一种锅炉烟气SCR脱硝系统论文和设计-王凤娟

全文摘要

本实用新型公开了一种锅炉烟气SCR脱硝系统，包括氨水储罐、泵、雾化喷枪、SCR反应器、入口烟道和出口烟道，其中，入口烟道与SCR反应器的入口连接，SCR反应器的出口连接所述出口烟道，所述入口烟道包括缩径段、喷雾段和扩径段，喷雾段的两端分别与缩径段和扩径段的小径端连接，且喷雾段为等径结构；缩径段的大径端用于与烟气源连接，扩径段的大径端用于与SCR反应器的入口连接；氨水储罐通过泵与雾化喷枪的入口连接，雾化喷枪的出口端穿过喷雾段侧壁，延伸至喷雾段内部。本实用新型的脱硝系统适用于烟道截面较小的中小型锅炉的烟气脱硝，可以实现中小锅炉的NOx超低达标排放。

主设计要求

1.一种锅炉烟气SCR脱硝系统，其特征在于：包括氨水储罐、泵、雾化喷枪、SCR反应器、入口烟道和出口烟道，其中，入口烟道与SCR反应器的入口连接，SCR反应器的出口连接所述出口烟道，所述入口烟道包括缩径段、喷雾段和扩径段，喷雾段的两端分别与缩径段和扩径段的小径端连接，且喷雾段为等径结构；缩径段的大径端用于与烟气源连接，扩径段的大径端用于与SCR反应器的入口连接；氨水储罐通过泵与雾化喷枪的入口连接，雾化喷枪的出口端穿过喷雾段侧壁，延伸至喷雾段内部。

设计方案

氨水储罐通过泵与雾化喷枪的入口连接，雾化喷枪的出口端穿过喷雾段侧壁，延伸至喷雾段内部。

2.根据权利要求1所述的锅炉烟气SCR脱硝系统，其特征在于：所述缩径段的收缩角为23-25°。

3.根据权利要求2所述的锅炉烟气SCR脱硝系统，其特征在于：所述缩径段的长度为缩径段的大径端直径的0.8-1.5倍。

4.根据权利要求1所述的锅炉烟气SCR脱硝系统，其特征在于：所述扩径段的扩张角为5-7°。

5.根据权利要求1所述的锅炉烟气SCR脱硝系统，其特征在于：所述SCR反应器的顶部整个截面为烟气进口，入口烟道的末端覆盖整个烟气进口，且入口烟道的末端设置导流结构，导流结构是相对于烟气的流动方向倾斜设置的板体。

6.根据权利要求1所述的锅炉烟气SCR脱硝系统，其特征在于：所述雾化喷枪与泵之间的管道上设置有氨水计量装置。

7.根据权利要求1所述的锅炉烟气SCR脱硝系统，其特征在于：雾化喷枪包括进气段和混合雾化段，进气段包括内部管道和外部管道，外部管道套合于内部管道的外侧，内部管道构成氨水通道，外部管道与内部管道之间的环形腔为压缩空气通道，外部管道上设置有进气口，进气口用于与空气压缩机连接，所述外部管道的末端长于内部管道的末端，且外部管道的末端为缩径结构，混合雾化段连接于外部管道的末端，内部管道的进口端通过管道与泵连接。

8.根据权利要求7所述的锅炉烟气SCR脱硝系统，其特征在于：所述混合雾化段包括混合室和喷头，混合室的进口与所述外部管道连接，喷头设置于混合室的出口端。

9.根据权利要求1所述的锅炉烟气SCR脱硝系统，其特征在于：所述泵的出口端与氨水储罐之间还连接有循环管道，循环管道上设置有阀门。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于中小型锅炉废气净化环保及能源领域，具体涉及中小型锅炉的一种锅炉烟气SCR脱硝系统。

背景技术

选择性催化还原法(Selective Catalytic Reduction，SCR)烟气脱硝技术(以下称SCR脱硝技术)SCR技术是目前脱硝效率最高、成熟且应用最多的一种烟气脱硝技术。该技术是将还原剂喷入烟气中，利用催化剂将烟气中的NOx通过催化反应转化为氮气和水。在SCR脱硝技术中，将氨气喷入烟道时如何能够迅速混合，保证氨气均匀分布在SCR反应器的催化剂床层，是达到SCR脱硝设计效率的关键因素之一。

在工程实践中，SCR脱硝技术所用的还原剂主要是尿素、氨水和液氨，无论是哪一种还原剂，均是先制备氨气，以氨的气体状态参与反应。以氨水为例，中小型锅炉脱硝很多以氨水作为还原剂，氨水通常先通过高温介质蒸发产生氨气，与风机送来的稀释风混合均匀，然后通过喷氨格栅(或涡流混合器)喷入烟道，进入SCR反应器。在该混合方法中，需要设置专门的氨水蒸发器、稀释风机、喷氨格栅等一系列设备。系统较为复杂，故障点多，并且喷氨格栅有堵塞的风险，均匀性也不易控制。因此，有必要对该系统进行优化配置，降本增效。

