喷氨均布装置及脱硝喷氨系统

技术领域

本发明涉及烟气或工业尾气脱硝领域，具体涉及一种喷氨均布装置及脱硝喷氨系统。

背景技术

氮氧化物(NOx)是一类主要的大气污染物，是形成酸雨、光化学烟雾以及PM2.5污染的主要因素之一。在燃煤过程中会产生大量的SO

在SO

目前国内外广泛使用的脱硫脱硝技术有湿式石灰石、石膏法烟气脱硫(FGD)和NH

其中SCR广泛应用于燃煤电厂脱硝，需要300～400℃的温度窗口，NOx在催化剂和NH

上述技术的脱硫脱硝效率虽然高，但投资和运行成本昂贵，且SCR脱硝工艺中催化剂对工艺条件要求较为苛刻，包括烟气温度、烟气中的粉尘特性都有特殊要求，且催化剂容易中毒失效，导致SCR系统运行费用较高。

对于选择性催化还原法，脱硝效率和氨逃逸率这两个性能参数，主要通过两方面手段进行提高：1、提高催化剂催化还原能力；2、提高催化剂层入口烟气分布和NOx/NH

催化剂催化还原能力主要通过改进催化剂配方，加大催化剂用量等手段提高；而催化剂层入口烟气分布和NOx/NH

在SCR烟气脱硝系统中，还原剂氨气的喷射和混合是整个系统的重要组成部分。通常氨喷射和混合采用喷氨格栅或静态混合器，以达到氨气与烟气均匀混合的目的。脱硝系统设计中，氨和氮氧化物的充分混合是关键因素，混合不均匀会出现较低的脱硝率或较高的逃逸氨量。这种混合的效果只是一个粗放型的控制，同时氨气的分布存在明显的不均匀，无法进行局部控制和精细微调。

现有技术中常用的喷氨格栅由多条平行的喷氨管组成，每根喷氨管上设置若干氨气喷嘴。在实际工业生产中，不同喷氨管上的不同氨气喷嘴的喷氨量相差较大，加上管道的沿程阻力、烟道截面的烟气流速分布不均等综合因素的影响，导致烟道截面上氨的分布极不均匀，严重影响了脱硝效率，并增大了氨逃逸率。

现行SCR脱硝装置常见的氨注入装置配置型式为均布式的喷氨格栅。基本原理是在脱硝进口烟道内设计规划数个大小一致的分区，并在分区中均匀布置多组喷嘴。每个分区对应一根喷氨支管，在喷氨支管上配置一个阀门，作为手动调节用。

但是随着环保要求不断提高，超净甚至超超净烟气脱硝要求的提出，当烟气脱硝装置对于脱硝效率的要求大于90％时，单纯的加大催化剂用量已经无法进一步提高效率，必须对NOx/NH

面对这种高NH

1、面对一些烟气流场偏差大的情况时，局部数根喷射支管所需氨气流量过大或过小，超出了调节范围；导致局部喷射的氨气流量相对于烟气流量过多或过少，使得脱硝效率不高。

2、氨气在截面上分布不均，无法实现局部氨气流量的动态调节；喷氨支管的阀门采用的普通截止阀，调节性能较差，无法满足调节精度要求。

3、单个支管上各个喷嘴的流量分布不均匀，靠近支管入口气流速度较高，流量较大，支管末端气体流速慢、气量不足。

4、层流、湍流状态下烟气与氨气混合不佳。

5、扰流板的设置增加了气流的阻力损失，设备加工制造难度大，安装精度要求高，维护和检修不方便。

6、采用渐缩式支管的方式只能适用于某一流量条件下的气体分布，不同流量条件下的气流分布仍然存在不均匀性，支管加工制造难度大，精度要求高。

氨逃逸率的增加不仅会降低脱硝效率，也会造成脱硝装置的堵塞腐蚀。因此，急需一种设计合理、应用适宜的新的喷氨格栅，保证在烟道内的氨气与氮氧化物的均匀混合，进一步提高脱硝效率，并降低氨逃逸率。

