。示例性地，外管222的横截面为圆形，顶板223的形状与外管222的顶端的形状相匹配，以阻挡上方掉落的粉尘进入外管222中。示例性地，顶板223可以为倒圆锥形，其中心线与进气管221的中心线相重合。示例性地，进气管221为下粗上细的变径管状结构。示例性地，顶板223与进气管221上端面之间的流通面积大于进气管221下端面横截面积；上翼板2241与下翼板2242之间的烟气流通面积小于顶板223与进气管221上端面之间的流通面积。进气管221为下粗上细的变径管，烟气流通面积减小、流速增大，烟气中的粉尘在此过程中发生碰撞并聚并，粉尘颗粒的粒径增加；烟气由进气管221进入外管222，烟气流通面积增大、流速降低，烟气在外管222内的停留时间增加，粉尘在自身重力的作用下沉降，外管222为下细上粗的管状结构，落到外管222内壁上的粉尘可在自身重力的作用下沿外管222内壁向下滑落并通过排尘孔225排出；由于顶板223为倒圆锥形，烟气撞击到顶板223时在气流和顶板223倾斜结构的作用下向着远离顶板223中心的位置移动，避免粉尘再次落入进气管221中形成二次夹带；烟气转向进入出气通道224时，由于出气通道224的烟气流通面积小于顶板223与进气管221上端面之间的流通面积，因而烟气流速再次增加，烟气中的粉尘在此过程中发生碰撞并聚并，粉尘颗粒的粒径增加，有利于后续的碰撞脱除。烟气流经静态混合器的导流组件220，流速先增加后降低再增加，在此过程中烟气中粉尘碰撞聚并，粒径增加，有利于粉尘的高效脱除。
进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，集灰层230上设有多个排灰孔232，排灰孔232设置在弧形凹槽231的底部。多个排灰孔232可以大小相同，也可以大小不同，可以均匀分布，也可以按不同区域分布，本发明并不以此为限，本领域技术人员可以根据各区域粉尘的量进行设置。排灰孔232与排灰管道240相连通，收集于弧形凹槽231中的粉尘可以通过排灰管道240排出烟道200。示例性地，外管222的侧壁上设有挡风板2311，挡风板2311向弧形凹槽231的底部倾斜。挡风板2311将绝大部分烟气阻挡于弧形凹槽231上方，避免大量烟气进入弧形凹槽231将粉尘吹起，少量进入弧形凹槽231的烟气即使能将粉尘吹起，被吹起的大部分粉尘也会在挡风板2311的作用下再次落入弧形凹槽231中，有效避免粉尘的二次夹带；挡风板2311向弧形凹槽231底部倾斜，使得落在挡风板2311上的粉尘也能够滑落掉入弧形凹槽231中；两块挡风板2311之间的缝隙及集灰槽结构能够有效缓冲局部温度过高造成的热膨胀，避免局部变形。
示例性地，每个排灰孔232分别与排灰管道240的第一竖直段241相连通，第一竖直段241的下端连通排出管段242，排出管段242向下倾斜设置，其末端延伸至烟道200外部。示例性地，排出管段242的末端可以设有第二盖板243，第二盖板243能够关闭或打开排出管段242，从而定期或不定期地将粉尘排出烟道200。排出管段242的末端可以为楔形，第二盖板243盖扣在楔形面上从而关闭排出管段242；当排出管段242内积累的粉尘达到一定高度对第二盖板243的压力超过第二盖板243的重力时，第二盖板243自动掀起从而打开排出管段242排出粉尘，粉尘卸料过程实现无人操作；当排出管段242中的粉尘量减少，第二盖板243又会在自身重力作用下自动关闭，避免烟气泄露。示例性地，排出管段242的末端可以向下弯折，第二盖板243设置在最终的出口处，如图4所示；排出管段242也可以不弯折，第二盖板243设置在排出管段242的末端（下端）。示例性地，处于同一排的第一竖直段241可以共用一个排出管段242。排灰管道240的具体形式可以根据实际需要来进行设计，本发明并不以此为限。