此外，SCR脱硝工艺在大型燃煤机组中应用较多，而中小型锅炉，尤其是一些自备电厂或热电厂锅炉本身配置低，自动化程度不高，若仅采用低氮燃烧及SNCR技术在很多情况下也不能稳定实现超低排放，甚至会对锅炉本身安全和效率造成影响。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是提供一种锅炉烟气SCR脱硝系统。该SCR脱硝系统可以省略传统氨空混合系统中的蒸发器、稀释风机、SCR入口烟道上的喷氨格栅(或涡流混合器)及流量调节装置等一系列设备，减少系统配置和运行故障点，降低中小型锅炉达到超低排放的投资和运行成本。

为了解决以上技术问题，本实用新型的技术方案为：

一种锅炉烟气SCR脱硝系统，包括氨水储罐、泵、雾化喷枪、SCR反应器、入口烟道和出口烟道，其中，入口烟道与SCR反应器的入口连接，SCR反应器的出口连接所述出口烟道，所述入口烟道包括缩径段、喷雾段和扩径段，喷雾段的两端分别与缩径段和扩径段的小径端连接，且喷雾段为等径结构；缩径段的大径端用于与烟气源连接，扩径段的大径端用于与SCR反应器的入口连接；

氨水储罐通过泵与雾化喷枪的入口连接，雾化喷枪的出口端穿过喷雾段侧壁，延伸至喷雾段内部。

氨水储罐中的氨水被泵输送至雾化喷枪，被雾化喷枪喷至雾化段，形成雾化氨水。来自锅炉的烟气经过缩径段加速后，在雾化段达到最大的流速，雾化氨水在高温、高速烟气的冲击下迅速气化，同时在雾化段产生剧烈扰流混合(文丘里效应)，使烟气与氨气迅速混合均匀，并经过扩径段均匀分布于烟道中，最后进入SCR反应器中进行催化还原反应。

由于喷枪喷出的雾化氨水迅速气化产生氨气，所以在雾化段主要以气体状态存在，不会对碳钢烟道造成腐蚀。

优选的，所述缩径段的收缩角为23-25°。缩径段直径按照气速50-60m\/s确定。

进一步优选的，所述缩径段的长度为缩径段的大径端直径的0.8-1.5倍。以保证足够的加速。

优选的，所述扩径段的扩张角为5-7°。

优选的，所述SCR反应器的顶部整个截面为烟气进口，入口烟道的末端覆盖整个烟气进口，且入口烟道的末端设置导流结构，导流结构是相对于烟气的流动方向倾斜设置的板体。

烟气与氨气的混合气体可以在导流结构的导流作用下均匀流向SCR反应器，以保证SCR反应器中各个部位的烟气流量的均匀。

优选的，所述雾化喷枪与泵之间的管道上设置有氨水计量装置。用于根据烟气的流量调节氨水的流量。

优选的，雾化喷枪包括进气段和混合雾化段，进气段包括内部管道和外部管道，外部管道套合于内部管道的外侧，内部管道构成氨水通道，外部管道与内部管道之间的环形腔为压缩空气通道，外部管道上设置有进气口，进气口用于与空气压缩机连接，所述外部管道的末端长于内部管道的末端，且外部管道的末端为缩径结构，混合雾化段连接于外部管道的末端，内部管道的进口端通过管道与泵连接。

空气压缩机向雾化喷枪的环形腔内输送压缩空气，压缩空气的压强较大，可以具有较大的流速。外部管道的末端为缩径结构，高压、高速的空气在缩径结构部分再次加速，在内部管道的末端形成低压区，氨水在泵的泵送力和压强差的作用下加速，与空气迅速混合，并经过喷头喷出，形成雾化氨水。

进一步优选的，所述混合雾化段包括混合室和喷头，混合室的进口与所述外部管道连接，喷头设置于混合室的出口端。高速空气和高速氨水在混合室内产生剧烈扰动，进而迅速混合均匀，混合均匀后再喷出时，有利于提高氨水的雾化程度。

优选的，所述泵的出口端与氨水储罐之间还连接有循环管道，循环管道上设置有阀门。

系统启动前，打开该阀门，将氨水通过泵循环打入氨水储罐中，将氨水混合均匀，有利于保证烟气的脱硝均匀性。

本实用新型的有益效果为：

由于喷枪喷出的雾化氨水迅速气化产生氨气，所以在雾化段主要以气体状态存在，不会对碳钢烟道造成腐蚀。

本实用新型的脱硝系统适用于烟道截面较小的中小型锅炉的烟气脱硝，可以实现中小锅炉的NOx超低达标排放。

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申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的喷枪的内部结构示意图。