发明内容

本发明提供了一种喷氨均布装置及脱硝喷氨系统，以达到提高脱硝效率的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种喷氨均布装置，包括喷氨主管和多个结构相同且间隔均布的喷氨单元，每个喷氨单元均包括：喷氨支管，喷氨支管的入口与喷氨主管连接；工字形支管，具有第一入口和多个第一出口，第一入口位于工字形支管的对称中心处，多个第一出口与工字形支管的端部一一对应，喷氨支管的出口与第一入口连接；多个X形分布器，与多个第一出口一一对应连接，每个X形分布器均包括第二入口和多个第二出口，第二入口位于X形分布器的对称中心处，第二出口与X形分布器的端部一一对应，每个X形分布器的第二入口均与对应的第一出口连通；多个喷嘴，每个第二出口处均对应连接有一个喷嘴。

进一步地，每个喷氨单元的喷氨支管上均设置有第一调节阀和流量计。

进一步地，喷氨主管包括依次连接的第一主管、第二主管和第三主管，第一主管的内径大于第二主管的内径，第二主管的内径大于第三主管的内径。

进一步地，第一主管的入口端设置有用于控制喷氨主管开度的第二调节阀。

进一步地，喷氨均布装置还包括控制组件，与第一调节阀和第二调节阀连接。

进一步地，喷嘴包括：圆台状喷管，小径端与第二出口连接；弧形导流板，通过环缝支撑件与圆台状喷管的大径端固定连接。

进一步地，喷嘴还包括均流板，具有多个间隔均布的贯通孔，均流板的外壁与圆台状喷管的大径端的内壁固定连接。

本发明还提供了一种脱硝喷氨系统，包括上述的喷氨均布装置，脱硝喷氨系统还包括：烟气管道，喷氨均布装置固定在烟气管道内并垂直于烟气流动方向，喷氨均布装置的喷嘴喷射方向与烟气流动方向相向；脱硝反应器，设置在烟气管道中并位于喷氨均布装置的下游位置；火焰燃烧器，设置在烟气管道并位于喷氨均布装置和脱硝反应器之间；测量分析组件，设置在烟气管道内并用于测量分析烟气管道中气体成分和速度。

进一步地，烟气管道包括平行间隔设置的烟气入口管和烟气出口管，烟气入口管的出口与烟气出口管的入口通过连接管路连接，喷氨均布装置设置在烟气入口管内，脱硝反应器设置在烟气出口管内；脱硝喷氨系统还包括换热器，分别连接烟气入口管和烟气出口管。

进一步地，测量分析组件包括：速度测量仪和烟气分析仪，设置在烟气入口管内并位于换热器与喷氨均布装置之间；氨气分析仪，设置在烟气出口管内并位于脱硝反应器与换热器之间。

本发明的有益效果是，采用工字形支管的排布方式和X形分布器，能够实现每个独立分区内各个喷嘴喷氨量的均匀分布，实现各个喷嘴氨气的速度、压力均匀分布，实现烟气与氨气的均匀混合，消除局部氨气浓度过大造成氨逃逸的现象。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明喷氨均布装置第一实施例的结构示意图；

图2为本发明喷氨均布装置第二实施例的结构示意图；

图3为本发明喷氨均布装置第三实施例的结构示意图；

图4为本发明实施例中X形分布器与喷嘴的结构示意图；

图5为图4的剖视图；

图6为本发明实施例中喷嘴的结构示意图；

图7为图6的侧视图；

图8为本发明实施例中脱硝喷氨系统的结构示意图；

图9为速度测量仪的结构示意图；

图10为烟气分析仪的结构示意图；

图11为氨气分析仪的结构示意图。

图中附图标记：10、喷氨主管；101、第一主管；102、第二主管；103、第三主管；11、喷氨支管；12、工字形支管；121、一级工字形支管；122、二级工字形支管；13、X形分布器；14、喷嘴；141、圆台状喷管；142、弧形导流板；143、环缝支撑件；144、均流板；15、第一调节阀；16、流量计；17、第二调节阀；20、烟气管道；21、烟气入口管；22、烟气出口管；23、连接管路；24、扰流板；25、导流板；26、整流格栅；30、脱硝反应器；40、换热器；50、火焰燃烧器；61、速度测量仪；62、烟气分析仪；63、氨气分析仪。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1至图7所示，本发明实施例提供了一种喷氨均布装置，包括喷氨主管10和多个结构相同且间隔均布的喷氨单元，每个喷氨单元均包括喷氨支管11、工字形支管12、多个X形分布器13和多个喷嘴14。喷氨支管11的入口与喷氨主管10连接。工字形支管12具有第一入口和多个第一出口，第一入口位于工字形支管12的对称中心处，多个第一出口与工字形支管12的端部一一对应，喷氨支管11的出口与第一入口连接。多个X形分布器13，与多个第一出口一一对应连接，每个X形分布器13均包括第二入口和多个第二出口，第二入口位于X形分布器13的对称中心处，多个第二出口与X形分布器13的端部一一对应，每个X形分布器13的第二入口均与对应的第一出口连通。每个第二出口处均对应连接有一个喷嘴14。