结合图7所示，根据本发明的一个或多个具体实施方式的静态混合器为两层。示例性的，上层采用如图1中所示的静态混合器结构，下层采用如图4中所示的静态混合器结构，示例性的结构可以结合相应附图的描述知晓，不再赘述。两层静态混合器的排出管段的末端通过第二竖直段344相连通，粉尘由第二竖直段344排出。示例性地，第二竖直段344的末端可以设置第二盖板345，第二盖板345能够自动关闭或打开第二竖直段344，从而将粉尘排出烟道300。应了解的是，第二竖直段344的末端也可以设置通断阀（图中未示出）来定期或非定期地将粉尘排出烟道300。应了解的是，静态混合器的层数可以根据烟道的结构和实际需要来设置，例如，设置为1~5层，本发明并不以此为限。
结合图8~10所示，根据本发明一个或多个具体实施方式的烟气脱硝喷氨混合***，其沿烟气流动方向依次包括：多个氨气喷嘴450；以及如上述技术方案中任意一项的静态混合器，多个导流组件420与氨气喷嘴450相对应设置。本发明的静态混合器具有除尘和隔尘功能，其导流组件420能够使得烟气形成碰撞，碰撞后，烟气中的粉尘下落，烟气向上流动。集灰层430能够接住烟气碰撞后落下的粉尘，还能够阻挡烟道400上方掉落的大块粉尘，避免粉尘落到氨气喷嘴450上堵塞氨气喷嘴。集灰层430上收集的粉尘由排灰管道440排出烟道400。示例性地，每个导流组件420对应相同数量的氨气喷嘴450，例如，每个导流组件420对应四个氨气喷嘴450，本发明并不以此为限。
进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，静态混合器上游的烟道400划分为多个第一喷氨分区411，每个第一喷氨分区411对应一个或多个导流组件420，每个第一喷氨分区411内的氨气喷嘴450与喷氨母管451相连接，多个第一喷氨分区411的喷氨母管451与喷氨总管452相连接，喷氨母管451设有第一流量调节阀4511，喷氨总管452设有第二流量调节阀4521；静态混合器下游的烟道400划分为多个第二喷氨分区412，每个第二喷氨分区412对应一个或多个第一喷氨分区411，每个第二喷氨分区412设有烟气检测仪460。示例性地，烟道400划分为四个第一喷氨分区411（如图9所示）和四个第二喷氨分区412（如图10所示），第二喷氨分区412与第一喷氨分区411一一对应，每个第一喷氨分区411对应两个导流组件420。每个第一喷氨分区411中的八个氨气喷嘴450连接一个喷氨母管451，四个喷氨母管451连接喷氨总管452。喷氨母管451设有第一氨气流量计4511，喷氨总管452设有第二氨气流量计4521。示例性地，烟气检测仪460能够实时监测第二喷氨分区412的NOx浓度和氨浓度等参数。
进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，喷氨母管451上设有氨空混合器471，氨空混合器471与稀释风管线470相连接，从而将氨气降低至其***极限以下后再由氨气喷嘴450喷入烟道400。
结合图8~10所示，根据本发明的一个或多个实施方式的喷氨控制方法，其用于如上述技术方案中任意一项的烟气脱硝喷氨混合***，该喷氨控制方法至少包括如下步骤：将静态混合器上游的烟道400划分为多个第一喷氨分区411，第一喷氨分区411与静态混合器的导流组件420相对应设置；将静态混合器下游的烟道400划分为多个第二喷氨分区412，每一个第二喷氨分区412对应一个或多个第一喷氨分区411；获取多个第二喷氨分区412的NOx浓度平均值、氨氮摩尔比平均值，以及每一个第二喷氨分区412的氨氮摩尔比；根据NOx浓度平均值和烟道的烟气流量，计算所需喷氨总流量；将实际喷氨总流量调节至所需喷氨总流量；以及调节每一个第一喷氨分区411的喷氨流量，使得每一个第二喷氨分区412的氨氮摩尔比等于氨氮摩尔比平均值。
下面以具体实施例的方式更详细地说明本发明，应了解的是，本发明并不以此为限。
实施例1
