具有气流整流器的气体清洁系统的制作方法

专利名称：具有气流整流器的气体清洁系统的制作方法
技术领域：
本公开涉及气体清洁系统，诸如催化还原系统或静电除尘器系统，其用于清洁来自工业过程装置的烟道气，诸如化石燃料功率装置或废料焚化装置。更特别地，本公开涉及这样的气体清洁系统，其包括用于使气流转向且对气流整流的气流整流器，以抑制气流湍流。
背景技术：
在燃料(诸如煤、油、泥煤、废料等)在工业过程装置(诸如矿物燃料功率装置)中燃烧时，会产生热的过程气体。除了其它成分之外，这种热的过程气体包含尘粒(有时称为飞灰)和氮氧化物。常常借助于灰尘移除装置(诸如静电除尘器(ESP)或织物过滤器(FF))来从过程气体中移除尘粒。在美国专利N0.4，502，872中公开了 ESP系统，该专利通过引用而整体地结合在本文中。工业过程装置也可配备有选择性催化还原(SCR)反应器，其以催化的方式使过程气体氮氧化物选择性地还原。在WO 2005/114053和美国专利N0.5，687，656中公开了 SCR系统，它们通过引用而整体地结合在本文中。ESP和SCR是可用于工业过程装置气体清洁系统中的气体清洁装置的示例。在这样的气体清洁系统中，用来使气流转向以及产生均匀的速度分布的整流器可相对于过程气流布置在气体清洁装置(诸如ESP、SCR和/或FF)的上游。整流器还抑制流动的烟道气中的湍流。从而，减少典型地出现在烟道气进入气体清洁装置所处的点处的腐蚀现象。美国专利N0.7，063，817描述了一种用于清洁烟道气的装置，其包括催化转化器，其中，转向壁和整流器置于催化转化器的上游。整流器置于烟道气通道通入“催化剂塔”(即，其中布置有催化转化器的管道)中所处的点处。转向壁的目的在于确保烟道气流转移到催化剂塔中。整流器的目的在于抑制流动的烟道气中的湍流，以减少在烟道气进入催化转化器所处的点处出现的腐蚀现象。整流器为薄片设计，其由布置成平行于烟道气流的片状金属带制成的薄片构成。这种整流器需要大量构建材料，而且对支承结构增加大量重量。因此，这种整流器构建起来较昂贵，而且在催化剂塔中架设整流器相当复杂，因为整流器的重量较大。

发明内容
本公开提供一种用以缓解与目前的气体清洁系统相关联的前述缺点中的至少一些的系统。根据本公开，提供一种气体清洁系统，其包括:反应器管道；布置在反应器管道中的气体清洁装置；以及用于对烟道气流整流的气流整流器，其在反应器管道中布置在气体清洁装置的上游。气流整流器包括至少一个网形筛。适用于本系统的网形筛被定位为由基本可塑性变形的材料制成的平面片材，通过其中而形成基本垂直于其平面的多个孔口。更特别地，在可塑性变形材料的股条之间形成孔口。对可塑性变形材料的股条进行加工，使得至少其前缘在整个平面片材的平面上方诸如相对于该平面以例如大约45度的角度向外延伸，以及至少其相对的后缘在整个平面片材的平面下方诸如相对于该平面以例如大约45度的角度向外延伸，以形成当前网形筛。通过使用当前网形筛整流器，而非现有技术的平行片材金属带薄片整流器，实现重量较低的整流器，从而产生在构建成本和架设成本两方面更加成本高效的系统。另外，当前网形筛整流器在其朝向气体清洁装置的流中实现相当均匀的烟道气速度分布。不均匀的气流速度分布可损害气体清洁装置。这种损害可由在烟道气流中携带的腐蚀面对烟道气流的气体清洁装置部分的高速微粒引起。较均匀的烟道气速度分布还会增加停留时间，从而利用气体清洁装置的催化剂层的整个横截面。此外，实现烟道气朝向气体清洁装置的良好倾角，即，接近90度的倾角。如果倾角与90度相差太大，则面对气流的气体清洁装置的侧可被腐蚀。而且另外，在整流器的上游对烟道气使用氨喷射栅的情况下，当前网形筛有助于增加烟道气与铵的混合。因此，通过使用当前网形筛整流器，人们使用较少材料，降低系统重量，并且降低相关联的构建和架设成本。