设置于气体通道中的气体混合器及其组成的气体混合装置

摘要

本发明公开一种设置于气体通道中的气体混合器，包括供气管、中心喷嘴和导流叶片；所述供气管连接并输送气体至中心喷嘴；所述中心喷嘴形状为沿着喷射方向逐渐外扩的筒形；所述导流叶片设置于中心喷嘴外壁接近中心喷嘴口处，引导气体通道中的气流以中心喷嘴为轴旋转流动。本发明中中心喷嘴和导流叶片的特殊结构，使烟气和还原气体形成同向的旋流，由于两者螺旋上升，具有相互卷吸的作用，一方面能够提高还原剂的混合强度，提高脱硝效率和减少氨逃逸率，另一方面能够延长还原剂的停留时间。此外，由于中心喷嘴与混合器集合成为一个部件，使组件布置的深度减小，进一步延长了烟气和还原剂的混合距离。

说明书

技术领域

本发明涉及一种设置于气体通道中的气体混合器及其组成的气体混合装置， 属于气体混合器技术领域。

背景技术

选择性催化还原法(Selective Catalytic Reduction)是目前工业上最重要 的脱硝技术。它广泛地应用于船舶、机动车、火力发电厂等领域，发动机或锅炉 的燃烧产生氮氧化物NOx，这些气体排放到大气中，会带来酸雨、光化学烟雾、 臭氧层耗损等危害，影响人类的生活。SCR技术是在催化剂的作用下，反应物吸 附在催化剂上，生成对人类无害的N₂和H₂0，由于催化剂的存在，脱硝效率能够 达到很高的水平。

近年来大气污染物排放标准日愈严格，在火力发电厂方面，国内要求对未安 装脱硝设备的现役机组进行改造工作，即在省煤器和空气预热器之间加装SCR 系统。由于改造空间和场地的限制，改造会造成烟气和还原剂混合距离不够，使 得催化剂上层NH₃/NOx分布不均匀。催化剂上层的浓度场是考核SCR烟道设计的 重要指标，若浓度场均匀性没有达到标准，在NH₃/NOx过高的地方，氨的逃逸率 会升高，严重时可能造成空气预热器或其后设备的堵塞。在NH3/NOx过低的地方， 脱硝效率得不到保证。特别在燃烧偏斜、锅炉低负荷运行等脱硝效率不高的工况 下，还原剂和烟气高效混合的意义愈发突出。

在SCR系统中，静态混合器对氨氮混合有着最直接的影响。在湍流流场内， 混合器利用自身特殊的结构，使原烟气产生偏转或形成涡流、旋流等扰动提高混 合强度，以减小混合距离。而伴随着高效的混合，系统压降也会升高，导致引风 机电耗上升，因此设计高效的混合器，合理地平衡经济性和环保性问题是目前重 要的课题。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种利用混合器叶片和渐扩式喷嘴形成的 嵌合式双旋流间的卷吸作用强化混合效果的静态气体混合器。

技术方案：本发明一种设置于气体通道中的气体混合器，包括供气管、中心 喷嘴和导流叶片；供气管连接并输送气体至中心喷嘴；中心喷嘴形状为沿着喷射 方向逐渐外扩的筒形如图1所示，这样气体从中心喷嘴喷出后扩展到更大的范 围；导流叶片设置于中心喷嘴外壁接近中心喷嘴口处，引导气体通道中的气流以 中心喷嘴为轴旋转流动，使得气体通道中的气流经过导流叶片后，旋转前进，与 中心喷嘴中喷出的外扩的气体旋转混合带动中心喷嘴中外扩喷出的气体一通旋 转两种气体充分混合，并且当应用于本气体混合器的一个典型用途SCR中作为静 态气体混合器时，将烟气包裹着中心喷嘴中喷出的氨气时，两者混合充分有效地 提高了脱硝效率，并且由于使得氨气被烟气旋转包裹前进，减少了氨逃逸率如图 2中虚线表示的中心喷嘴中喷出和气体和烟气的典型流线所示。

