CN202860407U - 一种全混合式喷氨元件 - Google Patents

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李欣
彭德强
陈新
刘志禹
王明星
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Abstract

本实用新型公开了一种全混合式喷氨元件。该喷氨元件包括喷氨总管、喷氨支管、喷嘴、引气管、集灰板和排灰口，其中所述喷氨支管一端与喷氨总管相连接，另一端为封闭结构；喷嘴位于喷氨支管的下表面，喷嘴出口端延伸至引气管入口内，每个喷嘴下方对应一根引气管，所述的引气管贯穿集灰板。本实用新型的喷氨元件能够有效将烟气与烟尘分隔开，同时使得氨气与烟气充分混合，具有良好的混合效果。本实用新型的喷氨元件适用于烟尘含量较高的烟气与氨气的混合过程。

Description

一种全混合式喷氨元件
技术领域
本实用新型涉及一种气体混合部件，具体的说涉及一种烟气脱硝反应器中使用的全混合式喷氨元件。
背景技术
氮氧化物（NOx）是大气污染的主要污染源之一。氮氧化物包括多种化合物如一氧化二氮(N2O)、一氧化氮 (NO)、二氧化氮(NO2)、三氧化二氮 (N2O3)、四氧化二氮(N2O4)和五氧化二氮(N2O5)等。
炼油厂是主要的氮氧化物（NOx）排放源之一。FCC烟气中的NOx量一般占全厂NOx排放量的50%，是炼油厂最大的NOx排放源。目前FCC烟气脱硝技术主要包括：气相反应的选择性催化还原法（SCR法）和选择性非催化还原法（SNCR法）、液体吸收法、固体吸附法和高能电子活化氧化法等。
SCR法是在催化剂作用下，利用还原剂有选择性的与烟气中的NOx反应，并生成无毒害作用的N2和H2O的技术，其还原剂可以是氨气、氨水或尿素，亦可选用CO或H2，还可选用小分子烷烃。SCR技术与其他技术相比，具有脱硝效率高，放热量小，技术成熟等优点，是目前国内外烟气脱硝工程中应用最多的技术。
SNCR法是在没有催化剂的作用下，向900~1100℃的炉膛中喷入还原剂（一般使用氨、氨水或尿素），还原剂迅速热解为NH3，与烟气中的NOx反应生成氮气和水，炉膛中有一定氧气存在，喷入的还原剂选择性的与NOx，基本不与氧气反应。如果FCC装置配备了CO锅炉，SNCR可以直接地应用。将氨注射到CO锅炉的上游使得NH3与NOx在CO锅炉内发生反应。此法中的NOx脱除范围限制在40-60%。值得关注的是，如果FCC尾气中的SOx含量高会导致硫酸铵沉积在CO锅炉内。NSCR是指气源中的NOx在一定温度和催化剂作用下，被还原剂还原为N2，同时还原剂还与气源中的O2反应生成H2O和CO2，在这种脱硝过程中，反应需借助于催化剂的催化作用，而还原剂与NOx和O2均发生反应，无选择性，故称为非选择性催化还原。
1986年，世界上第一套应用在FCC烟气上的SCR装置投入运行。到2005年，国外有近20套SCR装置用于处理FCC烟气中的NOx，国内目前还没有工业应用。在已经应用的20套SCR法FCC烟气脱硝装置中，1套已运行16年，9套已运行10年，催化剂最长的使用寿命是12年。反应器均采用降流操作，根据要求的NOx去除率的高低，采用单床或多床操作。
在SCR烟气脱硝技术中，氨（NH3）和氮氧化物（NOx）的混合效果与脱硝装置的脱硝效率有密切的关系，如果还原剂和NOx混合的不充分，会导致局部区域内NH3/NOx摩尔比过低，将极大地降低***脱硝效率。在此情况下，要想达到NOx排放量指标要求，势必要将增大催化剂的用量或氨的用量，导致运行成本增加或者氨逃逸量增加，形成二次污染。表1中给出了某SCR装置的操作参数。
表1 处理FCC烟气的SCR装置操作参数。
装置参数 SCR进口 SCR出口
烟气量，Nm3/h（标态） 75000~530000 75000~530000
温度，℃ 288～399 288～399
烟气含氧量，% 0.7～3.4 0.7～3.4
粉尘量，mg/m3 36～700 36～700
SOx，mL/m3   25～1050
NOx， mL/m3 100～874 10~250
NOx去除率，%   60～94
NH3泄漏量，mL/m3   5~20
 传统的NH3和NOx混合方法中利用NH3和NOx之间浓度差，通过自然扩散方式混合，因此需要很长的混合距离，并且NH3和NOx的混合不充分。
CN201394414Y介绍了一种SCR反应装置的引射喷氨混合机构，包括一根进料总管和数根分配管；在分配管的下表面设有若干喷嘴，并在喷嘴下方对应地设有由若干个静态混合叶片组成的导流板；喷嘴为喇叭形，以降低氨喷射阻力；喷嘴下方对应地设有引射管，该引射管为大喉口的文丘里管，形成二次引流。该机构的不足之处在于，通常情况下，参与混合的烟气仅占总烟气的30%~70%，影响喷氨效果。
CN101601965A介绍了一种SCR法烟气脱硝的喷氨格栅装置，包括有金属管束组成的喷氨格栅，每一根金属管的径向上设有喷嘴；喷嘴的开口方向与烟气流动方向的夹角为0~90°。该结构的不足之处在于，缺少扰流元件，导致经喷嘴喷射的氨气沿喷射方向呈直线流动，仅可与部分烟气混合，影响喷氨效果。