根据另一方面，至少一个网形筛由金属制成，例如钢。通过使用金属作为网形筛的材料，实现具有较长寿命的结实的筛。根据另一个方面，至少一个网形筛包括多个成角度的股条，各个成角度的股条使其至少一部分相对于网形筛的平面侧成角度。网形筛布置在反应器管道中，使得股条成角度，以允许通过网形筛的气流沿着反应器管道的纵向轴线被整流。将网形筛的平面侧定义为网形筛的主要延伸平面。这个主要延伸平面将对应于平板的平面，如果这种板被放在与网形筛相同的地点和位置的话。根据又一方面，至少一个网形筛对于垂直光具有介于0.2和0.7之间的密实度值。密实度在本文被定义为当以规定的角度暴露于光时会投射到阴影中的面积的百分比。根据又一方面，至少一个网形筛包括第一网形筛和至少第二网形筛，第二网形筛定位成比第一网形筛更接近气体清洁装置。通过使用两个或更多个平行网形筛，与使用单个网形筛的那些相比，偏转作用增大。另外，通过使用两个或更多个平行网形筛，与使用单个网形筛相比，烟道气速度分布减小。因此，实现较均匀的烟道气速度分布。根据另外的另一方面，至少在相同的角度下考虑时，第一网形筛具有高于第二网形筛的密实度的密实度。从而，实现良好的整流效果，使得烟道气流以大约90度的入射角接触气体清洁装置。另外，进入气体清洁装置的烟道气的烟道气速度分布小。根据示例，第一网形筛对于垂直光具有介于0.4和0.6之间的密实度值,而第二网形筛对于垂直光具有介于0.3和0.5之间的密实度值。根据又一方面，气体清洁系统进一步包括流体地连接到反应器管道上且定位在反应器管道上游的反应器入口管道，反应器入口管道具有偏离反应器管道的纵向轴线的纵向轴线，并且气流整流器布置成对从反应器入口管道到反应器管道中的气流整流。在另一方面，网形筛的成角度的股条成角度，使得它们远离反应器入口管道的纵向轴线而定向。通过使股条远离流过反应器入口管道的烟道气流而成角度，网形筛使来自反应器入口管道的进入烟道气流转向，以在对进入到反应器管道中、朝向气体清洁装置的烟道气流整流时实现最大效果。附图和详细描述更加详细地例示了上面描述的系统。


现在参照附图，附图是当前系统的示例性实施例，其中，相同元件以相同的方式编号:
图1是本公开的气体清洁系统的实施例的示意性侧视图。图2a是用于制造网形筛的片材材料的透视图。图2b是网形筛的一部分的透视图。图3是本公开的气体清洁系统的实施例的示意性侧视图。图4是网形筛的元件的透视图。图5a和5b是网形筛的元件的透视图，图示出密实度的理论确定。图6a和6b是气体清洁系统的一部分的示意性侧视图，其示出通过具有不同的密实度值的网形筛的气流。图7是本公开的气体清洁系统的另一个实施例的示意性侧视图，该系统具有两个网形筛。
具体实施例方式图1示出根据本公开的实施例的气体清洁系统I。该系统包括基本水平的入口管道11，以便在相对于烟道气流在入口管道11的上游的燃烧过程(诸如锅炉(未显示))中形成的烟道气和微粒流过。烟道气从锅炉流过流体地连接的入口管道11以及流过流体地连接的基本竖直管道12，竖直管道12相对于烟道气流在入口管道11的下游。可选地，氨喷射栅10可布置在竖直管道12的内部12a中，以将氨喷射到流过竖直管道12的烟道气中。通过改进系统气体清洁装置(一个或多个)(诸如SCR)的有效性，这样与烟道气的混合的氨可用于清洁烟道气。从竖直管道12，烟道气流到基本水平的纵向反应器入口管道13。纵向反应器入口管道13流体地连接到竖直管道12上，并且相对于烟道气流在竖直管道12的下游。另外，烟道气从水平的纵向反应器入口管道13流到流体地连接的反应器管道14中，反应器管道14是基本竖直的，并且垂直于纵向反应器入口管道13的纵向轴线。在SCR气体清洁装置的情况下，将催化反应器20置于反应器管道14的内部14a中，以使氮氧化物进行选择性催化还原。