專利名稱：循環(huán)流化床渦流式脫硝噴射器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電站鍋爐的煙氣濕法脫硝核心裝置，特別涉及一種循環(huán)流化床渦流式脫硝噴射器，可應用于循環(huán)流化床燃煤鍋爐，進行NOx控制處理。
背景技術：
鍋爐燃燒煤粉進行能量轉換的同時會向環(huán)境排放大量污染物，據統(tǒng)計大氣NOx排放中的67%來自燃煤，氮氧化物(NOx)的排放是導致酸雨、光化學煙霧等一系列嚴重污染問題的主要原因之一，因此對電廠燃煤鍋爐進行NOx控制處理非常有必要。煙氣脫硝技術于20世紀70年代中期在日本開始應用，80年代末歐盟國家也開始了煙氣脫硝技術的工業(yè)應用，美國90年代初開始應用煙氣脫硝技術，目前全世界燃煤電廠煙氣脫硝工藝的總裝機容量已經超過2GW,而在中國的裝機容量較小。近幾年高效率大容量發(fā)電機組增速較快，且大多采用了較為先進的低氮燃燒技術，使單位發(fā)電量的NOx排放水平呈下降趨勢；另外，在役機組的低氮燃燒技術改造和一部分新建電廠煙氣脫硝裝置的建成并投入運行，對降低NOx排放水平也起到一定作用，但從整個行業(yè)來說，我國對氮氧化物排放的控制尚處于起步階段，難以滿足環(huán)保要求，有很大的發(fā)展?jié)摿?。煙氣濕法脫硝技術是一種低成本、高效的NOx控制處理技術，其主要原理是在沒有催化劑作用下，向870 1150° C高溫煙氣中噴射尿素水溶液作為還原劑，還原劑與煙氣中NOx反應生成N2,從而完成NOx的控制。循環(huán)流化床鍋爐分離器入口溫度一般在87(T950°C之間，采用合適的濕法脫硝技術，可以將NOx排放濃度降低到IOOppm以下，滿足國家最新排放標準。通過煙氣濕法脫硝的原理可知，尿素水噴霧場及與煙氣的混合過程對脫硝效率有重要影響，而尿素水溶液的霧化粒徑分布、流強空間分布、霧化角度、噴射速度等是影響噴霧及混合的關鍵參數(shù)。同時由于循環(huán)流化床分離器入口煙氣流動空間狹窄、受熱面復雜，往往需要若干個渦流式脫硝噴射器進行組合噴射，固定角度及穿透深度的噴霧場組合難以覆蓋大部分的煙氣流動區(qū)域，解決的方法是實現(xiàn)噴霧場穿透深度和噴霧角度的靈活可調，提高尿素水噴霧場的覆蓋率。渦流式脫硝噴射器長期在循環(huán)流化床分離器入口工作，工作環(huán)境惡劣，其熱防護和長時間運行可靠性需要考慮。因此，噴嘴的霧化特性、槍體的結構設計、槍體的熱防護能力及長時間運行可靠性是渦流式脫硝噴射器設計的關鍵技術。為了提高脫硝效率，需要合理選擇噴嘴結構并匹配霧化參數(shù)，優(yōu)化槍體的結構設計，最終提高噴槍的性能和可靠性。從以上分析可以看出，煙氣濕法脫硝是非常有發(fā)展應用潛力的新技術，渦流式脫硝噴射器作為其核心組成產品也具有良好的應用前景。在環(huán)保要求日益提高的形勢下，該產品的發(fā)展和應用具有良好的經濟和社會效益。
