专利名称：喷氨格栅及其设计方法
技术领域：
本发明属于烟气脱硝设备制造的技术领域，涉及一种用于选择性催化还原法及选 择性非催化还原法烟气脱硝装置的喷氨格栅及其设计方法。
背景技术：
选择性催化还原法和选择性非催化还原法这两种烟气脱硝技术是目前国际上应 用最普遍的两种烟气脱硝技术，采用此两项技术脱硝过程中最为核心的装置为喷氨格栅， 英文缩写为AIG。所述喷氨格栅部分置于烟道内，其将烟道分为前烟道和后烟道。喷氨格 栅喷射氨气NH3，使前烟道中的烟气的氮氧化物NOx与氨反应转变为氮气、水等无污染的物 质。喷氨格栅设有若干喷氨支管，该喷氨支管包括氨喷射段和氨气输送段，目前公知的设计 喷氨格栅的方法是假设前烟道内烟气的氮氧化物浓度分布均勻，在前烟道内加设导流板 等物理措施，将前烟道内的烟气均勻分布，并使喷氨支管在垂直于烟道的延伸方向上，以均 勻的方式置于烟道内，且使氨喷射段在烟道内的长度相同。上述喷氨格栅的设计方法，增加了系统的阻力和烟气脱硝装置的造 价成本；同时 物理措施只能做到烟气混合处理后，氨与氮氧化物浓度混合的相对均勻，但，实际中，前、后 烟道的烟气流速分布以及氨与氮氧化物浓度分布仍然是不均勻的，烟气流速分布动态变 化，均勻喷氨的喷氨格栅对工况动态变化的调节能力较弱，且氨逃逸率较高。因此实有必要对上述的喷氨格栅装置及设计方法进行改良。
发明内容
技术问题本发明的目的在于提供一种制造成本低且对工况动态变化的调节能力 强的喷氨格栅及其设计方法。技术内容本发明的目的是这样实现的该喷氨格栅部分置于烟道内，所述喷氨 格栅包括若干喷氨支管，所述喷氨支管设有氨喷射段和氨气输送段，其中氨喷射段位于烟 道内，氨气输送段位于烟道外，氨喷射段设有若干喷射孔，其特征在于至少有两对相邻的 喷氨支管的间距不等，且至少有两个氨喷射段的长度不等。所述氨气输送段上设有支管调节阀门。所述喷氨格栅还设有将喷氨支管固定于烟道上的支撑装置。本发明的喷氨格栅的设计方法包括以下步骤步骤S001.确定喷氨格栅的效率目标、残氨逃逸目标以及烟道内任意截面的烟气 速度的分布，再根据效率目标的大小将烟气速度划分为若干控制区域；步骤S002.提供若干喷氨支管，所述喷氨支管设有氨喷射段和氨气输送段，其中 氨喷射段位于烟道内，氨气输送段位于烟道内外，所述氨气输送段(3)设有支管调节阀门， 氨喷射段设有若干喷射孔；步骤S003.根据效率目标、残氨逃逸目标以及烟气流速分布确定各控制区域喷氨 支管的数量以及在氨喷射段上喷射孔分布、数量以及各喷射孔的大小；
步骤S004.根据确定的各喷氨支管(1)在氨喷射段上喷射孔分布、数量以及各喷 射孔的大小，对喷氨状态下的喷氨格栅上每一位置喷射孔喷出的氨的流动轨迹及迁徙规律 进行模拟，得到氨的第一扩散结果，同时对喷氨后的浓度场进行模拟，得到反应后截面氨的 第一浓度分布；步骤S005.根据第一扩散结果和第一浓度分布，确定各控制区域喷氨支管的数量 以及在氨喷射段上喷射孔分布、数量以及各喷射孔的大小，并对喷氨状态下的喷氨格栅上 每一位置喷射孔喷出的氨的流动轨迹及迁徙规律进行模拟，得到氨的第二扩散结果，同时 对喷氨后的浓度场进行模拟，得到反应后截面氨的第二浓度分布；步骤S006.设定一个规定范围，如果第一扩散结果和第二扩散结果的差别以及第 一浓度分布和第二浓度分布的差别在规定范围内，结束设计；如果第一扩散结果和第二扩 散结果的差别以及第一浓度分布和第二浓度分布的差别不在规定范围内，依次执行步骤 S004、步骤S005和步骤S006。所述规定范围的误差不大于5%。有益效果本发明的有益效果在于本发明对喷氨格栅前烟道截 面烟气速度的分 布和氨扩散进行了细致的考虑，提出了基于烟气速度分布的喷氨格栅差异化设计方法，使 得喷氨格栅能够适应烟道截面烟气速度分布不均以及烟气速度动态变化的特点，氨氮浓度 合理匹配，喷氨格栅对工况动态变化的调节能力大大增强，系统动态响应特性改善。另外， 本发明无需其他物理措施，降低成本。
图1为本发明喷氨格栅的示意图；图2为图1所示A-A向的剖视图；图3为喷氨格栅前烟道截面烟气速度分布图；图4为氨的扩散结果氨浓度分布图；图5为氨喷射扩散截面速度结果分布图。
