本發(fā)明涉及scr脫硝系統(tǒng)領(lǐng)域，特別涉及一種有助于脫硝混合的高效混合系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)在我國(guó)燃煤電站鍋爐均已安裝脫硝系統(tǒng)，其中絕大部分采用scr脫硝方式，部分現(xiàn)役工程建設(shè)投運(yùn)初期由于新裝催化劑時(shí)活性高，整體效率達(dá)標(biāo)，但隨著投運(yùn)時(shí)間的加長(zhǎng)，催化劑活性衰退，氨氮摩爾比偏差的問(wèn)題逐漸暴露出來(lái)，直觀表現(xiàn)為脫硫脫硝cems偏差大、氨耗量增大、空預(yù)器堵塞等。

三部委《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020年》明確燃煤電廠“超低排放”的定義：煙氣中煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不超過(guò)10mg/nm3、35mg/nm3、50mg/nm3（干基、標(biāo)態(tài)、6%含氧量）；部分省市將煙塵的要求提高到5mg/nm3。部分項(xiàng)目進(jìn)行脫硝提效，加裝了備用層催化劑，催化劑的氧化作用增強(qiáng)，會(huì)進(jìn)一步增加煙氣中so3濃度和硫酸氫銨生成量，不但脫硝效率不達(dá)標(biāo)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)超低排放，同時(shí)氨逃逸過(guò)大，空預(yù)器堵塞加劇。

現(xiàn)役機(jī)組的調(diào)試和性能測(cè)試多是在bmcr或高負(fù)荷條件下進(jìn)行，因此高負(fù)荷條件下脫硝性能達(dá)標(biāo)。在低負(fù)荷條件下，特別是aig噴氨型式，燃燒調(diào)整導(dǎo)致煙氣來(lái)流變化，進(jìn)而導(dǎo)致nh3和nox不匹配，脫硝效率下降，氨逃逸升高，空預(yù)器堵塞加劇。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明目的在于：針對(duì)上述存在的問(wèn)題，提供一種有助于脫硝混合的高效混合系統(tǒng)，針對(duì)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果作為流場(chǎng)優(yōu)化分析的邊界條件，通過(guò)從局部到整體的思路逐步優(yōu)化脫硝流場(chǎng)，確定安裝高效混合系統(tǒng)的位置、型式、級(jí)數(shù)，提升氨/煙氣混合質(zhì)量，進(jìn)而提高脫硝系統(tǒng)對(duì)來(lái)流工況變化的抗干擾性，保證機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，進(jìn)而解決上述存在的問(wèn)題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種有助于脫硝混合的高效混合系統(tǒng)，包括設(shè)于進(jìn)口煙道和頂部煙道內(nèi)的高效混合系統(tǒng)，其特征在于，所述高效混合系統(tǒng)包括一級(jí)高效混合裝置和二級(jí)高效混合裝置，一級(jí)高效混合裝置設(shè)于噴氨格柵的上方，二級(jí)高效混合裝置設(shè)于進(jìn)口煙道與頂部煙道相交的轉(zhuǎn)角處，一級(jí)高效混合裝置包括若干個(gè)一級(jí)高效混合元件，一級(jí)高效混合元件包括無(wú)縫鋼管和折疊形圓形鋼板，無(wú)縫鋼管垂直固定在煙道內(nèi)壁上，折疊形圓形鋼板兩側(cè)的翼邊均同時(shí)穿過(guò)無(wú)縫鋼管并固定連接在無(wú)縫鋼管上，二級(jí)高效混合裝置包括多個(gè)二級(jí)高效混合元件，二級(jí)高效混合元件包括無(wú)縫鋼管和圓形鋼板，圓形鋼板穿過(guò)無(wú)縫鋼管并內(nèi)嵌固定在無(wú)縫鋼管上，圓形鋼板通過(guò)無(wú)縫鋼管固定在煙道內(nèi)壁上。

作為優(yōu)選，一級(jí)高效混合元件包括兩根平行設(shè)置的無(wú)縫鋼管和一塊折疊形圓形鋼板，折疊形圓形鋼板兩側(cè)的翼邊均同時(shí)穿過(guò)兩根無(wú)縫鋼管。