發(fā)明內容為了提高脫硝效率，本實用新型提供一種循環(huán)流化床渦流式脫硝噴射器，在高溫(950°C)、高腐蝕、高磨損的煙氣環(huán)境中能夠長期穩(wěn)定運行進行，最終進行煙氣NOx控制處理。本實用新型的技術解決方案為:循環(huán)流化床渦流式脫硝噴射器，包括槍體組件和噴嘴組件，所述槍體組件包括管道組件和輸入組件，所述管道組件包括空氣管以及套接在空氣管上的尿素管，所述空氣管和尿素管之間形成尿素水環(huán)腔，所述輸入組件包括設置在空氣管一端的空氣接頭、與尿素水環(huán)腔連通的尿素水接頭以及換向頭，所述空氣管與尿素管的另一端均與換向頭的一端連接，所述換向頭的另一端與噴嘴組件相通，其特殊之處在于:所述噴嘴組件包括噴頭、渦流器以及與噴頭連接的混摻裝置，所述混摻裝置的出口端位于噴頭內且與噴頭形成混合室，所述混摻裝置包括位于中心的尿素水通道以及至少四個空氣通道，所述空氣通道與尿素水通道異面設置，多個空氣通道斜切同一圓周，所述渦流器設置在混合室和噴頭之間，所述混合室的入口端與尿素水通道和空氣通道相通，所述尿素水通道和尿素管相通，所述空氣通道和空氣管相通，所述混合室的出口端通過渦流器與噴頭連通。上述換向頭包括底座、同心設置在底座上的內導流套和外導流套，所述底座沿著底座延伸方向設置有換氣通道，垂直于底座延伸方向設置有換液通道，所述空氣管與換氣通道的入口連通，所述尿素水環(huán)腔與換液通道入口連通，所述換氣通道的出口通過外導流套與空氣通道連通，所述換液通道的出口通過內導流套與尿素水通道連通。上述槍體組件還包括調節(jié)組件，所述調節(jié)組件包括前堵板、后堵板、套在空氣管外的集合管，所述集合管的一端通過后堵板固定在空氣管上，所述集合管的另一端通過前堵板固定在尿素管上，所述集合管和空氣管之間的形成集合環(huán)腔，所述集合環(huán)腔與尿素水環(huán)腔連通，所述尿素水接頭設置在集合管上，所述尿素水接頭的出口與集合環(huán)腔連通。上述噴頭包括噴口以及導流角，所述導流角與噴口連通。上述噴口為扇形噴口，出口為橄欖型結構。噴頭有30。、60°和100°三種型式。上述槍體材料采用合金316L，所述調節(jié)組件、空氣接頭(9)和尿素水接頭(10)的材料均為不銹鋼321。上述噴嘴組件的外側面以及槍體組件的前端外表面噴涂有耐高溫耐磨保護涂層。本實用新型與現(xiàn)有技術相比的有益效果是:1、本實用新型的脫硝噴射器采用分離結構的復合霧化噴嘴，在氣動霧化的基礎上創(chuàng)造性的增加了渦流器輔助霧化方式，擴大霧化錐角，同時增加混合面積，實現(xiàn)了二次強化混合和噴霧場結構的可控制性，能有效的提高噴霧場與煙氣的混合及覆蓋程度，提高脫硝效率。2、本實用新型采用了渦流器，并與混合室合理匹配，實現(xiàn)擴大霧化錐角，同時增加煙氣混合面積的效果，克服本領域的技術偏見。本領域技術人員在面對擴大錐角、增加混合面積的技術問題時，由于渦流器自身的分離效果，必定不會選擇渦流器。3、本實用新型通過設計尿素水的自冷卻結構，一方面降低了槍體結構的復雜性，減小了槍體尺寸，另一方保證了槍體的可靠冷卻。[0023]4、本實用新型采用噴頭和混摻裝置分離的結構，僅僅通過更換噴頭和渦流器就能夠調整空心錐噴霧場的噴霧角度、液滴直徑空間分布和穿透深度，靈活適應各種分離器入口結構，具有很強的系統(tǒng)兼容性。5、本實用新型提供渦流式脫硝噴射器，能夠在950°C高溫環(huán)境下長期工作，極限工作溫度可以達到1250°C，大大增加了噴槍與高溫環(huán)境的相容性。6、本實用新型的渦流式脫硝噴射器，能夠在高溫、高腐蝕、高磨損的煙氣環(huán)境中長期穩(wěn)定運行。7、噴嘴組件的外側面以及槍體組件的前端外表面噴涂有耐高溫耐磨保護涂層，能夠有效預防循環(huán)流化床高塵煙氣的腐蝕和磨損。8、噴霧角度3(Tl00連續(xù)可調，噴霧場液滴SMD小于100 μ m。

