一種焦爐煙氣脫硝的花瓣形噴氨裝置的制作方法

本發明屬于大氣污染物控制技術領域，具體涉及一種焦爐煙氣脫硝的花瓣形噴氨裝置。

技術背景

煉焦爐是一種使煤炭化以生產焦炭的爐子，通常由耐火磚和耐火砌塊砌成。煉焦所需熱量通常由煤氣燃燒提供，因此，煉焦爐也包含燃燒室、煙道和煙囪，類似于電廠鍋爐，但又不同于常規的鍋爐，主要表現在三個方面：一、單臺焦爐分兩個煙道與煙囪相連，每個煙道的焦爐煙氣流量較小；二、直接排放到大氣環境的焦爐煙氣溫度較高，通常為280～300℃；三、焦爐煙道的橫斷面通常為拱形門結構，大部分埋于地面以下。由于焦爐獨特的煙道結構和煙氣特性，現有焦化廠通常采用圓形煙道作為連接煙道與余熱鍋爐或脫硝設備相連。

目前，常規的電廠鍋爐SCR脫硝裝置常具有以下幾個特點。首先，SCR脫硝煙道根據鍋爐煙道結構設計成方形，根據這個結構特點設計的噴氨格柵由幾根噴氨管并列布置而成，這種噴氨管布置方式很難根據氮氧化物分布精準調節噴氨量，采用單管單閥門控制方式則會帶來系統復雜問題。其次，常規的脫硝裝置往往采用常溫空氣來稀釋氨氣，由于要求將氨氣的體積濃度稀釋到5％以下，因此需要大量的空氣，這樣混合后的氨氣/空氣混合物進入煙道后會吸收較多的煙氣熱量，使煙氣溫度降低，不利于后續脫硝反應的高效進行。另外，為了減小混合長度，需要在噴氨格柵下游再布置混合器，這種混合器通常結構復雜，會占據一部分煙道空間，引起煙氣壓降增大。

如果在圓形煙道中采用常規的噴氨格柵，勢必會產生噴氨管長短不一的情況，從而引起噴氨不均和噴氨量難以控制。同時，由于煉焦工藝的特點，焦爐煙道至煙囪的空間十分緊湊，很難在煙道內外布置單獨的混合器，因此，為了在日趨嚴厲的排放標準背景下高效脫除焦爐煙氣氮氧化物，需要針對焦爐煙道的結構特點，開發適合焦爐煙氣脫硝的噴氨裝置。

技術實現要素：

發明目的：本發明針對常規噴氨格柵不適合焦爐煙道布置、常規混氨工藝會引起煙氣溫度降低、系統阻力增大等問題，提供了一種焦爐煙氣脫硝的花瓣形噴氨裝置。

技術方案：為解決上述問題本發明提供了一種焦爐煙氣脫硝的花瓣形噴氨裝置，所述花瓣形噴氨裝置設置于煙道內，所述的花瓣形噴氨裝置包括混合器、旋流板、擾流件、一級噴氨管和二級噴氨管，其中，

所述混合器為一圓管，水平設置于煙道內，其頂端封閉，尾端放置旋流板，所述混合器的一端設置有焦爐煙氣入口，另一端設置有氨氣入口和脫硝后的焦爐煙氣入口，所述氨氣入口與垂直進入煙道的氨氣進氣管相連，所述脫硝后的焦爐煙氣入口與垂直進入煙道的煙氣進氣管相連，所述煙氣進氣管通過循環風機與脫硝后的煙道相連，所述循環風機抽吸脫硝后的焦爐煙氣用于稀釋氨氣，入口端連接脫硝后的焦爐煙氣，出口端連接與混合器相連的煙氣進氣管；

