SCR反应器及氮氧化物脱除系统

摘要

本发明提供了一种SCR反应器及氮氧化物脱除系统，涉及氮氧化物脱除技术领域，本发明提供的SCR反应器包括反应器和整流格栅，反应器由上至下依次形成入口烟道、催化烟道和出口烟道，入口烟道内设有第一导流组件，整流格栅的顶面在整流格栅内倾斜设置，且靠近反应器入烟口的一侧位于入口烟道的底面，远离反应器入烟口的一侧低于入口烟道的底面。本发明提供的SCR反应器有效避免了整流格栅靠近反应器入烟口的一侧高度过低而导致进入该侧整流格栅的烟气发生偏斜，甚至形成回流区，实现烟气在反应器内的均匀分布。

说明书

技术领域

本发明涉及氮氧化物脱除技术领域，尤其是涉及一种SCR反应器及氮氧化物脱除系统。

背景技术

选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction，SCR)作为最高效的氮氧化物脱除技术，广泛应用于火电、钢铁等行业。该系统最核心的因素是催化剂，因此为了保证催化剂的高效安全稳定运行，需对SCR系统进行流场优化，以实现烟气充分混合后均匀进入催化剂。

如图1和图2所示，图1为现有技术中整流格栅低位布置时反应器内烟气流线图；图2为现有技术中整流格栅低位布置时反应器内烟气静压分布云图。该反应器整流格栅采用低位布置，即整流格栅的上表面低于反应器入口烟道底面。烟道外轮廓、内部导流板及整流格栅均按实际尺寸以1：1比例建立，采用多孔介质模型代替催化剂层。

如图2所示，靠近反应器1前墙存在低压区，在静压差作用下，烟气向前倾斜，甚至形成回流区。除了造成不必要的压力损失外，还会引起积灰、催化剂磨损等问题。该结构下催化剂入口流速相对标准偏差为30.5％。

上述反应器具有以下缺点：

1.积灰严重：

如图2所示，整流格栅2低位布置的反应器内靠近前墙区域烟气流速骤降，飞灰极易沉积，如灰粘性较大或烟气中伴有大颗粒灰团，则容易导致该区域对应的催化剂前滤网网眼堵塞，堵塞加剧后会形成山峰状灰包，严重者高度可超过一米。

2.磨损严重：

催化剂堵塞和磨损之间存在一定因果关系。当部分催化剂通道堵塞且总烟气量不变时，必然造成其余催化剂通道内流速增加，通常认为当通道内烟气流速超过5.5m/s时，磨损会加速。理论上讲，飞灰的浓度、动能越高，与催化剂的碰撞频率越高，催化剂的磨损速度越高。磨损速度可以表示为：

T∝ημω

T－磨损量，g/m3；

η－飞灰撞击受热面的撞击率；

μ－飞灰浓度，g/m3；

ω－烟气流速，m/s；

τ－作用时间。

催化剂的磨损除了和飞灰的速度有关外，还和来流烟气与催化剂的夹角有关。

大量飞灰撞击到催化剂表面的作用力可分为法向分力和切向分力，法向分力使催化剂分子内能增加，导致催化剂表面产生细微裂纹；切向分力对切削作用，其中后者是磨损的主要作用因素。

根据脱硝系统的设计规程，进入首层催化剂前的烟气流线与垂直方向夹角不超过10°，以减少切向削力。而图1中进入催化剂层的流线平均倾斜角度达到了34°。在高烟气流速和倾斜冲刷双重作用下，原催化剂单体大面积磨穿进而发生垮塌。

综上所述，用整流格栅低位布置的反应器，因结构特点通常会导致飞灰大面积堆积和催化剂磨损严重等现象发生，这意味着实际参与脱硝反应的催化剂量可能就会达不到设计值要求。但是为了保证烟囱出口排放值不超标，许多电厂只能通过加大喷氨量来降低氮氧化物浓度，除了浪费还原剂，还会造成空预器堵塞，电袋挂灰糊袋等问题，增加机组运行成本。