具体实施例方式请参阅图1至图2所示，本发明的喷氨格栅，部分置于烟气脱硝装置中的烟道内， 其包括若干喷氨支管1，所述喷氨支管1设有氨喷射段2和氨气输送段3，其中氨喷射段2 位于烟道内，氨气输送段3位于烟道外，氨喷射段2和氨气输送段3通过法兰连接。氨气输 送段3上设有支管调节阀门4。其中，所述至少两个相邻的喷氨支管1的间距不等，且至少 两个氨喷射段2的长度不等。氨喷射段2上开有数目不等非均勻分布的喷射孔6。喷氨支 管1的数目、长短、布置位置与反应区烟道截面以及烟气、烟气速度的分布有关。所述喷氨格栅还设有将喷氨支管1固定于烟道上的支撑装置5。图3中按照左侧图例自下而上，不同的灰度的封闭区域代表不同的速度区，同一 灰度区域的速度是相同的，图例中越向上速度越高，速度单位为m/s ；图4中按照左侧图例 自下而上，不同的灰度的封闭区域代表不同的浓度区，同一灰度区域的浓度是相同的，图例 中越向上浓度越高，浓度单位为ppm;图5中按照左侧图例自下而上，不同的灰度的封闭区 域代表不同的速度区，同一灰度区域的速度是相同的，图例中越向上速度越高，速度单位为m/s0下面结合附图，详细说明本发明的喷氨格栅的设计方法。本发明的喷氨格栅的设计方法包括如下步骤步骤S001、确定喷氨格栅的效率目标、残氨逃逸目标以及烟道内任意截面的烟气 速度的分布，再根据效率目标的大小将烟气速度划分为若干控制区域。其中，效率目标是指 脱硝效率的给定值，残氨逃逸率也是由标准直接给定，这两个值是工程和环保标准直接提 出的要求。本实施方式中选择效率目标设定为80%，残氨逃逸率不大于3ppm;烟气速度的 分布如图3所示，速度范围在0 6. 75m/s之间。步骤S002、提供若干喷氨支管1，所述喷氨支管1设有氨喷射段2和氨气输送段3， 其中氨喷射段2位于烟道内，氨气输送段3位于烟道内外，所述氨气输送段3设有支管调节 阀门4，氨喷射段2设有若干喷射孔6。步骤S003、根据效率目标、残氨逃逸目标以及烟气流速分布等确定各控制区域喷 氨支管1的数量以及在氨喷射段2上喷射孔6分布、数量以及各喷射孔6的大小。其中对 烟气速度较高的控制区域，如速度为5 6. 75m/s的区域，实例中烟气量为50000Nm3/h，设 置数量2 3根喷氨支管1以及4 5个开孔较大的喷射孔6，同时调节支管调节阀门4为 较大开度，对烟气速度低的控制区域，如速度为1 2m/s的区域，设置1根喷氨支管1以及 2 3个开孔较小的喷射孔6，同时调节支管调节阀门4为较小开度。根据效率目标，按照 氨氮摩尔比1 1的反应比计算出达到效率的理论喷氨量，根据残氨逃逸目标计算出喷氨 的过量值，理论喷氨量与喷按过量值相加得到所需总的喷氨量，烟气流速分布确定支管分 布和开孔分布及大小。步骤S004、根据确定的各喷氨支管1在氨喷射段2上喷射孔6分布、数量以及各喷 射孔6的大小，对喷氨状态下的喷氨格栅上每一位置喷射孔6喷出的氨的流动轨迹及迁徙 规律进行模拟，得到氨的第一扩散结果如图5，同时对喷氨后的浓度场进行模拟，得到反应 后截面氨的第一浓度分布如图4。步骤S005、根据第一扩散结果和第一浓度分布，修正各控制区域喷氨支管1的数 量以及在氨喷射段2上喷射孔6分布、数量以及各喷射孔6的大小，由对烟气速度较高的控 制区域，氨扩散速度较低，如速度为5 6. 75m/s的区域，实例中烟气量为50000Nm3/h，在原 数量2 3根喷氨支管1以及4 5个开孔较大的喷射孔6基础上增加1根喷氨支管1以 及4 5个开孔较大的喷射孔6，对烟气速度低的控制区域，如速度为1 2m/s的区域，氨 扩散速度较高，仍保持原数量1根喷氨支管1以及2 3个开孔较小的喷射孔6。按照修正 后的支管分布和开孔重新对喷氨状态下的喷氨格栅上每一位置喷射孔6喷出的氨的流动 轨迹及迁徙规律进行模拟，得到氨的第二扩散结果，同时对喷氨后的浓度场进行模拟，得到 反应后截面氨的第二浓度分布。步骤S006、设定一个规定范围，如果第一扩散结果和第二扩散结果的差别以及第 一浓度分布和第二浓度分布的差别在规定范围内，结束设计；如果第一扩散结果和第二扩 散结果的差别以及第一浓度分布和第二浓度分布的差别不在规定范围内，依次执行步骤 S004、步骤S005和步骤S006。所述规定范围指结果偏差范围，本发明的规定范围不大于5%。