作為優(yōu)選，折疊形圓形鋼板對(duì)半折疊形成具有120°角度的v形結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步，在一級(jí)高效混合元件中，每根無(wú)縫鋼管的迎風(fēng)面上均固定設(shè)有一根角鋼。

作為優(yōu)選，二級(jí)高效混合元件包括一根無(wú)縫鋼管和兩塊圓形鋼板，兩塊圓形鋼板穿過(guò)同一根無(wú)縫鋼管并內(nèi)嵌在無(wú)縫鋼管上，圓形鋼板的迎風(fēng)面垂直于煙氣流向的軸向方向。

進(jìn)一步，在二級(jí)高效混合裝置中，兩個(gè)二級(jí)高效混合元件為一組，在該組內(nèi)，兩根無(wú)縫鋼管之間設(shè)有條形鋼板，條形鋼板用于加固圓形鋼板。

進(jìn)一步，在二級(jí)高效混合元件中，無(wú)縫鋼管的迎風(fēng)面上均固定有一根角鋼。

作為優(yōu)選，折疊形圓形鋼板和圓形鋼板均采用q345-b材質(zhì)的金屬材料，厚度為10mm。

進(jìn)一步，折疊形圓形鋼板的選擇規(guī)則按照n=l/w+1,d≈0.65-0.75w進(jìn)行參數(shù)選擇，圓形鋼板的選擇規(guī)則按照n=2n，d≈500-600mm進(jìn)行選擇，其中，n代表折疊形圓形鋼板的個(gè)數(shù)，d代表折疊形圓形鋼板的直徑，l代表安裝位置處煙道的長(zhǎng)度，w代表安裝位置處煙道的直徑，n代表圓形鋼板的個(gè)數(shù)，d代表圓形鋼板的直徑。

綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明的高效混合系統(tǒng)通過(guò)利用駐渦原理來(lái)提升nh3/nox的混合效果，nh3/nox混合質(zhì)量的提高，不僅可以迅速降低氨逃逸量，其還可以節(jié)省催化劑耗量，當(dāng)設(shè)計(jì)脫硝效率越高時(shí)，降低氨逃逸量的效果和節(jié)省催化劑耗量的節(jié)省效果會(huì)更加明顯；

2、通過(guò)在進(jìn)口煙道與頂部煙道相交的轉(zhuǎn)角處設(shè)置二級(jí)高效混合裝置，使煙道轉(zhuǎn)彎處煙氣嚴(yán)重分層的現(xiàn)象得以改善，可以增加氨氮、煙氣的混合效果，起到事半功倍的作用，同時(shí)，增加二級(jí)高效混合裝置后，煙道內(nèi)的局部阻力會(huì)稍微增大或基本不變，從而在整體上使脫硝系統(tǒng)的整體阻力變化不大；

3、通過(guò)設(shè)置多級(jí)混合措施，實(shí)現(xiàn)煙氣與還原劑的二次混合，提高了煙氣湍流程度，煙道內(nèi)部構(gòu)件得到優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了流體邊界層的快速剝離，進(jìn)而提高了煙氣來(lái)流變化的抗干擾能力，在整體上，克服了脫硝效率下降，氨逃逸升高，空預(yù)器堵塞加劇等技術(shù)問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的一種有助于脫硝混合的高效混合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的一級(jí)高效混合裝置主視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的一級(jí)高效混合裝置平面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明的一級(jí)高效混合裝置三維結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是氨煙氣流體流過(guò)一級(jí)高效混合裝置時(shí)的流動(dòng)形式示意圖；

圖6是本發(fā)明的二級(jí)高效混合裝置主視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明的二級(jí)高效混合裝置平面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是本發(fā)明的二級(jí)高效混合裝置三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標(biāo)記：1為進(jìn)口煙道，2為出口煙道，3為頂部煙道，4為反應(yīng)器，401為第一層催化劑，402為第二層催化劑，403為第三層催化劑，5為整流器，6為噴氨格柵，7為一級(jí)高效混合裝置，701為一級(jí)高效混合元件，702為折疊形圓形鋼板，8為二級(jí)高效混合裝置，801為二級(jí)高效混合元件，802為圓形鋼板，803為條形鋼板，9為無(wú)縫鋼管，10為角鋼。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的說(shuō)明。

