一种用于SCR脱硝的氨水直喷方法技术

本发明专利技术涉及一种用于SCR脱硝的氨水直喷方法。在离开反应器入口一定距离的垂直于烟气流速方向的管道横截面上设置氨水喷枪，该距离下称混合距离H，喷枪均位于同一横截面上，喷枪喷射氨水的方向与气流方向一致，混合距离应保证一定长度以确保氨水在进入SCR反应器前完全蒸发。氨水喷枪的布置应满足一定要求，以最小化混合距离H并能够尽量使喷枪下游管道内的氨气分布均匀。发明专利技术可实现以下功能：无需设置氨水蒸发器，利用烟气本身热量将氨水完全蒸发，并且在管道内混合均匀；无需设置喷氨格栅，即可满足浓度场技术指标要求(CV值≤5％)。

【技术实现步骤摘要】
一种用于SCR脱硝的氨水直喷方法
本专利技术涉及一种SCR脱硝的氨水直喷技术，尤其是涉及一种SCR脱硝氨水直接喷射的位置和喷头布置技术。
技术介绍
SCR是一种高效的烟气脱硝技术，广泛应用于锅炉、炉窑及其他产生大量氮氧化物的工业设施的脱硝治理。氨水是SCR常用的还原剂之一，但是通常氨水不能直接喷入反应器，而是需要通过加热装置(蒸汽或者热烟气)，将氨水中的氨蒸发为氨气，而后通过氨气喷射格栅(AIG)喷入SCR系统中，提供SCR反应所需要的还原剂。可见氨水的蒸发需要配置专用的蒸发器，且蒸发器的一次投资和运行均需要一定的费用。另外，还需要专门设计的AIG喷入，使得喷入系统的氨气分布均匀。SCR技术的脱硝效率受诸多因素影响，其中氨的浓度分布是最重要的技术指标之一。氨的浓度分布均匀性的考核面为第一层催化剂表面上游0.5m处的横截面上，要求该断面处的氨浓度速度分布的最大偏差系数(CV)≤5％，CV的定义为：其中：浓度平均值Vi：采样值N：采样点数常规氨水为还原剂的工艺流程示意图如图1所示。图2为氨水热风蒸发器工艺流程示意图。蒸发器和喷氨格栅的设置大大增加了一次投资和运行维护费用。因此研发一种不需要设置蒸发器、氨水可直接喷射，不需要设置喷氨格栅、氨气浓度即可实现分布均匀(CV≤5％)的技术尤为迫切。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为解决上述问题，利用先进的CFD软件star-ccm+，并结合现场实例，设计了氨水直喷技术，示意图见图3。一种用于SCR脱硝氨水直喷技术，其特征在于：1、在反应器入口一定距离(氨水蒸发距离)的管道上设置氨水喷枪，确保氨水在进入SCR反应器前完全蒸发。2、氨水喷枪的布置满足一定要求，以最小化氨水蒸发距离并能够尽量使得管道内的氨气分布均匀。star-ccm+软件数值模拟过程主要用到以下模型：(1)物质输送模型由于选择性催化还原反应中的流动介质有烟气和氨气，这就涉及到考虑流动中物质的混合情况，因此采用混合物的物质输运模型来模拟这一情况。通过求解描述每种组成物质的对流、扩散和反应源的守恒方程来模拟混合和输运，可以模拟多种同时发生的化学反应。当选择解化学物质的守恒方程时，通过第i种物质的对流扩散方程预估每种物质的质量分数Yi守恒方程采用以下的通用形式：式中物质的质量扩散；Ri—化学反应产物的净速率；Si—附加速率。在系统中出现N种物质时，需要解N-1个这种形式的方程。由于质量分数的和必须为1，第N种物质的分数通过1减去N-1个已解得的质量分数得到。为了使数值误差最小，第N种物质必须选择质量分数最大的物质。(2)气相湍流模型a)连续性方程：b)X方向的动量方程：c)Y方向上的动量方程：d)Z方向上的动量方程：e)K方程：f)ε方程：其中，湍流粘性系数p为流体压力；ρ为气体密度；湍流产生项Gk为：以上微分方程，可以写成以下的通用形式：其中，φ为因变量，Γφ为因变量φ的扩散系数，Sφ为因变量守恒方程中所对应的源项。表示成统一的输运方程形式为：式中各项从左到右依次为对流项、扩散项和源项。(3)多孔介质模型对于SCR反应器内的催化剂层压降，通过将催化剂层看作多孔介质进行模拟。其压降损失模拟公式如下：式中Si—i方向上动量源项，Pa/m；μ—流动动力粘度，Pa·s；α—介质渗透性；vi—i向速度分量，m/s；ρ—密度，kg/m3；C2—内部阻力因子，1/m。本专利技术的目的就是为解决上述问题，利用先进的CFD软件star-ccm+，并结合某工程实例，设计了氨水直喷技术，示意图见图3。一种用于SCR脱硝氨水直喷技术，其特征在于：1、在反应器入口一定距离(氨水蒸发距离，下称混合距离H)的垂直于烟气流速方向的管道横截面(过流断面)上设置氨水喷枪，喷枪均位于同一横截面上，喷枪喷射氨水的方向与气流方向一致，混合距离应保证一定长度以确保氨水在进入SCR反应器前完全蒸发。2、氨水喷枪的布置应满足一定要求，以最小化混合距离H并能够尽量使喷枪下游管道内的氨气分布均匀。