实用新型内容
针对现有技术不足，本实用新型提供了一种全混合式喷氨元件，旨在解决现有技术中参与混合的烟气仅占总烟气量30%～70%，影响喷氨效果的问题。
本实用新型提供了一种全混合式喷氨元件，所述喷氨元件设置于混合室（或烟道）内，喷氨元件包括喷氨总管、喷氨支管、喷嘴、引气管、集灰板和排灰口，其中所述喷氨支管一端与喷氨总管相连接，另一端为封闭结构；喷嘴位于喷氨支管的下表面，喷嘴出口端延伸至引气管入口内，每个喷嘴下方对应一根引气管；所述的引气管贯穿集灰板。
本实用新型的喷氨元件中，其中所述的喷氨支管设置若干根。所述的引气管可以为单一的正置锥台形筒体，或者为上端带有一直管段的正置锥台形筒体。
所述的集灰板倾斜布置，倾角范围一般为5°～45°，优选角度为15°～30°；在集灰板最低处的混合室壁上开有排灰口。
本实用新型全混合喷氨装置中，在每根喷氨支管上均设有相同或不同数量的喷嘴，喷嘴开口向下，在混合室（或烟道）截面内均匀布置，以保证氨的均匀分布。所述喷嘴的轴线与引气管的轴线重合，喷嘴出口延伸入引气管入口内，直接在引气管中注氨，以保证氨与烟气的充分混合。所述的引气管贯穿集灰板，所有引气管结构一致，上、下端平齐，以防止烟尘聚集堵塞引气管，而造成氨分布不均匀，同时，防止因引气管压降不同导致烟气偏流，而影响喷氨效果。所述的引气管可以为单一的正置锥台形筒体，或者为上端带有一直管段的正置锥台形筒体，这样的结构可以使烟气在引气管内加速时产生的压力损失得到一定程度的恢复，从而降低喷氨元件的整体压降。所述锥台形筒体的扩张角为7°～30°，优选10°～20°。集灰板沿混合室的整个截面布置，与混合室壁形成密封结构，形成对烟气流通的阻隔，强制烟气通过引气管流动，确保烟气全部参与混合。集灰板采用倾斜设置，其倾斜角度大于烟尘休止角，从而便于烟尘聚集和外排，所述集灰板的倾角范围一般为5°～45°，优选角度为15°～30°。
与现有技术相比，本实用新型的全混合喷氨装置具有以下优点：
本实用新型全混合喷氨元件设置与混合室壁形成密封结构的集灰板，强制烟气通过引气管，实现烟气与氨的全混合。集灰板倾斜设置，从而便于烟尘聚集和外排。设置若干个结构一致，上、下端平齐的引气管，从而保证各引气管具有相同工况，实现氨气与烟气的充分混合。引气管采用正置锥台形筒体结构，降低了喷氨元件的整体压降。本实用新型的喷氨元件，能够使得全部烟气都与氨气进行混合，并具有良好的混合效果；同时将烟气中含有的大量灰尘进行聚集与外排，实现除灰功能。
附图说明
图1为本实用新型全混合喷氨元件主视图。
图2为本实用新型全混合喷氨元件俯视图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明全混合式喷氨元件的具体方案和使用方式。
如图1所示，本实用新型全混合式喷氨元件包括喷氨总管1、喷氨支管2、喷嘴3、引气管、排灰口5和集灰板6组成。喷氨支管2为若干根，其一端与与喷氨总管1连接，另一端为封闭结构；在每根喷淋支管2的下表面均设有若干喷嘴3，喷嘴3开口朝下。所述的集灰板沿混合室的整个截面布置，与混合室壁形成密封结构。在每个喷嘴3下方均对应一根引气管4，引气管可以为单一的正置锥台形筒体，或者为上端带有一直管段的正置锥台形筒体。所述喷嘴的轴线与引气管的轴线重合，并伸入引气管4的入口内。全部引气管结构一致，上、下端平齐，均贯穿集灰板6。所述的集灰板6倾斜布置，在集灰板6最低处的混合室（或烟道）壁上开有排灰口5。
本实用新型全混合式喷氨装置中，喷氨支管水平设置，管内各处喷氨量相同，保证氨的均匀分布。在每根喷氨支管上均设有相同或不同数量的喷嘴，喷嘴开口向下，在烟道截面内均匀布置，保证氨的均匀分布。喷嘴轴线与引气管轴线重合，并伸入引气管入口内，直接在引气管中注氨，保证氨与烟气的充分混合。引气管贯穿集灰板，所有引气管上端平齐，防止烟尘聚集堵塞引气管，造成氨分布不均匀；所有引气管下端平齐，防止因引气管压降不同导致烟气偏流，影响喷氨效果。引气管出口采用正置锥台形筒体结构，使氨在收缩段加速时产生的压力损失得到一定程度的恢复，降低喷氨元件整体压降。锥台形筒体扩张角为7°~ 30°，优选10°～20°。集灰板沿整个截面布置，与混合室壁形成密封结构，形成对烟气流通的阻隔，强制烟气通过引气管流动，确保烟气全部参与混合。集灰板倾斜设置，倾斜角度大于烟尘休止角，便于烟尘聚集和外排。集灰板倾角范围为5°～45°，优选角度为15°～30°。
结合图1，本实用新型的全混合式喷氨元件的工作原理如下。本实用新型全混合喷氨元件在使用时，供氨***提供的氨进入喷氨总管和喷氨支管，并经由喷氨支管下表面处的喷嘴喷入引气管内。含尘烟气沿混合室（或烟道）向下流动，在集灰板的阻隔作用下，烟气经由引气管穿过集灰板。由于各引气管结构一致，具有相同的压力降，从而保证各引气管内烟气量保持一致。烟气与氨在引气管内充分接触混合，达到良好的混合效果。而在混合室（或烟道）内烟气平推流的推动下，烟气中携带的烟尘在重力作用下落在集灰板上，由于集灰板的倾角大于烟尘的休止角，集灰板上的烟尘滑落至排灰口附近，通过排灰从而实现除尘的目的。根据烟气含尘量的不同，定期开启排灰口进行排灰。