采用工字形支管12的排布方式和X形分布器13，能够实现每个独立分区内各个喷嘴14喷氨量的均匀分布，实现各个喷嘴14氨气的速度、压力均匀分布，实现烟气与氨气的均匀混合，消除局部氨气浓度过大造成氨逃逸的现象。

如图1所示，喷氨主管10包括依次连接的第一主管101、第二主管102和第三主管103，第一主管101的内径大于第二主管102的内径，第二主管102的内径大于第三主管103的内径。喷氨主管10段采用多段不同管径的管路连接，以实现氨气流速的均匀稳定。

优选地，第一主管101的入口端设置有用于控制喷氨主管10开度的第二调节阀17。每个喷氨单元的喷氨支管11上均设置有第一调节阀15和流量计16。每个喷氨支管11上均设置有第一调节阀15和流量计16，通过第一调节阀15和流量计16可以分别调节和控制每个分区的喷氨量，使得喷氨量在烟道截面上分区可调，优化氨和空气中氮氧化物的均匀混合效果，提高了脱硝效率，并有效降低了氨逃逸率。

需要说明的是，本发明实施例中喷氨主管10设置在整体装置的外侧，至少设置两个喷氨主管10，且两个喷氨主管10采用对称结构设计。

进一步地，喷氨均布装置还包括控制组件，与第一调节阀15和第二调节阀17连接。本发明实施例中的第一调节阀15和第二调节阀17均为开度调节阀，包括执行器和电磁流量调节阀本体，执行用于接收来自控制组件的开度信号并调节电磁流量调节阀本体的开度，实现喷氨量的自动调节。

如图5至图7所示，喷嘴14包括圆台状喷管141、弧形导流板142、环缝支撑件143和均流板144。圆台状喷管141具有大径端和小径端。其小径端与第二出口连接。弧形导流板142，通过环缝支撑件143与圆台状喷管141的大径端固定连接。均流板144具有多个间隔均布的贯通孔，均流板144的外壁与圆台状喷管141的大径端的内壁固定连接。均流板144可采用多孔的蜂窝状结构，实现气流的均匀分布。其中，需要说明的是，图中箭头方向为烟气流动方向。

如图6所示，多个环缝支撑件143沿圆台状喷管141的周向均匀分布，环缝支撑件143位于圆台状喷管141内，而且环缝支撑件143位于弧形导流板142和均流板144之间。环缝支撑件143包括顶边，底边和内侧边，顶边与弧形导流板142连接，底边与圆台状喷管141的大径端连接，内侧边平行于圆台状喷管141的中心线，并且，该侧边到圆台状喷管141的中心线的距离小于均流板144的半径，利用环缝支撑件143固定均流板144，同时环缝支撑件143和弧形导流板142能够与圆台状喷管141进行分离和装配，便于均流板144的安装和更换。

如图2所示，本发明并不限于上述实施例，在该第二实施例中针对烟道内设定多个独立控制的分区，每个分区具有多个结构相同且间隔均布的喷氨单元，其中部分分区的喷氨支管11采用T型连接方式和工字形支管12连接，其他分区采用Z字型喷氨支管11和工字形支管12连接；喷氨支管11的一端与工字形支管12的中间管段长度方向的中心位置连接。工字形支管12出口端和X形分布器13的中心入口端连接，X形分布器13的四个末端位置设置4个喷嘴14，喷嘴14的喷射方向与烟气流动方向相向。

如图3所示，在第三实施例中针对烟道内设定多个独立控制的分区，每个分区具有多个结构相同且间隔均布的喷氨单元，其中部分分区的喷氨支管11采用T型连接方式和一级工字形支管121连接，其他分区采用Z字型喷氨支管11和一级工字形支管121连接；一级工字形支管121的四个出口端与二级工字形支管122的中间管段长度方向的中心位置连接。二级工字形支管122的四个出口端和X形分布器13的中心入口端连接，X形分布器13的四个末端位置设置4个喷嘴14，喷嘴14的喷射方向与烟气流动方向相向。