进一步地，优选中心喷嘴形状为沿着喷射方向截面逐渐扩大的的圆筒形，优 选导流叶片焊接于中心喷嘴外壁上接近中心喷嘴口处。

优选导流叶片数量为四片。

进一步地，导流叶片以中心喷嘴为旋转对称中心90度旋转对称设置。

进一步地，导流叶片的边缘为流线型。

进一步的，供气管截面为矩形，中心喷嘴气体入口处截面为圆形，供气管焊 接于中心喷嘴的气体入口处，且该矩形与中心喷嘴入口相切。

进一步地，导流叶片为金属制导流叶片。

进一步地，所述气体通道为烟道，所述供气管垂直于烟道的前墙布置。

本发明的设置于烟道中的气体混合器组成的气体混合装置，由若干个本发明 的气体混合器组成，还包括调节阀，气体混合装置还包括供气母管，调节阀设置 于各气体混合器的供气管上，各气体混合器的供气管连通至供气母管，这样设置， 便于满足大范围气体混合的需要。此外，通过调节阀控制各个单个气体混合器中 的中心喷嘴气体流量，可以根据喷氨截面前烟气的速度场调节各喷氨管的开度， 烟气速度大的位置，NOx质量流率大，相应要喷射更多的氨气。这样，使得整 体的脱硝更好。

进一步地，优选若干个气体混合器在烟道截面上呈行列排布。

当本装置作为选择性催化还原法中脱硝应用时，该装置把氨喷射元件中心喷 嘴和静态混合器集成为一个模型。

进一步的，各个导流叶片形状和导流叶片间的夹角相同，且均与来流烟气成 相同的角度，这样设置可以使得穿过导流叶片的气流形成均匀地围绕着中心喷嘴 旋转前进。

所述的供气支管内截面制成矩形，焊接在渐扩型圆筒喷嘴下方，矩形截面和 喷嘴相切，混合器叶片由耐磨耐腐的金属片制成，叶片的四个角制成流线型。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：本发明中中心喷嘴和导流叶片的特 殊结构，使烟气和还原气体形成同向的旋流，由于两者螺旋上升，具有相互卷吸 的作用，一方面能够提高还原剂的混合强度，提高脱硝效率和减少氨逃逸率，另 一方面能够延长还原剂的停留时间。此外，由于中心喷嘴与混合器集合成为一个 部件，使组件布置的深度减小，进一步延长了烟气和还原剂的混合距离。

附图说明

图1为本发明中一种设置于气体通道中的气体混合器的主视图示意图；

图2为本发明中一种设置于气体通道中的气体混合器的俯视图示意图；

图3为本发明中若干设置于气体通道中的气体混合器组成的气体混合装置 示意图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述 实施例。

实施例1：

本发明的实施例为针对现有火力发电厂机组利用选择性催化还原法脱硝的 的氨气与发电厂废气经过该气体混合器对气体均匀混合的作用。但本发明的气体 混合器及其组成的气体混合装置的运用场合并不仅限于此，可应用于本领域普通 技术人员能够想到的能够适用的需要气体混合的场合。

如图1、图2所示，本实施例的设置于气体通道中的气体混合器，其特征在于， 包括供气管2、中心喷嘴6和导流叶片4；所述供气管2连接并输送气体至中心喷嘴 6；所述中心喷嘴6形状为沿着喷射方向逐渐外扩的筒形；所述导流叶片4设置于 中心喷嘴6外壁接近中心喷嘴6口处，引导气体通道中的气流以中心喷嘴为轴旋转 流动。氨气从喷口喷出后即行与刚形成的旋转气流相混合，节约了空间，有效地 解决了电厂现有机组SCR改造空间不足的问题。氨气输入气流1位置如图1所示。

本实施例中，具体设置中心喷嘴6形状为沿着喷射方向截面逐渐扩大的的圆 筒形；导流叶片4焊接于中心喷嘴外壁上接近中心喷嘴6口处。

设置导流叶片4数量为四片，导流叶片4以中心喷嘴6为旋转对称中心90 度旋转对称设置，导流叶片4的边缘为流线型。供气管2截面为矩形，中心喷嘴 6气体入口处截面为圆形，供气管2焊接于中心喷嘴6的气体入口处，且该矩形 与中心喷嘴入口相切。导流叶片4由金属制成。