本专利技术可实现以下功能：无需设置氨水蒸发器，利用烟气本身热量将氨水完全蒸发，并且在管道内混合均匀；无需设置喷氨格栅，即可满足浓度场技术指标要求(CV值≤5％)，见图6～图8。附图说明图1还原剂为氨水的工艺流程示意图图2氨水热风蒸发器工艺流程示意图图3氨水直喷技术示意图图4氨水喷枪布置示意图图5喷氨设备参数示意图图6整体流速分布模拟图图7氨水停留时间模拟图图8催化剂上游氨气浓度分布模拟图具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。本专利技术具体实施方案如下：(1)氨水喷枪的布置氨水喷枪的布置如图4所示，在同一管道横截面上，共设置3组喷枪。其中D1为烟道内径，D2为喷枪安装直径(3组喷枪的喷口均位于以管道中心为原点，D2为直径的同一个圆上)，A为喷枪安装角度(在D1上任取一点为第一杆喷枪喷口安装位置，以管道中心为原点，另一侧的喷枪喷口与其构成的角度为A)，其设计应满足下列要求。D1范围值：1500mm～5000mmD2范围值：D1/3～D1*2/3A范围值：60°～150°氨水喷枪的布置遵循均匀布设的原理，使得氨水喷射后在管道内均匀分布。在遵循上述要求布设后，可利用流体力学软件进行进一步的模拟分析进行调整从而得到更佳效果。(2)喷氨设备参数喷氨设备参数示意图如图5所示，氨水喷入位置和喷氨设备参数是本次专利技术的关键设备，混合距离H应满足下列要求：H混合距离：≥T*V其中T为停留时间，范围值：≥1s；V为烟气流速，范围值：10m/s～50m/s；通过调整烟道内径D1将烟气流速V值控制在10m/s～50m/s；停留时间应T≥1s，根据V和T确定混合距离H值；再通过调整喷枪安装角度A与喷枪安装直径D2，即可满足SCR反应器流场指标要求。如需进一步降低流场CV，可以在保持A、D1、D2、T以及V值不变的情况下，通过进一步增加H值实现。下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。烟气量为15万Nm3/h，A为120°，D1为2220mm，D2为1100mm，T为1.3s，V为22m/s，H＝28600mm时，催化剂前氨浓度分布CV为5％。当H增加到41700mm时，催化剂前氨浓度分布CV降低到3.44％，满足SCR工程设计要求(≤5％)。可见，本专利技术无需设置氨水蒸发器，利用烟气本身热量将氨水中的氨完全蒸发，并且在管道内混合均匀；无需设置喷氨格栅，即可满足浓度场技术指标要求(CV值小于5％)。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于SCR脱硝的氨水直喷方法，其特征在于：在离开反应器入口一定距离的垂直于烟气流速方向的管道横截面上设置氨水喷枪，该距离下称混合距离H，喷枪均位于同一横截面上，喷枪喷射氨水的方向与气流方向一致，具体如下：1)氨水喷枪的布置在同一管道横截面上，共设置3组喷枪；其中D1为烟道内径，D2为喷枪安装直径；3组喷枪的喷口均位于以管道中心为原点，D2为直径的同一个圆上；A为喷枪安装角度，即在D1上任取一点为第一杆喷枪喷口安装位置，以管道中心为原点，另一侧的喷枪喷口与其构成的角度为A，其设计应满足下列要求；D1范围值：1500mm～5000mmD2范围值：D1/3～D1*2/3A范围值：60°～150°(2)喷氨设备参数喷氨设备的混合距离H应满足下列要求：H混合距离：≥T*V其中T为停留时间，范围值：≥1s；V为烟气流速，范围值：10m/s～50m/s；通过调整烟道内径D1将烟气流速V值控制在10m/s～50m/s；停留时间应T≥1s，根据V和T确定混合距离H值；再通过调整喷枪安装角度A与喷枪安装直径D2，即能满足SCR反应器流场指标要求。

【技术特征摘要】
1.一种用于SCR脱硝的氨水直喷方法，其特征在于：在离开反应器入口一定距离的垂直于烟气流速方向的管道横截面上设置氨水喷枪，该距离下称混合距离H，喷枪均位于同一横截面上，喷枪喷射氨水的方向与气流方向一致，具体如下：1)氨水喷枪的布置在同一管道横截面上，共设置3组喷枪；其中D1为烟道内径，D2为喷枪安装直径；3组喷枪的喷口均位于以管道中心为原点，D2为直径的同一个圆上；A为喷枪安装角度，即在D1上任取一点为第一杆喷枪喷口安装位置，以管道中心为原点，另一侧的喷枪喷口与其构成的角度为A，其设计应满足下列要求；D1范围值：1500mm～5000...

【专利技术属性】
技术研发人员：李坚，李洁，何洪，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11