如图8至图11所示，本发明实施例还提供了一种脱硝喷氨系统，包括上述的喷氨均布装置，脱硝喷氨系统还包括烟气管道20、脱硝反应器30、火焰燃烧器50和测量分析组件。喷氨均布装置固定在烟气管道20内并垂直于烟气流动方向，喷氨均布装置的喷嘴喷射方向与烟气流动方向相向。脱硝反应器30设置在烟气管道20中并位于喷氨均布装置的下游位置。火焰燃烧器50设置在烟气管道20并位于喷氨均布装置和脱硝反应器30之间；测量分析组件设置在烟气管道20内并用于测量分析烟气管道20中气体成分和速度。

具体地，烟气管道20包括平行间隔设置的烟气入口管21和烟气出口管22，烟气入口管21的出口与烟气出口管22的入口通过连接管路23连接，喷氨均布装置设置在烟气入口管21内，脱硝反应器30设置在烟气出口管22内；脱硝喷氨系统还包括换热器40，分别连接烟气入口管21和烟气出口管22。

原烟气(未净化)由烟气入口管21进入本实施例，首先经过换热器40进行烟气预热升温，经过升温的烟气流经测量分析组件后，经过喷氨均布装置，由喷氨均布装置进行喷氨操作，喷入的氨气与烟气进行混合，烟气继续上升，经过扰流板24进行绕流混合，促进氨气和烟气的进一步混合，火焰燃烧器50内进行可燃气体和助燃空气的高效燃烧，进一步提高烟气和氨气混合气体的温度，烟气经连接管路23和设置在其内部的导流板25的导向作用，实现烟气和氨气的进一步混合，同时进行能量的混合，实现烟气温度的均匀，烟气和氨气混合气体经过整流格栅26的整流效果，实现烟气和氨气的混合气体能够均匀、竖直的进入SCR脱硝反应器30(本实施例为SCR脱硝反应器)的催化器内部，实现烟气中氮氧化物和氨气在催化剂催化效果下的高效快速均匀的反应，经过催化剂后的烟气混合气流经测量分析组件后，测量分析组件检测混合气体中的氨气含量，控制氨气浓度低于设定值，如果氨气含量超过设定值，则反馈给控制系统，重新设定喷氨均布装置的喷氨量，同时通过控制器调节第一调节阀15和第二调节阀17的喷氨量，持续监测SCR脱硝反应器30下游的剩余氨气含量满足设定值，混合气体进入换热器40后流经烟气出口管22进入下游除尘器。

需要说明的是，本实施例在喷氨均布装置的下游设置至少两个火焰燃烧器50，利用火焰燃烧器50燃烧可燃气体和助燃气体，实现烟气和氨气的升温，满足SCR反应所需的烟气温度要求，实现预期的脱硝反应。

具体地，测量分析组件包括：速度测量仪61、烟气分析仪62和氨气分析仪63。速度测量仪61和烟气分析仪62设置在烟气入口管21内并位于换热器40与喷氨均布装置之间；氨气分析仪63设置在烟气出口管22内并位于脱硝反应器30与换热器40之间。

如图9所示，速度测量仪61在烟道截面上分布为多个独立的分布区，分布区内设置若干组相对独立的管束，每个管束可以设置不同数量的取样管，每根取样管顶端设置速度检测元件，速度检测元件的位置和喷氨均布装置中X形分布器13的中心在同一轴线上，取样管束在烟道截面两侧对称设置，每个烟气速度测量点的烟气流速代表不同位置的烟气速度分布。

结合烟气成分各测点的氮氧化物的浓度和烟气流速，根据每个X形分布器13覆盖的面积，计算各个X形分布器13区域氮氧化物的脱除负荷，计算各个X形分布器13区域内所需的喷氨量，根据每个分布区内X形分布器13的数量计算所在分布区内总的喷氨量，计算获得的喷氨量即为该区域喷氨支管11需要设定的喷氨量，利用控制器调节开度调节阀，实现喷氨量的精确设定和控制，同时利用流量计16监测所在区域喷氨支管11的实际喷氨量，如果监测喷氨量和设定值偏差小于允许的偏差范围，则保持开度调节阀设定，稳定喷氨量，如果监测喷氨量和设定值偏差大于允许的偏差范围，则继续调节开度调节阀，直至监测喷氨量和设定值偏差小于允许的偏差范围。