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，一種scr脫硝系統(tǒng)（選擇性催化還原脫硝系統(tǒng)），包括進(jìn)口煙道1和出口煙道2，位于進(jìn)口煙道1和出口煙道2之間的頂部煙道3和反應(yīng)器4，進(jìn)口煙道1和頂部煙道3內(nèi)設(shè)有高效混合系統(tǒng)，反應(yīng)器4用于對(duì)煙道內(nèi)的煙氣進(jìn)行催化反應(yīng)，即反應(yīng)器4的上端貫通連接頂部煙道3，下端貫通連接出口煙道2，反應(yīng)器4內(nèi)從上自下依次設(shè)有整流器5、第一層催化劑401、第二層催化劑402和第三層催化劑403，在反應(yīng)器4內(nèi)，煙氣中的nox與nh3發(fā)生還原反應(yīng)，變成n2和h2o，進(jìn)而達(dá)到脫除氧化物的目的。整流器5的設(shè)置可以提高反應(yīng)器4對(duì)煙氣來(lái)流變化的抗干擾能力，使混合煙氣均勻地分布在催化劑層上，進(jìn)而提高脫硝效果。

高效混合系統(tǒng)包括一級(jí)高效混合裝置7和二級(jí)高效混合裝置8，如圖1所示，一級(jí)高效混合裝置7設(shè)于噴氨格柵6的上方，二級(jí)高效混合裝置8設(shè)于進(jìn)口煙道1與頂部煙道3相交的轉(zhuǎn)角處，更進(jìn)一步說(shuō)，一級(jí)高效混合裝置7距離噴氨格柵6的距離為1-2m，準(zhǔn)確位置根據(jù)不同的項(xiàng)目進(jìn)行調(diào)整，二級(jí)高效混合裝置8在直角煙道轉(zhuǎn)彎處。

更具體地說(shuō)，一級(jí)高效混合裝置7包括無(wú)縫鋼管9和折疊形圓形鋼板702，以兩根無(wú)縫鋼管9為例，如圖2至圖4所示，兩根無(wú)縫鋼管9相互平行設(shè)置且均垂直固定在煙道內(nèi)壁上，折疊形圓形鋼板702對(duì)半折疊形成具有一定角度的v形結(jié)構(gòu)，折疊形圓形鋼板702兩側(cè)的翼邊均同時(shí)穿過(guò)兩根無(wú)縫鋼管9，即折疊形圓形鋼板702的折線垂直于無(wú)縫鋼管9，折疊形圓形鋼板702用于實(shí)現(xiàn)對(duì)煙氣內(nèi)的nh3/nox駐渦混合，無(wú)縫鋼管9用于加強(qiáng)折疊形圓形鋼板702的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。兩根無(wú)縫鋼管9和一塊折疊形圓形鋼板702組合成為一個(gè)一級(jí)高效混合元件701，一級(jí)高效混合裝置7由若干個(gè)一級(jí)高效混合元件701按照一定排序組合形成。