圖1是本實用新型的渦流式脫硝噴射器結構示意圖；圖2是本實用新型的噴嘴組件的結構示意圖；圖3為本實用新型的換向頭的結構示意圖；圖4為圖3的A-A視圖；其中附圖標記為:1-后堵板，2-集合管,3-前堵板,4-空氣管,5-尿素管,6-換向頭，7-噴嘴，8-換向密封墊，9-空氣接頭，10-尿素水接頭，11-混摻裝置，12-密封墊，13-渦流器，14-噴頭，15-混合室，16-尿素水通道，17-空氣通道，18-集合環(huán)腔，45-尿素水環(huán)腔，61-底座，62-導流套，63-換氣通道，64-換液通道，65-內導流套，19-導流角。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細描述:圖1為本實用新型的渦流式脫硝噴射器結構圖，包括槍體組件和噴嘴組件，所述槍體組件包括管道組件和輸入組件，所述管道組件包括空氣管4以及套接在空氣管4上的尿素管5，空氣管4和尿素管5之間形成尿素水環(huán)腔45，輸入組件包括設置在空氣管4 一端的空氣接頭9、與尿素水環(huán)腔45連通的尿素水接頭10以及換向頭6，所述空氣管4與尿素管5的另一端均與換向頭6的一端連接，換向頭6的另一端與噴嘴組件相通，噴嘴組件7包括噴頭14、渦流器13以及與噴頭14連接的混摻裝置11，所述混摻裝置11的一端位于噴頭14內且與噴頭14形成混合室15，混摻裝置11包括位于中心的尿素水通道16以及至少四個空氣通道17，空氣通道17與尿素水通道16異面設置，多個空氣通道17斜切同一圓周，渦流器13設置在混合室15和噴頭14之間，混合室15的一端與尿素水通道16和空氣通道17相通，所述混合室15的另一端通過渦流器13與噴頭14連通。換向頭6包括底座61、同心設置在底座上的內導流套65和外導流套62，所述底座61沿著底座延伸方向設置有換氣通道63，垂直于底座延伸方向設置有換液通道64，所述空氣管與換氣通道的入口連通，所述尿素水環(huán)腔與換液通道入口連通，所述換氣通道的出口通過外導流套62與空氣通道連通，所述換液通道的出口通過內導流套65與尿素水通道連通。[0037]槍體組件還包括調節(jié)組件，所述調節(jié)組件包括后堵板1、集合管2和前堵板3，集合管的一端通過后堵板固定在空氣管上，所述集合管的另一端通過前堵板固定在尿素管上，所述集合管和空氣管之間的形成集合環(huán)腔18，集合環(huán)腔18與尿素水環(huán)腔45連通，所述尿素水接頭10設置在集合管2上，尿素水接頭10的出口與集合環(huán)腔18連通。噴嘴組件7采用內混式氣動旋流結構，噴頭和渦流器可以根據煙氣流場分布進行配置。渦流式脫硝噴射器工作時，尿素水溶液由尿素水接頭10供應到外側環(huán)腔，經換向頭換向后進入噴嘴混合室；壓縮空氣由空氣接頭9進入空氣腔，經換向頭后沿周向噴孔進入噴嘴混合室，尿素水溶液和霧化空氣在噴嘴7內碰撞混合，經噴頭噴出后形成滿足穿透深度和粒徑分布要求的噴霧場。如圖2所示，本實用新型的噴嘴為具有分離結構的復合霧化噴嘴，由前通道11、密封墊12、渦流器13和噴頭14組成。其中噴頭和前通道通過內螺紋結構連接，混合室出口位于噴頭內部，能夠通過更換噴頭和渦流器來調整單個噴嘴的穿透深度、空心錐噴霧場的角度和粒徑分布。采用本實用新型的渦流式脫硝噴射器成功應用于某發(fā)電廠兩臺300麗循環(huán)流化床燃煤機組，煙氣脫硝率超過65%，產品運行穩(wěn)定可靠。本實施方式的上述描述和附圖代表了本實用新型的優(yōu)選方案，具體實施可以根據分離器結構和設計參數(shù)在不偏離本實用新型權利要求所界定的范圍內進行槍體和噴嘴的改進和更換，因此，本實用新型是廣泛的。