如图10所示，烟气分析仪62在烟道截面上分布为多个独立的分布区，分布区内设置若干组相对独立的取样管束，每个取样管束可以设置不同数量的取样管，每根取样管顶端设置烟气成分取样器，烟气取样器的位置和喷氨均布装置中X形分布器13的中心在同一轴线上，取样管束在烟道截面两侧对称设置，每个烟气成分取样点测量的烟气成分代表不同位置的烟气中氮氧化物的浓度分布。

如图11所示，氨气分析仪63在烟道截面上分布为多个独立的分布区，分布区内设置若干组相对独立的取样管束，每个取样管束可以设置不同数量的取样管，每根取样管顶端设置氨气成分取样器，取样管束在烟道截面两侧对称设置，每个氨气成分取样点测量的氨气成分代表不同位置的烟气中氨气的浓度分布。本实施例中氨气分析仪63设置多个氨气采样测量点，氨气采样测量点的设置与喷氨均布装置中X形分布器13的位置一一对应。

氨气浓度分布区的分布方式和烟气分析仪分布位置、喷氨均布装置分布方式一致，结合利用有限元流体仿真软件分析的结果，明确氨气分析仪分布区域和喷氨均布装置的各个区域的一一对应关系，利用各个区域测量的氨气浓度，评价相对应的喷氨均布装置中相对应的分布区内的喷氨量是否适宜，如果监测的某个分区的氨气浓度超过允许值，则表明相应的喷氨分布区域内的喷氨量过大，相应的计算模型针对喷氨量进行减少，自动调节开度调节阀调节喷氨量，直至监测的氨气浓度值达到允许排放要求；如果某个分布区内氨气浓度过低，则表明该区域对应的喷氨分布区内喷氨量不足，相应的计算模型针对喷氨量进行增加，自动调节开度调节阀调节喷氨量，直至监测的氨气浓度值达到最小氨气过剩浓度，保证具有足够的氨与氮氧化物完全反应。

利用速度测量仪61、烟气分析仪62和氨气分析仪63，实现每个区域内喷氨量的自动设定，自动调节和自动检测，实现喷氨量的动态控制，满足不同烟气工况条件下能够实时调节喷氨量的要求，同时监测烟气剩余氨气量，避免排放烟气中氨逃逸量超标。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

1、将烟道截面分为面积相同的若干区域，每个区域均设置有喷氨支管、工字形支管、X形分布器和喷嘴，每个喷氨支管上设置有调节阀门和流量计，通过调节阀和流量计可以分别调节和控制每个分区的喷氨量，使得喷氨量在烟道截面上分区可调，优化氨和空气中氮氧化物的均匀混合效果，提高了脱硝效率，并有效降低了氨逃逸率。

2、每个分区内采用工字形支管、X形分布器和喷嘴的连接方式，实现所有喷嘴的沿程阻力损失均相等，实现每个分区内每个喷嘴的流量、压力均相等，消除各个喷嘴之间的差异，实现分区内喷氨量的均匀分布，消除传统喷氨格栅喷嘴之间存在较大的流量不均匀性。

3、设置X形分布器，并在其末端设置喷嘴，实现每个分区内，所有喷嘴在横向和纵向均能实现喷嘴间距的相等，实现喷嘴均匀分布，实现每个喷嘴覆盖的区域均相等，实现每个喷嘴喷射的氨量在空间的均匀分布。

4、由于烟气在烟道内的分布并不均匀，存在局部区域的烟气流量较大，可以实现针对局部烟气流量较大的区域对应的喷氨分区根据烟气的流量计算氮氧化物的负荷量，由分区的氮氧化物的负荷量计算所需的喷氨量，根据所需的喷氨量进行该分区喷氨量的调节和流量监测，实现该区适宜的喷氨量，实现理想的氮氧化物的脱除，同时避免喷氨量的过剩，消除氨逃逸。

5、在原有脱硝系统基础上进行改造，节省投资，降低成本的同时，保证较高的脱硝效率。

6、本发明所述脱硝喷氨均布装置结构简单，调节方便，氨气与烟气混合更加均匀，提高了氮氧化物的脱除效率。

7、加工制作、安装简单方便，易于实施。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。