所述旋流板為圓環狀，外圓面與混合器內圓壁無縫連接，內圓面與氨氣進氣管外側緊密相連，

所述擾流件由呈環形均勻設置于所述混合器尾端外側的若干角鋼形成，所述角鋼的頂角正對迎流方向；

所述一級噴氨管為圓錐形，錐頂端與混合器聯通，錐底端封閉，所述一級噴氨管呈環形均勻布置于所述混合器的前端，所述二級噴氨管設置于所述一級噴氨管的背流面上，所述二級噴氨管一端與一級噴氨管連通，另一端在頂部封閉。

優選地，所述混合器的中部由管托支撐，所述管托一側托住所述混合器，另一側與煙道下側內壁面相連。

所述旋流板上環形均布葉片型環流孔，開孔數為n＝6～15個，進氣孔與出氣孔的偏移量為10～60mm。

所述一級噴氨管為圓錐形，錐頂端與混合器聯通，錐底端封閉，圓錐角為λ＝0～10°。

所述一級噴氨管分兩層，交錯布置在混合器的前端，錯位角為β＝5～30°，每層由s＝3～20個一級噴氨管組成，每個噴氨管之間的夾角為α＝360°/s。

所述二級噴氨管有3～8個，均勻布置于所述一級噴氨管的背流面上，相鄰二級噴氨管之間的間距為50～200mm。

所述二級噴氨管在管子側面環形均勻布置3～5個噴氨孔，從一級噴氨管的錐頂端到錐底端，噴氨孔的孔徑逐漸增大，保證每個噴氨孔的噴氨質量流量相等。

所述擾流件由m＝5～15個角鋼構成，相鄰角鋼的夾角為θ＝360°/m，角鋼頂端與煙道內側壁的距離為h＝5～50mm。

所述氨氣進氣管從煙道外進入放置在煙道內的混合器，所述氨氣進氣管頂端封閉，側面環形均勻開設x＝2～10個小孔，每個小孔的孔徑為d＝2～10mm。

運行時，制備好的氨氣從外部進入氨氣進氣管，通過小孔快速進入混合器。在循環風機的抽吸力作用下，脫硝后的焦爐煙氣通過煙氣進氣管進入混合器，并流過旋流板的旋流孔，產生強烈的煙氣旋流場，卷吸氨氣進行充分混合。混合后，氨氣的體積濃度保持在1～5％，然后氨氣/煙氣混合物依次進入兩層一級噴氨管。在每個噴氨管，氨氣/煙氣混合物依次進入每一個二級噴氨管，然后再通過噴氨孔與焦爐煙氣混合。混合后的焦爐煙氣流過擾流件，在擾流件背面的下游形成一連串湍流旋渦，氨氣和煙氣進一步得到充分混合。

有益效果：與常規的噴氨裝置相比，本發明具有如下的特色及優點：

(1)常規的噴氨裝置通常為格柵形式，即由一排排并聯的噴氨管組成，這種結構復雜，調節困難，而本發明根據焦爐煙道的特點，將噴氨管布置成環形結構，這樣只要調整一根母管的噴氨量即可均勻分配每一根噴氨管的噴氨量，有助于根據煙氣中的氮氧化物含量靈活控制總的噴氨量；

(2)常規的噴氨裝置一般采用常溫空氣來稀釋氨氣，由于需要將氨氣的體積濃度稀釋到5％以下，因此需要大量的空氣，這樣混合后的氨氣/空氣混合物進入煙道后需要吸收一部分煙氣熱量，使煙氣溫度降低，而本發明采用熱煙氣來稀釋氨氣，有效降低了煙氣的顯熱損失；

(3)常規的噴氨裝置一般將氨氣混合器放置在煙道外部，如果是熱空氣，需要在混合器外面包裹保溫材料，以減小散熱損失，而本發明采用中心母管制成氨氣混合器放置在煙道中，這樣的結構有助于簡化了噴氨裝置的結構，節約了外部安裝空間；

(4)常規的噴氨裝置通常只具有噴氨功能，如果噴氨混合效果不好，需要在下游安裝單獨的靜態混合器，以便進一步混合氨氣和煙氣，而本發明設置成環形結構的擾流器具有靜態混合器的功能，并將擾流器和噴氨管耦合在噴氨母管上，這種組合方式能快速高效混合氨氣和煙氣，而且結構簡單，安裝方便。