所提供的渦流式脫硝噴射器，包括槍體和噴嘴，噴頭結構可以根據分離器入口進行調整。噴嘴設計成內混式旋流霧化結構，出口設有導流角，采用空氣輔助霧化的方式減小霧化液滴直徑，采用旋流方式增強噴霧場與煙氣混合程度，以達到還原劑與煙氣充分混合并延長停留時間。槍體采用尿素水自冷卻結構，尿素水溶液從外側進入槍體，沿環(huán)腔流動，經槍頭換向后由噴嘴流出，通過合理設計環(huán)腔結構，一方面保證了槍體的可靠冷卻，另一方面保證了尿素水溫升對霧化效果的可控性。槍體前端外壁噴涂耐高溫耐磨涂層，能夠有效預防煙氣的腐蝕和磨損，延長產品使用壽命并提高可靠性。根據本實用新型的渦流式脫硝噴射器，所述噴嘴采用分離結構，其特征在于:噴頭和渦流器結構完全獨立，可以通過同步調整噴頭和渦流器，實現(xiàn)對氣液混合強度及噴霧場結構的控制；通過調整混合室出口能夠對噴嘴出口速度和穿透深度進行調整；通過調整噴口及其導流角，能夠靈活調整噴霧場的流強分布及空間分布。所述噴嘴在通過僅更換噴頭和渦流器的情況下能夠實現(xiàn)噴霧場穿透深度、流強分布和空間分布等霧化特性的調整，能夠有效滿足分離器入口噴霧場組合分布的需要。根據本實用新型的渦流式脫硝噴射器，所述噴嘴由前通道、密封墊、渦流器和噴頭組成，噴嘴主體為內混式結構，尿素水溶液由中心通道進入，空氣由4個周向呈90°夾角的噴孔旋轉進入。噴頭進口設有整流槽，空氣和尿素水溶液在混合室的撞擊點開始相互沖擊混合，發(fā)生強烈的能量交換和動量交換，形成均勻的泡狀兩相流，氣液混合流在渦流器槽形通道內受到限制而擠壓變形，最終經噴口擴展形成空心錐噴霧場結構，噴嘴的整流槽有利于氣液混合流的進一步膨脹和噴霧場的擴展。根據噴霧流強分布的不同要求，噴頭和渦流器結構可以靈活調整，以滿足循環(huán)流化床煙氣脫硝工藝要求。[0046]根據本實用新型的渦流式脫硝噴射器，尿素水流量0.10 0.40t/h，其在槍體外側環(huán)腔內的流動具有自冷卻效果，槍體能夠在950°C環(huán)境中長期可靠穩(wěn)定運行。所使用的噴嘴在入口氣、液路壓力0.4 0.6Mpa，尿素水溶液流量70.0g/s，氣液比2.0% 2.5%時，噴霧場穿透深度超過4.0m,平均索太爾直徑小于100 μ m。本實用新型采取的技術原理:渦流式脫硝噴射器采用尿素水自冷卻結構，有效保證槍體在高溫環(huán)境下的冷卻效果；噴嘴采用了具有分離結構的復合霧化噴嘴，在滿足霧化要求的同時，實現(xiàn)了穿透深度和噴霧場結構的可控制性；選擇合適的材料，在槍體表面噴涂耐高溫耐磨涂層,提高了產品的耐蝕性和耐磨性。
權利要求1.循環(huán)流化床渦流式脫硝噴射器，包括槍體組件和噴嘴組件， 所述槍體組件包括管道組件和輸入組件， 所述管道組件包括空氣管(4)以及套接在空氣管(4)上的尿素管(5)，所述空氣管(4)和尿素管(5 )之間形成尿素水環(huán)腔(45 )， 所述輸入組件包括設置在空氣管(4) 一端的空氣接頭(9)、與尿素水環(huán)腔(45)連通的尿素水接頭(10)以及換向頭￠)，所述空氣管(4)與尿素管(5)的另一端均與換向頭(6)的一端連接，所述換向頭出)的另一端與噴嘴組件相通， 其特征在于: 所述噴嘴組件(7)包括噴頭(14)、渦流器(13)以及與噴頭(14)連接的混摻裝置(11)，所述混摻裝置(11)的出口端位于噴頭(14)內且與噴頭(14)形成混合室(15)，所述混摻裝置(11)包括位于中心的尿素水通道(16)以及至少四個空氣通道(17)，所述空氣通道(17)與尿素水通道(16)異面設置，多個空氣通道(17)斜切同一圓周，所述渦流器(13)設置在混合室(15)和噴頭(14)之間，所述混合室(15)的入口端與尿素水通道(16)和空氣通道(17)相通，所述尿素水通道(16)和尿素管(5)相通，所述空氣通道(17)和空氣管(4)相通，所述混合室(15)的出口端通過渦流器(13)與噴頭(14)連通。