因此，如何提供一种有效提高烟气均匀性的SCR反应器及氮氧化物脱除系统是本领域技术人员需解决的技术问题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种SCR反应器及氮氧化物脱除系统，能够实现烟气在SCR反应器内的均匀分布。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种SCR反应器，包括反应器和整流格栅，所述反应器由上至下依次形成入口烟道、催化烟道和出口烟道，所述入口烟道内设有第一导流组件，所述整流格栅的顶面在所述整流格栅内倾斜设置，且靠近所述反应器入烟口的一侧位于所述入口烟道的底面，远离所述反应器入烟口的一侧低于所述入口烟道的底面。

进一步地，所述整流格栅的顶面与水平面之间的夹角为3°－10°。

进一步地，所述整流格栅的顶面与水平面之间的夹角为5°。

进一步地，所述第一导流组件具有多个导流通道，多个所述导流通道在所述第一导流组件的进气面上均匀分布。

进一步地，沿着烟气的流动方向，所述导流通道斜向下延伸，且所述导流通道的延伸方向与水平面之间的夹角为25°－45°。

进一步地，所述出口烟道内设有第二导流组件，所述第二导流组件用于将所述出口烟道内的烟气均匀导出所述出口烟道的出烟口。

进一步地，所述第二导流组件包括均安装于所述出口烟道内的第一导流板和第二导流板，所述第一导流板和所述第二导流板上下分布。

进一步地，所述出口烟道具有弯折段，所述弯折段位于所述出口烟道的进烟口与出烟口之间，所述第一导流板位于所述弯折段，所述第二导流板位于所述出口烟道的出烟口处。

进一步地，所述催化烟道内由上至下依次设置有第一催化剂层、第二催化剂层和第三催化剂层。

第二方面，本发明还提供一种氮氧化物脱除系统，包括上述方案所述的SCR反应器。

本发明提供的SCR反应器及氮氧化物脱除系统能产生如下有益效果：

在使用上述SCR反应器时，烟气自反应器的入烟口进入入口烟道，通过第一导流组件实现一次转向，随后经过整流格栅实现二次转向，将烟气均匀导向至催化烟道，并自出口烟道排出。

相对于现有技术来说，本发明第一方面提供的SCR反应器中，将整流格栅顶面靠近反应器入烟口的一侧抬高，该侧位于入口烟道底面，远离反应器入烟口的一侧低于入口烟道底面，令入口烟道内原本易形成低压区的烟气能够在入口烟道底面快速进入整流格栅，不需要在入口烟道与催化烟道之间发生较大的转向，有效避免整流格栅靠近反应器入烟口的一侧高度过低而导致进入该侧整流格栅的烟气发生偏斜，甚至形成回流区。

本发明第二方面提供的氮氧化物脱除系统有本发明第一方面提供的SCR反应器，从而具有本发明第一方面提供的SCR反应器所具有的一切有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中整流格栅低位布置时反应器内烟气流线图；

图2为现有技术中整流格栅低位布置时反应器内烟气静压分布云图；

图3为本发明实施例提供的SCR反应器内烟气流线图；

图4为本发明实施例提供的SCR反应器内烟气静压分布云图。

图标：1－反应器；11－入口烟道；12－催化烟道；13－出口烟道；2－整流格栅；3－第一导流组件；4－第二导流组件；41－第一导流板；42－第二导流板；5－第一催化剂层；6－第二催化剂层；7－第三催化剂层。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图1为现有技术中整流格栅低位布置时反应器内烟气流线图；图2为现有技术中整流格栅低位布置时反应器内烟气静压分布云图；图3为本发明实施例提供的SCR反应器内烟气流线图；图4为本发明实施例提供的SCR反应器内烟气静压分布云图。

本发明第一方面的实施例在于提供一种SCR反应器，如图3和图4所示，包括反应器1和整流格栅2，反应器1由上至下依次形成入口烟道11、催化烟道12和出口烟道13，入口烟道11内设有第一导流组件3，整流格栅2的顶面在整流格栅2内倾斜设置，且靠近反应器1入烟口的一侧位于入口烟道11的底面，远离反应器1入烟口的一侧低于入口烟道11的底面。

如图3所示，在使用上述SCR反应器时，烟气自反应器的入烟口进入入口烟道11，通过第一导流组件3实现一次转向，随后经过整流格栅2实现二次转向，将烟气均匀导向至催化烟道12，并自出口烟道13排出。