上述中，一級(jí)高效混合裝置7設(shè)置在噴氨格柵6上方的緣由是，一級(jí)高效混合裝置7是以駐渦混合為機(jī)理的還原劑混合裝置，通過(guò)融合噴氨格柵技術(shù)與駐渦混合技術(shù)，其能夠大幅提高氨煙氣混合質(zhì)量，氨煙氣混合質(zhì)量的提高，不僅可以迅速降低氨逃逸量，其還可以節(jié)省催化劑耗量，當(dāng)設(shè)計(jì)脫硝效率越高時(shí)，降低氨逃逸量的效果和節(jié)省催化劑耗量的節(jié)省效果會(huì)更加明顯，更具體地說(shuō)，當(dāng)煙氣流體上升至一級(jí)高效混合裝置7布置位置處時(shí)，煙道截面減小，煙氣流體經(jīng)過(guò)一級(jí)高效混合裝置時(shí)，只能從一級(jí)高效混合裝置701的折疊形圓形鋼板702迎風(fēng)面的翼緣繞過(guò)，并在折疊形圓形鋼板702的背風(fēng)面區(qū)域形成低壓區(qū)，煙氣流體經(jīng)過(guò)折疊形圓形鋼板702后被吸向低壓區(qū)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)渦流混合，有效提高了氨煙氣混合質(zhì)量，原理如圖5所示，煙氣流體繞過(guò)折疊形圓形鋼板702迎風(fēng)面的翼緣時(shí)，折疊形圓形鋼板702迎風(fēng)面兩側(cè)的翼緣會(huì)周期性地脫落出旋轉(zhuǎn)方向相反、排列規(guī)則的雙列線渦，形成卡門渦街和漩渦狀流動(dòng)，進(jìn)而具有強(qiáng)卷吸作用，由于邊界層的存在，雖然煙道內(nèi)非流線的物理結(jié)構(gòu)的阻力大，但是可以增強(qiáng)流動(dòng)的湍流程度，在還原劑混合過(guò)程中（氨煙氣混合過(guò)程中），湍流擴(kuò)散（渦流擴(kuò)散）的強(qiáng)度要遠(yuǎn)高于分子擴(kuò)散，進(jìn)而在宏觀表現(xiàn)為，大幅提高氨煙氣混合質(zhì)量。

更進(jìn)一步地說(shuō)，二級(jí)高效混合裝置8包括無(wú)縫鋼管9和圓形鋼板802，圓形鋼板802穿過(guò)無(wú)縫鋼管9并內(nèi)嵌固定在無(wú)縫鋼管9上，以兩塊圓形鋼板802為例，兩塊圓形鋼板802穿過(guò)同一根無(wú)縫鋼管9并內(nèi)嵌在無(wú)縫鋼管9上，如圖6至圖8所示，以此為一組二級(jí)高效混合元件801，二級(jí)高效混合元件801通過(guò)無(wú)縫鋼管9固定在煙道內(nèi)壁上，并使圓形鋼板802的迎風(fēng)面垂直于煙氣流向的軸向方向，二級(jí)高效混合裝置8由若干個(gè)二級(jí)高效混合元件801按照一定排序組合形成。

同理，二級(jí)高效混合裝置8的作用與一級(jí)高效混合裝置7的作用相似，在進(jìn)口煙道1與頂部煙道3相交的轉(zhuǎn)角處設(shè)置二級(jí)高效混合裝置8的緣由在于，氨氮、煙氣混合氣流在直角煙道彎頭處換向，分層嚴(yán)重，設(shè)置二級(jí)高效混合裝置8后，可以增加氨氮、煙氣的混合效果，起到事半功倍的作用。同時(shí)，氨氮、煙氣混合氣在直段內(nèi)本來(lái)只有沿程阻力，局部阻力很小，若另外增加混合裝置，局部阻力增加很大，而直角彎頭處本來(lái)就有局部阻力，加二級(jí)高效混合裝置8后，局部阻力會(huì)稍微增大或基本不變，從而在整體上使脫硝系統(tǒng)的整體阻力變化不大。

更進(jìn)一步地說(shuō)，在一級(jí)高效混合元件701中，每根無(wú)縫鋼管9的迎風(fēng)面上均固定有一根角鋼10，由于脫硝裝置一般布置于除塵器前，氣流含塵量較高，對(duì)無(wú)縫鋼管9具有很強(qiáng)的磨損能力，角鋼10的設(shè)置可以保護(hù)無(wú)縫鋼管9，增強(qiáng)無(wú)縫鋼管9的防磨性能。

更進(jìn)一步地說(shuō)，折疊形圓形鋼板702對(duì)半折疊形成具有120°角度的v形結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明中，120°的折角是最優(yōu)折角，若折角大于120°，由于煙氣含塵量較高，容易在折疊形圓形鋼板702的背風(fēng)面積灰，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)安全；若折角小于120°，則在折疊形圓形鋼板702的背風(fēng)面形成的低壓區(qū)域變小，其實(shí)現(xiàn)的卷吸效果變?nèi)?，進(jìn)而在提高氨煙氣混合質(zhì)量的效果上減弱。

