[发明专利]烟气脱硝涡流混合器及涡流混合方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种烟气脱硝工艺中将两种或多种气体混合均匀的装置，以及应用该装置的涡流混合方法。

背景技术

大气中氮氧化物的主要来源是燃料，其中近70％来自于煤炭的直接燃烧。我国是以煤炭为主要能源的国家，火电厂燃煤量又占到我国煤炭消费总量的一半以上。据统计，2000年我国NOx的排放总量约为1880万吨，其中，火力发电厂氮氧化物排放量为496万吨。按照目前的排放水平测算，预计到2020年，我国火电排放的氮氧化物将达到1000万吨以上。NOx浓度的升高，将使大气氧化性增加，导致酸雨、臭氧层破坏、光化学烟雾等一系列的城市和区域环境问题，对人体健康和生态环境构成巨大的威胁。因此，燃煤电站烟气脱硝是我国控制NOx排放的重中之重。

选择性催化还原(SCR)技术是目前工业上应用最为广泛的一种脱硝技术，原理是以NH₃为还原剂，选择催化还原烟气中的NOx还原为无害的N₂和H₂O，以脱除NOx，满足日趋严格的环保要求。其主要反应如下：

4NH₃+4NO+O₂→4N₂+6H₂O    (1)

8NH₃+6NO→7N₂+12H₂O      (2)

SCR技术的关键是反应器内反应物NH₃与污染物NOx混合均匀，否则，NH₃与NOx在烟气中的混合不均会造成SCR系统性能降低。氨在某些区域过量，会导致过剩的氨逃逸出反应器，造成新的环境污染，同时导致脱硝效果变差；某些区域的氨量不足，则导致NOx并未被还原的结果。

传统的格栅式氨混合器，其工作原理是：喷氨格栅安装于通向SCR反应器的烟道内部，由若干个垂直布置的还原剂喷管和水平布置的还原剂喷管组成，管上设有一定数量喷嘴。每路还原剂喷管都设有调节装置，让喷入的氨的分布和烟气中NOx的分布尽量的匹配，使得氨氮摩尔比的分布尽量均匀。

然而经过长期运行发现，由于格栅式混合器占据烟道面积非常大，因此阻力较大，系统的压力损失较大。同时，喷嘴堵塞现象时有发生，造成氨混合不均匀，进而严重影响脱硝效率，而且系统调节非常复杂，经常发生故障。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种烟气脱硝涡流混合器及涡流混合方法，提高了烟气脱硝混合效果和脱硝效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种烟气脱硝涡流混合器，包括置于烟道内的混合元件和插入烟道内的还原剂喷管，其特征在于：上述混合元件斜置于烟道内，由支撑梁与烟道内壁固定连接，混合元件的背流面为平面，该背流面与烟气流动方向的夹角为10°～90°，且正对还原剂喷管的喷口，但不与还原剂喷管的喷口相接触，混合元件的向流面朝向流体的流动方向。

上述混合元件可为片状混合元件或锥状混合元件。

上述片状混合元件的平面可以是与烟道横截面形状适应的圆形、椭圆形或多边形。

上述锥状混合元件可以是正圆锥形、斜圆锥形、椭圆锥形、等边棱锥形或不等边棱锥形，其锥体底面为背流面，锥体尖部朝向烟气的流动方向。

上述混合元件的背流面可固定有放射状分布的分隔板。

上述混合元件为耐高温的金属或非金属材料。

上述混合元件的大小不超过烟道横截面大小的80％。

上述支撑梁的一端与混合元件中心固定或穿过混合元件中心与烟道内壁固定，支撑梁的另一端与烟道另一侧内壁固定。

一种应用上述烟气脱硝涡流混合器的涡流混合方法，其特征在于：将烟气脱硝涡流混合器的混合元件斜置于与SCR反应器顶部连通的烟道内，将还原剂喷管从烟道壁插入烟道内，使混合元件的向流面朝向烟气的流动方向，使混合元件的背流面正对还原剂喷管的喷口，且不相接触，使还原剂氨从还原剂喷管的喷口喷射到混合元件背流面，还原剂氨从混合元件中心，均匀分布到整个背流面，并扩散至混合元件边缘，在混合元件的向流面，烟气进入烟道后，受混合元件向流面的阻挡发生扰动，在混合元件的边缘形成涡流，在斜置的混合元件两端形成压差，引起两侧涡流的不平衡，在形成的涡流中，使催化剂氨与烟气混合均匀。

上述混合元件斜置于直烟道中或烟道拐弯处。