如图1和图2所示，现有技术中靠近反应器1前墙会存在低压区，在静压差作用下，烟气向前倾斜，进入首层催化剂前的烟气流线与垂直方向夹角较大，而本发明第一方面提供的SCR反应器中，如图4所示，将整流格栅顶面靠近反应器入烟口的一侧抬高，该侧位于入口烟道底面，远离反应器入烟口的一侧低于入口烟道底面，令入口烟道内原本易形成低压区的烟气能够在入口烟道底面快速进入整流格栅，保证气压的稳定，不需要在入口烟道与催化烟道之间发生较大的转向，有效避免整流格栅靠近反应器入烟口的一侧高度过低而导致进入该侧整流格栅的烟气发生偏斜，甚至形成回流区，实现烟气在SCR反应器内的均匀分布。

在一些实施例中，如图4所示，整流格栅2的顶面与水平面之间的夹角为3°－10°。

如整流格栅2的顶面与水平面之间的夹角过小，其导流效果不佳，仍然容易存在烟气分布不均的现象，如夹角过大，容易导致气流反向偏斜。

具体地，整流格栅2的顶面与水平面之间的夹角为3°、5°、8°或10°。

在至少一个实施例中，整流格栅2的顶面与水平面之间的夹角为5°，可令烟气在反应器1内的分布更加均匀，有效减缓催化剂前滤网网眼堵塞以及催化剂磨损严重等问题。

在一些实施例中，第一导流组件3具有多个导流通道，多个导流通道在第一导流组件3的进气面上均匀分布。

在烟气进入入口烟道11后，可穿过多个导流通道进入整流格栅2，多个导流通道对入口烟道11内烟气起到了一个导向的作用，并且由于多个导流通道在第一导流组件3的进气面上均匀分布，会使得各个通道内气流的局部阻力和延程阻力一致，避免气流流向发生大幅度偏斜。

在一些实施例中，如图4所示，沿着烟气的流动方向，导流通道斜向下延伸，且导流通道的延伸方向与水平面之间的夹角为25°－45°。

导流通道的延伸方向与水平面之间的夹角为25°－45°能够有效、稳定的对气流流向进行引导，避免由于倾角过大而导致气流转向角度过大，从而出现气流不稳的现象，也避免由于倾角过小而使得气流无法均匀的进入整流格栅2。

具体地，导流通道的延伸方向与水平面之间的夹角为25°、30°、35°、40°或45°。

在一些实施例中，如图3所示，为了保证反应器1出风更加稳定，出口烟道13内设有第二导流组件4，第二导流组件4用于将出口烟道13内的烟气均匀导出出口烟道13的出烟口。

如图3所示，第二导流组件4包括均安装于出口烟道13内的第一导流板41和第二导流板42，第一导流板41和第二导流板42上下分布。设置有两个导流板能够增加导流路径长度，保证烟气在出口烟道13内均匀的流动。

具体地，如图3所示，出口烟道13具有弯折段，弯折段位于出口烟道13的进烟口与出烟口之间，第一导流板41位于弯折段，第二导流板42位于出口烟道13的出烟口处。

由于在弯折段处，烟气的流向发生变化，第一导流板41能够起到导流的作用，保证烟气流畅的经过弯折段，不会发生剧烈的扰动，第二导流板42位于出口烟道13的出烟口处并配合第一导流板41使用，能够保证出烟口排出的烟气均匀、稳定。

其中，第一导流板41具有多个导流孔，导流孔的延伸方向与弯折段的弯折方向相同。

在一些实施例中，如图3所示，催化烟道12内由上至下依次设置有第一催化剂层5、第二催化剂层6和第三催化剂层7。

烟气逐层通过第一催化剂层5、第二催化剂层6和第三催化剂层7，各层催化剂与烟气发生反应，可有效脱除烟气中的氮氧化物。

本发明第二方面的实施例在于提供一种氮氧化物脱除系统，本发明第二方面的实施例提供的氮氧化物脱除系统包括上述SCR反应器。

本发明第二方面的实施例提供的氮氧化物脱除系统有本发明第一方面提供的SCR反应器，从而具有本发明第一方面提供的SCR反应器所具有的一切有益效果。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。