2.根據權利要求1所述的循環(huán)流化床渦流式脫硝噴射器，其特征在于:所述換向頭(6)包括底座(61)、同心設置在底座 上的內導流套(65)和外導流套(62)，所述底座(61)沿著底座延伸方向設置有換氣通道(63)，垂直于底座延伸方向設置有換液通道(64)，所述空氣管與換氣通道的入口連通，所述尿素水環(huán)腔與換液通道入口連通，所述換氣通道的出口通過外導流套(62)與空氣通道連通，所述換液通道的出口通過內導流套(65)與尿素水通道連通。
3.根據權利要求1或2所述的循環(huán)流化床渦流式脫硝噴射器，其特征在于:所述槍體組件還包括調節(jié)組件，所述調節(jié)組件包括前堵板(3)、后堵板(I)、套在空氣管外的集合管(2)，所述集合管的一端通過后堵板固定在空氣管上，所述集合管的另一端通過前堵板固定在尿素管上，所述集合管和空氣管之間的形成集合環(huán)腔(18)，所述集合環(huán)腔(18)與尿素水環(huán)腔(45)連通，所述尿素水接頭(10)設置在集合管(2)上，所述尿素水接頭(10)的出口與集合環(huán)腔(18)連通。
4.根據權利要求3所述的循環(huán)流化床渦流式脫硝噴射器，其特征在于:所述噴頭包括噴口以及導流角(19)，所述導流角(19)與噴口連通。
5.根據權利要求4所述的循環(huán)流化床渦流式脫硝噴射器，其特征在于:所述噴口為扇形噴口，出口為橄欖型結構。
6.根據權利要求5所述的循環(huán)流化床渦流式脫硝噴射器，其特征在于:噴頭有30°、60。和100。三種型式。
7.根據權利要求6所述的循環(huán)流化床渦流式脫硝噴射器，其特征在于:所述槍體材料采用合金316L，所述調節(jié)組件、空氣接頭(9)和尿素水接頭(10)的材料均為不銹鋼321。
8.根據權利要求7所述的循環(huán)流化床渦流式脫硝噴射器，其特征在于:所述噴嘴組件的外側面以及槍體組件的前端外表面噴涂有耐高溫耐磨保護涂層。
專利摘要本實用新型涉及一種循環(huán)流化床渦流式脫硝噴射器，包括槍體組件和噴嘴組件，噴嘴組件包括噴頭、渦流器以及與噴頭連接的混摻裝置，混摻裝置的出口端位于噴頭內且與噴頭形成混合室，混摻裝置包括位于中心的尿素水通道以及至少四個空氣通道，空氣通道與尿素水通道異面設置，多個空氣通道斜切同一圓周。本實用新型的脫硝噴射器采用分離結構的復合霧化噴嘴，在氣動霧化的基礎上創(chuàng)造性的增加了渦流器輔助霧化方式，擴大霧化錐角，同時增加混合面積，實現(xiàn)了二次強化混合和噴霧場結構的可控制性，能有效的提高噴霧場與煙氣的混合及覆蓋程度，提高脫硝效率。
文檔編號B01D53/56GK202983501SQ201220673449
公開日2013年6月12日 申請日期2012年12月8日 優(yōu)先權日2012年12月8日
發(fā)明者池保華, 楊國華, 仲偉聰, 孫瑞元, 洪流, 李元啟 申請人:中國航天科技集團公司第六研究院第十一研究所