Claims (10)

1.一种全混合式喷氨元件，所述喷氨元件设置于混合室或烟道内，其特征在于，所述喷氨元件包括喷氨总管、喷氨支管、喷嘴、引气管、集灰板和排灰口，其中所述喷氨支管一端与喷氨总管相连接，另一端为封闭结构；喷嘴位于喷氨支管的下表面，喷嘴出口端延伸至引气管入口内，每个喷嘴下方对应一根引气管，所述的引气管贯穿集灰板。
2.按照权利要求1所述的喷氨元件，其特征在于，所述的引气管为正置锥台形筒体，或者为上端带有一直管段的正置锥台形筒体。
3.按照权利要求1所述的喷氨元件，其特征在于，所述的集灰板倾斜设置，集灰板的倾斜角度大于烟气中所含烟尘的休止角。
4.按照权利要求1所述的喷氨元件，其特征在于，在所述集灰板最低处的反应器器壁或烟道上开有排灰口。
5.按照权利要求1所述的喷氨元件，其特征在于，所述喷嘴的轴线与引气管轴线重合。
6.按照权利要求1所述的喷氨元件，其特征在于，所述的引气管的上端、下端分别平齐。
7.按照权利要求1所述的喷氨元件，其特征在于，所述的集灰板的倾角范围为5°～45°。
8.按照权利要求2所述的喷氨元件，其特征在于，所述的锥台形筒体的扩张角为7°～30°。
9.按照权利要求1所述的喷氨元件，其特征在于，所述的喷嘴沿整个反应器截面均匀布置，所述的喷氨支管水平设置。
10.按照权利要求1所述的喷氨元件，其特征在于，所述的集灰板与混合室壁或烟道壁密闭连接。
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