参考图1~3所示，本实施例的静态混合器为单层，其包括八个导流组件120，导流组件120由进气管121、外管122、顶板123、四块上翼板1241及四块下翼板1242组成。进气管121为直管，外管122的横截面为矩形，上翼板1241和下翼板1242为梯形。排尘孔125连通向上倾斜的排尘管1251，排尘管1251的出口的下端面高于排尘孔125的上端面。集灰槽为V型槽131。排灰管道140中，三排第一竖直段141分别连通三个排出管段142将粉尘排出。设置通断阀143用于定期排灰。
某燃煤锅炉烟气，采用本实施例的静态混合器，沿烟气流动方向，静态混合器前的颗粒物（粉尘）含量为1530mg/Nm3，静态混合器后的颗粒物（粉尘）含量为528mg/Nm3，除尘效率为65.5%。
实施例2
参考图4~6所示，本实施例的静态混合器为单层，其包括三十二个导流组件220，导流组件220由进气管221、外管222、顶板223、上翼板2241及下翼板2242组成。进气管221为下粗上细的变径圆管，外管222的横截面为圆形，顶板223为倒圆锥形，上翼板2241和下翼板2242为圆台形。排尘孔225连通向下倾斜的排尘管2251，排尘管2251的出口设有第一盖板2252。集灰槽为弧形凹槽231，槽口设有挡风板2311，挡风板2311一端与外管222相连接，另一端向下倾斜延伸，槽口两侧的挡风板2311之间留有缝隙，以供粉尘落入弧形凹槽231。排灰管道240中，五排第一竖直段241分别连通五个排出管段242将粉尘排出，排出管段242设置盖板243用于自动排灰。
某燃煤锅炉烟气，采用本实施例的静态混合器，沿烟气流动方向，静态混合器前的颗粒物（粉尘）含量为1728mg/Nm3，静态混合器后的颗粒物（粉尘）含量为586mg/Nm3，除尘效率为66.1%。
实施例3
参考图7所示，本实施例的静态混合器为两层，其中下层的静态混合器的结构与实施例2相同；上层的静态混合器的结构与实施例1基本相同，仅将实施例1中排灰管道由三排第一竖直段改为五排第一竖直段，分别连通五个排出管段。上层和下层相对的排出管道分别连通五个第二竖直段344将粉尘排出，第二竖直段344设置第二盖板345用于自动排灰。
某燃煤锅炉烟气，采用本实施例的双层静态混合器，沿烟气流动方向，静态混合器前的颗粒物（粉尘）含量为2272mg/Nm3，静态混合器后的颗粒物（粉尘）含量为597mg/Nm3，除尘效率为73.7%。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。针对上述示例性实施方案所做的任何简单修改、等同变化与修饰，都应落入本发明的保护范围。

Claims (23)

1.一种静态混合器，其设置在烟道中，其特征在于，所述静态混合器包括：
多个导流组件，其分布在所述烟道中，每一个所述导流组件包括：
进气管，其沿所述烟道的轴向延伸；
外管，其为下细上粗的管状结构，所述外管的下端与所述进气管的外壁连接，上端高于所述进气管；
顶板，其设置在所述外管上方；
出气通道，其由所述外管的顶端外周倾斜向下延伸；以及
排尘孔，其设置在所述外管的下端；以及
集灰层，其与所述烟道的内壁密封连接，并且在所述导流组件之间形成集灰槽，相邻导流组件通过出气通道引导烟气发生互相撞击，烟气中的粉尘落入集灰层。
2.根据权利要求1所述的静态混合器，其特征在于，所述进气管为下粗上细的管状结构。
3.根据权利要求1所述的静态混合器，其特征在于，所述排尘孔连通排尘管，所述排尘管向上倾斜，所述排尘管的出口的下端面高于所述排尘孔的上端面。
4.根据权利要求1所述的静态混合器，其特征在于，所述排尘孔连通排尘管，所述排尘管向下倾斜，所述排尘管的出口设有第一盖板，所述第一盖板能够关闭或者打开所述排尘管。
5.根据权利要求4所述的静态混合器，其特征在于，所述排尘管的管口为楔形，所述第一盖板扣盖在所述管口从而关闭所述排尘管；当所述排尘管内积累的粉尘对所述第一盖板的压力超过所述第一盖板的重力时，所述第一盖板掀起从而打开所述排尘管。