本实施例应用于火力发现场的脱硝处理中，前述的气体通道即为烟道，供气 管2垂直于烟道的前墙布置。

本发明把氨喷射元件和静态混合器4集成为一个气体混合器，氨喷射元件包 括供气管2和中心喷嘴6。供气管2垂直于烟道的前墙布置，一端穿出烟道连接 供气母管43，另一端连接中心喷嘴6。中心喷嘴6设计为渐扩型圆筒结构，中心 喷嘴底面5直径小于顶面，在中心喷嘴外壁靠近喷口的位置，焊接有四片导流叶 片4如图1、2所示，导流叶片形状和导流叶片间夹角相同，对称设置，且均与 来流烟气成相同的角度，这样便于形成均匀旋转前进的烟气气流。

供气支管2内截面制成矩形，焊接在渐扩型圆筒喷嘴下方，矩形截面和喷嘴 相切，导流叶片4由耐磨耐腐的金属片制成，导流叶片4的四个角制成流线型。 本发明的嵌合式双旋流SCR静态混合器实际工作时情况如下：

在SCR反应器中填装板式催化剂，催化剂分为三层，第一层为预留层，后两 层填装催化剂，每层催化剂由若干催化剂模块组成，每个催化剂模块又可分为若 干催化剂小块，催化剂小块是由叠放的催化剂板组成。工程上若要提高脱销效率 和减小氨逃逸率，必须保证每个催化剂模块上层的氨氮比近似相同，在更加严格 的情况下，必须保证每个催化剂小块上层、甚至每个催化剂内孔通道上层的氨氮 比近似相同。由于现役机组改造空间有限，使得喷氨截面到首层催化剂上层的间 混合距离不足，在有限的混合距离里，若要保证上述氨氮混合均匀的要求，高效 的静态混合器是有效的诉诸手段。本发明的设置于气体通道中的气体混合器在预 混合烟道41中沿截面布置，根据具体情况设计中心喷嘴6数、中心喷嘴6上下 截面积，由于中心喷嘴6和静态混合器集成为一个模块，静态混合器个数等于中 心喷嘴6个数，且每个模块把烟道截面分成若干区域，根据每个区域的大小设计 混合器导流叶片4的数量和尺寸，保证烟气产生的旋流不仅能包裹住还原剂产生 的旋流，并且能充满每个区域。烟气旋流3和氨气旋流7如图2所示，烟气流经 导流叶片4时，由于导流叶片的偏转作用，使烟气流产生烟气旋流3。而氨气通 过供气管2送入中心喷嘴底部，氨气流沿着圆形的中心喷嘴内壁流动，形成氨气 旋流7，由于中心喷嘴6是渐扩型圆筒，顶部截面积大于底部截面积，故还原剂 气流上升到喷嘴出口时，形成直径逐渐变大的氨气旋流7。烟气旋流3在外,氨 气气流7在内，两者同向，且氨气旋流7有向烟气旋流3扩张的趋势，两者相互 卷吸，在旋流的作用下均匀地分布在单个混合器的控制区域内。此外，由于喷嘴 与混合器集合靠近设置，使组件布置的深度减小，进一步延长了烟气和还原剂的 混合距离。

实施例2：

实施例1中的若干气体通道中的气体混合器组成的气体混合装置，气体混合 器还包括调节阀43，气体混合装置还包括供气母管43，调节阀设置于各气体混 合器的供气管2上，各气体混合器的供气管2连通至供气母管43。

若干个气体混合器在气体通道截面上呈行列排布。如图3所示，烟道41被 混合器分为了若干个区（本实施例为十八个，如图3所示），每个区的中心喷嘴 6由对应的供气管2供入还原剂，供气管2内还原剂流量由调节阀43调节，供 气管2内还原剂来自供气母管42。采用该混合器是利用了中心喷嘴6和导流叶 片4的特殊结构，使烟气和还原气体形成同向的旋流，烟气产生的烟气旋流3 和还原剂产生的氨气旋流7两者螺旋上升，具有相互卷吸的作用，一方面能够提 高还原剂的混合强度，提高脱硝效率和减少氨逃逸率，另一方面能够延长还原剂 的停留时间，有效地解决了电厂现有机组SCR改造空间不足的问题。此外，由于 喷嘴与混合器集合成为一个模型，使组件布置的深度减小，进一步延长了烟气和 还原剂的混合距离。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得 解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围 前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。