附圖說明

圖1是本發明實施例的一種焦爐煙氣脫硝的花瓣形噴氨裝置示意圖，其中有；循環風機1、煙氣進氣管2、氨氣進氣管3、旋流板4、角鋼5、混合器6、管托7、二級噴氨管8、一級噴氨管9和煙道10。

圖2是本發明實施例的一種焦爐煙氣脫硝的花瓣形噴氨裝置A-A向示意圖，其中有；混合器6、二級噴氨管8、一級噴氨管9和煙道10。

圖3是本發明實施例的一種焦爐煙氣脫硝的花瓣形噴氨裝置B-B向示意圖，其中有；氨氣進氣管3、角鋼5、混合器6和煙道10。

具體實施方式

本發明提供了一種焦爐煙氣脫硝的花瓣形噴氨裝置，該花瓣形噴氨裝置設置于煙道內，花瓣形噴氨裝置包括混合器、旋流板、擾流件、一級噴氨管和二級噴氨管，如圖1～3所示，混合器為一圓管，水平設置于煙道內，其頂端封閉，尾端放置旋流板，混合器的一端設置有焦爐煙氣入口，另一端設置有氨氣入口和脫硝后的焦爐煙氣入口，氨氣入口與垂直進入煙道的氨氣進氣管相連，脫硝后的焦爐煙氣入口與垂直進入煙道的煙氣進氣管相連，煙氣進氣管通過循環風機與脫硝后的煙道相連，循環風機抽吸脫硝后的焦爐煙氣用于稀釋氨氣，入口端連接脫硝后的焦爐煙氣，出口端連接與混合器相連的煙氣進氣管。混合器的中部由管托支撐，管托一側托住混合器，另一側與煙道下側內壁面相連。

旋流板為圓環狀，外圓面與混合器內圓壁無縫連接，內圓面與氨氣進氣管外側緊密相連，旋流板上環形均布葉片型環流孔，開孔數為n＝6～15個，進氣孔與出氣孔的偏移量為10～60mm。

擾流件由呈環形均勻設置于混合器尾端外側的若干角鋼形成，角鋼的頂角正對迎流方向。

一級噴氨管為圓錐形，錐頂端與混合器聯通，錐底端封閉，圓錐角為λ＝0～10°。一級噴氨管分兩層，交錯布置在混合器的前端，錯位角為B＝5～30°，每層由s＝3～20個一級噴氨管組成，每個噴氨管之間的夾角為a＝360°/s。

二級噴氨管有3～8個，均勻布置于一級噴氨管的背流面上，相鄰二級噴氨管之間的間距為50～200mm。二級噴氨管一端與一級噴氨管連通，另一端在頂部封閉。二級噴氨管在管子側面環形均勻布置3～5個噴氨孔，從一級噴氨管的錐頂端到錐底端，噴氨孔的孔徑逐漸增大，保證每個噴氨孔的噴氨質量流量相等。

擾流件由m＝5～15個角鋼構成，相鄰角鋼的夾角為θ＝360°/m，角鋼頂端與煙道內側壁的距離為h＝5～50mm。

氨氣進氣管從煙道外進入放置在煙道內的混合器，氨氣進氣管頂端封閉，側面環形均勻開設x＝2～10個小孔，每個小孔的孔徑為d＝2～10mm。

運行時，制備好的氨氣從外部進入氨氣進氣管，通過小孔快速進入混合器。在循環風機的抽吸力作用下，脫硝后的焦爐煙氣通過煙氣進氣管進入混合器，并流過旋流板的旋流孔，產生強烈的煙氣旋流場，卷吸氨氣進行充分混合。混合后，氨氣的體積濃度保持在1～5％，然后氨氣/煙氣混合物依次進入兩層一級噴氨管。在每個噴氨管，氨氣/煙氣混合物依次進入每一個二級噴氨管，然后通過噴氨孔與焦爐煙氣混合。混合后的焦爐煙氣流過擾流件，在擾流件背面的下游形成一連串旋渦，氨氣和煙氣進一步得到充分混合。