更進(jìn)一步地說(shuō)，在二級(jí)高效混合裝置8中，每根無(wú)縫鋼管9的迎風(fēng)面上均固定有一根角鋼10，相應(yīng)地，角鋼10的設(shè)置是為了增強(qiáng)無(wú)縫鋼管9的防磨性能。

更進(jìn)一步地說(shuō)，在二級(jí)高效混合裝置8中，兩個(gè)二級(jí)高效混合元件801為一組，在該組內(nèi)，兩根無(wú)縫鋼管9之間設(shè)有條形鋼板803，條形鋼板803用于加固圓形鋼板802和改善流場(chǎng)條件，如圖7和圖8所示，兩根無(wú)縫鋼管9之間固定連接有兩根條形鋼板803，條形鋼板803的兩端固定在圓形鋼板802的背風(fēng)面上。

更進(jìn)一步地說(shuō)，折疊形圓形鋼板702和圓形鋼板802均優(yōu)先采用q345-b材質(zhì)的金屬材料，其厚度優(yōu)選為10mm，條形鋼板的厚度優(yōu)選為10mm，在一級(jí)高效混合裝置7中，折疊形圓形鋼板702的選擇規(guī)則按照n=l/w+1,d≈0.65-0.75w進(jìn)行參數(shù)選擇，其中，n代表折疊形圓形鋼板702的個(gè)數(shù)，d代表折疊形圓形鋼板702的直徑，進(jìn)一步地，在二級(jí)高效混合裝置8中，圓形鋼板802的選擇規(guī)則按照n=2n，d≈500-600mm進(jìn)行選擇，其中，n代表圓形鋼板802的個(gè)數(shù)，d代表圓形鋼板802的直徑。按照上述選擇規(guī)則得到的一級(jí)高效混合裝置7和二級(jí)高效混合裝置8結(jié)構(gòu)最優(yōu)，對(duì)氨煙氣混合質(zhì)量的提高效果最佳。

為了更好地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)效果，以下列舉出本發(fā)明的具體實(shí)施例：

工程概況：改造scr脫硝超低排放工程，改造2×600mw燃煤機(jī)組，入口nox濃度400mg/nm³，原設(shè)計(jì)效率80%，要求脫硝出口nox濃度≤50mg/nm³，氨逃逸量≤3ppm，so2/so3轉(zhuǎn)化率≤1.5%。

布置：雙反應(yīng)器，常規(guī)2+1布置，初裝兩層蜂窩催化劑，采用常規(guī)設(shè)計(jì)的方法，在噴氨格柵的上方設(shè)置常用的圓形渦流混合裝置。

投入運(yùn)行后，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題：初裝兩層催化劑，設(shè)計(jì)效率80%，性能達(dá)標(biāo)，空預(yù)器檢修周期控制在9個(gè)月左右，2014年底增加備用層催化劑提效，要求脫硝出口nox濃度≤50mg/nm³，投運(yùn)后，脫硝出口多處氨逃逸量超標(biāo)，運(yùn)行2個(gè)月后，空預(yù)器嚴(yán)重堵塞，測(cè)試表明，不同負(fù)荷條件下脫硝入口煙氣的氮氧化物極不均勻，相差較大。

采用本發(fā)明的方案進(jìn)行改造時(shí)，噴管數(shù)量和口徑不變，將原圓形渦流混合裝置更換為一級(jí)高效混合裝置，在進(jìn)口煙道與頂部煙道相交的轉(zhuǎn)角處設(shè)置二級(jí)高效混合裝置，并增加第三層催化劑，測(cè)試表明，并未出現(xiàn)上述改造后的問(wèn)題，氨逃逸量達(dá)標(biāo)，空預(yù)器未發(fā)生堵塞。經(jīng)研究得到，一級(jí)高效混合裝置提高了局部的湍流程度，進(jìn)而促進(jìn)了氨氣與煙氣混合，提高了對(duì)煙氣來(lái)流nox的調(diào)整能力，二級(jí)高效混合裝置實(shí)現(xiàn)了氨氣與煙氣中氮氧化物的二次混合，進(jìn)而進(jìn)一步增加了氨氮、煙氣的混合效果，在整體上，使改造后的scr脫硝超低排放工程達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。