本发明根据烟道以及烟气脱硝装置的固有结构特性决定的各截面烟气速度分布不均的情况，获取喷氨格栅前烟道截面的烟气速度的分布，根据烟气速度的变化规律，按其 分布对烟道截面进行分区，结合氨稀释空气与烟气的流速比、NOx浓度、喷出角度、管束布 置、喷氨格栅支撑等因素对各区域进行综合寻优，在此基础上对喷氨格栅管系以及喷射孔 进行设计，从而确定各控制区域对应的喷氨支管的数量、氨喷射段的长度以及氨喷射段上 的喷射孔的分布、大小。并将设计结果通过喷氨格栅上每一位置喷射孔喷出的氨的流动轨 迹及迁徙规律的模拟以及反应后截面氨的浓度分布进行再次回归优化修正。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为 限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权 利 要求书中记载的保护范围内。
权利要求
一种喷氨格栅，该喷氨格栅部分置于烟道内，所述喷氨格栅包括若干喷氨支管(1)，所述喷氨支管(1)设有氨喷射段(2)和氨气输送段(3)，其中氨喷射段(2)位于烟道内，氨气输送段(3)位于烟道外，氨喷射段(2)设有若干喷射孔(6)，其特征在于至少有两对相邻的喷氨支管(1)的间距不等，且至少有两个氨喷射段(2)的长度不等。
2.根据权利要求1所述的喷氨格栅，其特征在于所述氨气输送段(3)上设有支管调 节阀门⑷。
3.根据权利要求1所述的喷氨格栅，其特征在于所述喷氨格栅还设有将喷氨支管(1) 固定于烟道上的支撑装置(5)。
4.一种喷氨格栅的设计方法，所述喷氨格栅部分置于烟道内，其特征在于该方法包 括以下步骤步骤S001.确定喷氨格栅的效率目标、残氨逃逸目标以及烟道内任意截面的烟气速度 的分布，再根据效率目标的大小将烟气速度划分为若干控制区域；步骤S002.提供若干喷氨支管(1)，所述喷氨支管(1)设有氨喷射段(2)和氨气输送段 (3)，其中氨喷射段(2)位于烟道内，氨气输送段(3)位于烟道内外，所述氨气输送段(3)设 有支管调节阀门(4)，氨喷射段(2)设有若干喷射孔(6)；步骤S003.根据效率目标、残氨逃逸目标以及烟气流速分布确定各控制区域喷氨支管 ⑴的数量以及在氨喷射段⑵上喷射孔(6)分布、数量以及各喷射孔(6)的大小；步骤S004.根据确定的各喷氨支管(1)在氨喷射段(2)上喷射孔(6)分布、数量以及 各喷射孔(6)的大小，对喷氨状态下的喷氨格栅上每一位置喷射孔(6)喷出的氨的流动轨 迹及迁徙规律进行模拟，得到氨的第一扩散结果，同时对喷氨后的浓度场进行模拟，得到反 应后截面氨的第一浓度分布；步骤S005.根据第一扩散结果和第一浓度分布，确定各控制区域喷氨支管(1)的数量 以及在氨喷射段(2)上喷射孔(6)分布、数量以及各喷射孔(6)的大小，并对喷氨状态下的 喷氨格栅上每一位置喷射孔(6)喷出的氨的流动轨迹及迁徙规律进行模拟，得到氨的第二 扩散结果，同时对喷氨后的浓度场进行模拟，得到反应后截面氨的第二浓度分布；步骤S006.设定一个规定范围，如果第一扩散结果和第二扩散结果的差别以及第一浓 度分布和第二浓度分布的差别在规定范围内，结束设计；如果第一扩散结果和第二扩散结 果的差别以及第一浓度分布和第二浓度分布的差别不在规定范围内，依次执行步骤S004、 步骤S005和步骤S006。
5.根据权利要求4所述的喷氨格栅的设计方法，其特征在于所述规定范围的误差不 大于5%。
全文摘要
喷氨格栅及其设计方法涉及一种用于选择性催化还原法及选择性非催化还原法烟气脱硝装置的喷氨格栅及其设计方法，该喷氨格栅部分置于烟道内，所述喷氨格栅包括若干喷氨支管，所述喷氨支管设有氨喷射段和氨气输送段，其中氨喷射段位于烟道内，氨气输送段位于烟道外，氨喷射设有若干喷射孔，其中，所述至少两个相邻的喷氨支管的间距不等，且至少两个氨喷射段的长度不等。本发明的喷氨格栅制造成本低且对工况动态变化的调节能力强。
文档编号B01D53/90GK101829498SQ20101014059
公开日2010年9月15日 申请日期2010年4月6日 优先权日2010年4月6日
发明者周长城, 孙克勤, 徐海涛, 沈凯 申请人:东南大学