下面通過實施例，可以更好地理解本發明。然而，本領域的技術人員容易理解，實施例所描述的內容僅用于說明本發明，而不應當也不會限制權利要求書中所詳細描述的本發明。

本實施例針對2×65孔焦爐，單臺焦爐產煙氣量為130000Nm³/h，煙氣溫度300℃，引出的連接煙道直徑為2.2m。在連接煙道設置噴氨裝置，包括煙氣進氣管、氨氣進氣管、旋流板、擾流件、混合器、管托、二級噴氨管和一級噴氨管煙道，在煙道外設置循環風機。

循環風機入口端與脫硝后的煙道相連，出口端連接煙氣進氣管。煙氣進氣管垂直進入煙道，在中心沿逆流方向90°轉彎，并與混合器入口處相連。氨氣進氣管垂直進入煙道，并進入混合器，在中心沿逆流方向90°轉彎，頂端封閉，頂部側面環形均勻開設6個小孔，孔徑為5mm。混合器為一圓管，頂端封閉，尾端放置旋流板。旋流板為圓環狀，外圓面與混合器內圓壁無縫連接，內圓面與氨氣進氣管外側緊密相連。旋流板上環形均布葉片型環流孔，開孔數為12個，進氣孔與出氣孔的偏移量為30mm。在混合器前端環形均勻布置兩層一級噴氨管，兩層錯位角為20°，每層由12個一級噴氨管組成，每個噴氨管之間的夾角為30°。一級噴氨管為圓錐形，錐頂端與混合器聯通，錐底端封閉，圓錐角為5°。在一級噴氨管的背流面上均勻布置6個二級噴氨管，間距為160mm。二級噴氨管一端與一級噴氨管聯通，另一端頂部封閉，在管子側面環形均勻布置3個噴氨孔，從一級噴氨管錐頂端到錐底端，噴氨孔的孔徑逐漸增大，確保每個噴氨孔的噴氨質量流量相等。在混合器的尾端外側環形均勻布置12個角鋼，形成擾流件，相鄰角鋼夾角為30°，頂端與煙道內側壁的距離為30mm，角鋼的頂角正對迎流方向。混合器中部支撐在管托上，管托另一側與煙道下側內壁面相連。

具體運行時，按如下步驟進行。制備好的氨氣從外部進入氨氣進氣管，通過小孔高速進入混合器。在循環風機的抽吸力作用下，脫硝后的焦爐煙氣通過煙氣進氣管進入混合器，并流過旋流板的旋流孔，產生強烈的煙氣旋流場，卷吸氨氣進行充分混合。混合后的氨氣體積濃度保持在5％，然后氨氣/煙氣混合物依次進入兩層一級噴氨管。在每個噴氨管，氨氣/煙氣混合物依次進入每一個二級噴氨管，然后通過噴氨孔與焦爐煙氣混合。混合后的焦爐煙氣流過擾流件，在擾流件背面的下游形成一連串旋渦，氨氣和煙氣進一步得到充分混合。

本發明通過將噴氨管布置成環形結構，這樣只要調整一根母管的噴氨量即可均勻分配每一根噴氨管的噴氨量，有助于根據煙氣中的氮氧化物含量靈活控制總的噴氨量；另外，本發明采用熱煙氣來稀釋氨氣，避免了煙氣的顯熱損失，同時，通過采用中心母管制成氨氣混合器放置在煙道中，這樣的結構有助于簡化了噴氨裝置的結構，節約了外部安裝空間。本發明設置成環形結構的擾流器具有靜態混合器的功能，并將擾流器和噴氨管耦合在噴氨母管上，這種組合方式能快速高效混合氨氣和煙氣，而且結構簡單，安裝方便。