其中，1、氨水储罐，2、泵，3、循环管道，4、氨水计量装置，5、雾化喷枪，6、烟道，7、缩径段，8、喷雾段，9、扩径段，10、入口烟道，11、导流结构，12、SCR反应器，13、出口烟道，14、进气口，15、压缩空气通道，16、氨水通道，17、缩径结构，18、混合室，19、喷头。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和\/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和\/或它们的组合。

如图1所示，一种锅炉烟气SCR脱硝系统，包括氨水储罐1、泵2、雾化喷枪5、SCR反应器12、入口烟道10和出口烟道13，其中，入口烟道10与SCR反应器12的入口连接，SCR反应器12的出口连接所述出口烟道13，所述入口烟道10包括缩径段7、喷雾段8和扩径段9，喷雾段8的两端分别与缩径段7和扩径段9的小径端连接，且喷雾段8为等径结构；缩径段7的大径端用于通过烟道6与烟气源连接，扩径段9的大径端用于与SCR反应器12的入口连接；缩径段7的收缩角为23-25°，缩径段7的长度为缩径段7的大径端直径的0.8-1.5倍，扩径段的扩张角为5-7°。

SCR反应器12的顶部整个截面为烟气进口，入口烟道10的末端覆盖整个烟气进口，且入口烟道10的末端设置导流结构11，导流结构11是相对于烟气的流动方向倾斜设置的板体。

氨水储罐1通过泵2和氨水计量装置4与雾化喷枪5的入口连接，雾化喷枪5的出口端穿过喷雾段8侧壁，延伸至喷雾段8内部。

如图2所示，雾化喷枪5包括进气段和混合雾化段，进气段包括内部管道和外部管道，外部管道套合于内部管道的外侧，内部管道构成氨水通道16，外部管道与内部管道之间的环形腔为压缩空气通道15，外部管道上设置有进气口14，进气口14用于与空气压缩机连接，所述外部管道的末端长于内部管道的末端，且外部管道的末端为缩径结构，混合雾化段连接于外部管道的末端，内部管道的进口端通过管道与泵连接。

混合雾化段包括混合室18和喷头19，混合室18的进口与所述外部管道连接，喷头19设置于混合室的出口端。泵2的出口端与氨水储罐1之间还连接有循环管道3，循环管道3上设置有阀门。

将SCR入口烟道设置一处烟道缩径段，烟气进入缩径段后，烟气流速随着截面积的减小而增大，烟气的压力逐渐转变为动能。所述的烟道缩径段周围设置雾化喷嘴，所述雾化喷嘴采用压缩空气为雾化风。氨水储存在氨水储罐中经氨水供应泵加压、氨水计量模块的计量和调节后通过雾化喷嘴喷入所述的烟道缩径段中，氨水被高速的烟气流冲击迅速气化产生氨气。由于SCR入口烟道温度一般可达300-400℃，经喷枪喷射雾化并遭遇高温烟气的氨水液滴极易气化，气化的同时通过扰流作用(文丘里效应)促进与烟气的混合，经扩散段均匀分布于烟道中，最后进入反应器进行后续催化还原反应。

氨水通常采用15-20％浓度的工业氨水，经过氨水计量模块计量后，喷入到SCR入口高温烟道，氨水迅速气化，主要以气体状态存在，不会对碳钢烟道造成腐蚀。氨水气化所需热量与烟道中的高温烟气量总热量相比，占比很小，氨水喷入对烟气温度的影响在可接受的范围内。

最佳设计尺寸可根据实际的烟气和烟道条件进行流场模拟计算调整确定，保证氨气在烟气中的混合均匀度能够满足SCR催化反应的要求，有效控制氨逃逸。

雾化喷枪采用墙式喷枪，喷嘴采用哈氏合金材质，可有效控制SCR入口高含尘的烟气对喷嘴产生的磨损。

实施例

75t\/h锅炉1台，烟气量按照12万Nm^{3<\/sup>\/h，锅炉出口NOx含量为350mg\/Nm^{3<\/sup>，反应器入口温度为350℃。该项目所用氨水浓度为20％。}}

烟气流速取15m\/s，正常烟道直径为2.54m，取缩径段的收缩角为23℃，扩径段的扩散角5℃，经计算，烟道缩径段设计直径为1.4m，长度取1.8m，缩径段和喷雾段的总长度为3.3m，扩径段长度为6.5m，通常SCR的烟道长度设计为12-15m(考虑设计2～3层催化剂层)，正常设计条件下的空间可满足设计要求。每小时需要的氨水量68kg\/h，在烟道缩径段设计1～2只喷枪，压缩空气用量约10Nm^{3<\/sup>\/h。喷嘴采用哈氏合金材质，每小时气化68kg\/h的氨水所需热量与烟道中的高温烟气量总热量相比，占比很小，氨水喷入对烟气温度的影响在可接受的范围内。}

可见，本实用新型的脱硝系统在中小型锅炉的SCR工程设计中能够实现其混合效果，并且能够降低配置，降低投资。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

设计图

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