6.根据权利要求1所述的静态混合器，其特征在于，所述出气通道由上翼板和下翼板围合而成，所述上翼板与所述顶板相连接，所述下翼板与所述外管的顶端相连接。
7.根据权利要求1所述的静态混合器，其特征在于，所述顶板为圆形、矩形、正多边形、倒圆锥形或倒棱锥形。
8.根据权利要求1所述的静态混合器，其特征在于，所述外管的侧壁上设有挡风板，所述挡风板向所述集灰槽的底部倾斜。
9.根据权利要求1所述的静态混合器，其特征在于，所述集灰槽为V型槽或弧形凹槽。
10.根据权利要求1所述的静态混合器，其特征在于，还包括：
排灰管道，其将所述集灰槽中的粉尘排出所述烟道。
11.根据权利要求10所述的静态混合器，其特征在于，所述集灰层上设有多个排灰孔，所述排灰孔设置在所述集灰槽的底部，所述排灰孔与所述排灰管道相连通。
12.根据权利要求11所述的静态混合器，其特征在于，所述排灰管道包括：
多个第一竖直段，其与所述多个排灰孔分别连通；以及
排出管段，其与所述第一竖直段的下端相连通，所述排出管段向下倾斜设置，其末端延伸至所述烟道外部。
13.根据权利要求12所述的静态混合器，其特征在于，所述排出管段设有通断阀。
14.根据权利要求12所述的静态混合器，其特征在于，所述排出管段的末端设有第二盖板，所述第二盖板能够关闭或打开所述排出管段。
15.根据权利要求14所述的静态混合器，其特征在于，所述排出管段的末端为楔形，所述第二盖板盖扣在所述末端从而关闭所述排出管段；当所述排出管段内积累的粉尘对所述第二盖板的压力超过所述第二盖板的重力时，所述第二盖板掀起从而打开所述排出管段。
16.根据权利要求12所述的静态混合器，其特征在于，处于同一排的所述第一竖直段共用一个所述排出管段。
17.根据权利要求12所述的静态混合器，其特征在于，当所述静态混合器为多层时，上下相对应的排出管段的末端通过第二竖直段相连通，粉尘由所述第二竖直段排出。
18.一种烟气脱硝喷氨混合***，其特征在于，沿烟气流动方向依次包括：
多个氨气喷嘴；以及
如权利要求1~17中任意一项所述的静态混合器，所述多个导流组件与所述氨气喷嘴相对应设置。
19.根据权利要求18所述的烟气脱硝喷氨混合***，其特征在于，每个所述导流组件对应相同数量的所述氨气喷嘴。
20.根据权利要求19所述的烟气脱硝喷氨混合***，其特征在于，所述静态混合器上游的烟道划分为多个第一喷氨分区，每个所述第一喷氨分区对应一个或多个所述导流组件，每个所述第一喷氨分区内的氨气喷嘴与喷氨母管相连接，多个第一喷氨分区的喷氨母管与喷氨总管相连接，所述喷氨母管设有第一流量调节阀，所述喷氨总管设有第二流量调节阀；所述静态混合器下游的烟道划分为多个第二喷氨分区，每个所述第二喷氨分区对应一个或多个所述第一喷氨分区，每个所述第二喷氨分区设有烟气检测仪。
21.根据权利要求20所述的烟气脱硝喷氨混合***，其特征在于，所述烟气检测仪实时监测所述第二喷氨分区的NOx浓度和氨浓度。
22.根据权利要求20所述的烟气脱硝喷氨混合***，其特征在于，所述喷氨母管设有第一氨气流量计，所述喷氨总管设有第二氨气流量计。
23.一种喷氨控制方法，其特征在于，其用于如权利要求18所述的烟气脱硝喷氨混合***，该喷氨控制方法至少包括如下步骤：
将所述静态混合器上游的烟道划分为多个第一喷氨分区，所述第一喷氨分区与所述静态混合器的所述导流组件相对应设置；
将所述静态混合器下游的烟道划分为多个第二喷氨分区，每一个所述第二喷氨分区对应一个或多个所述第一喷氨分区；
获取所述多个第二喷氨分区的NOx浓度平均值、氨氮摩尔比平均值，以及每一个所述第二喷氨分区的氨氮摩尔比；
根据所述NOx浓度平均值和烟气流量，计算所需喷氨总流量；
将实际喷氨总流量调节至所述所需喷氨总流量；以及
调节每一个所述第一喷氨分区的喷氨流量，使得每一个所述第二喷氨分区的氨氮摩尔比等于所述氨氮摩尔比平均值。
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