另外，相对于烟道气流在反应器20的上游的反应器管道14的内部14a中的是呈网形筛30a的形式的整流器30。在这个实施例中，整流器30由金属制成。整流器30基本平行于催化反应器20而定位成横跨反应器管道14。因此，整流器30基本垂直于反应器管道14的纵向轴线而定位在反应器管道14的内部14a中。为了更清楚，整流器30定位在反应器管道14中，使得整流器30的平面基本垂直于反应器管道14的纵向轴线。另外，整流器30布置在反应器管道14的入口 14b中。更特别地，整流器30可在反应器管道14内定位在纵向反应器入口管道13的边缘13a处/距边缘13a的一定竖直距离处，该竖直距离类似于或小于整流器的厚度或高度H，备选地，距纵向反应器入口管道13的边缘13a的距离为整流器的厚度或高度的大约一半。边缘13a流体地连接到入口 14b上。催化反应器20例如可具有彼此隔开固定距离的三个催化剂层。催化反应器20应当适当地相对于烟道气流布置在整流器30的下游，使得当烟道气流进入催化反应器20时或多或少地没有湍流和旋涡。湍流和旋涡是由于烟道气传送通过整流器30而引起的。在烟道气离开反应器管道14之后，烟道气进入流体地连接的出口管道15。烟道气通过出口管道15流到烟囱(未显示)，以释放到大气中。整流器30可由许多不同的适当的材料制成，诸如金属。适当的金属的示例为淬火片材金属，诸如铁皮或钢板(例如Hardox (瑞典SSAB Svenskt Stal Aktiebolag公司))或不锈材料。不锈材料尤其适合用于腐蚀性环境中。通过使用金属来构建整流器30，实现寿命相当长的结实的网形筛。整流器30的非柔性构建材料也可为陶瓷材料或聚合材料、某种刚性塑料，诸如 Teflon (美国 E.1.Du Pont De Nemours and Company 公司)。在图2a和2b中示出呈网形筛30a的形式的整流器30，以及如何用一张片材材料来产生这种整流器。为了产生网形筛，使用剪切刀，垂直于片材材料30c的平面，通过待用来构建整流器30的片材材料30c的厚度t，产生某种型式的切口 30b。在产生切口 30b时，或者在切口 30b已经产生之后，拉伸片材材料30c (标有F的箭头)，从而使刀形成的切口30b以及片材材料30c两者变形。结果(参见图2b)是产生某种型式的成角度的股条35，在成角度的股条35之间有孔口 36。换句话说，网形筛30a的成角度的股条35相对于片材材料30c的平面断断续续地成角度。这些成角度的股条35对网形筛30a提供合乎需要的烟道气偏转属性，如作为整流器30而运行所需要的那样。合乎需要的烟道气偏转属性在本文中定义为能够将烟道气流转向到例如大致定位在网形筛的下游的管道的方向。例如，多孔板将不具有合乎需要的气体偏转属性，因为它缺乏成角度的元件。多孔板不会使流转向，它仅可平滑板上的压降所引起的偏斜速度分布。在图3中示出片材材料30c的平面X和成角度的股条35之间的角度α。如图3中示出的那样，网形筛30a垂直于反应器管道14的纵向轴线而布置在反应器管道14中，使得由成角度的股条35限定的孔口 36不直接对准烟道气流。从而，网形筛30a的成角度的股条35高度地影响流动的烟道气。如果网形筛30a成角度地安装在反应器管道14内，使得孔口 36直接对准烟道气流，则成角度的股条35将低度地影响流动的烟道气。换句话说，与包围开口的不成角度的股条相比，成角度的股条35成角度，以增大直接对准烟道气流的接触面积。用来产生网形筛30a的生产方法使片材材料30c变形，以产生若干个不同的可测特征和角度。通过产生更远或更接近的切口 30b，通过使用不同厚度的片材材料30c，或者通过产生不同长度的切口 30b，可产生各种各样的不同的网形筛30a类型。取决于在该型式的切口 30b产生之后片材材料30c拉伸的程度，网形筛30a显然地不同，例如改变密实度(在下面更加详细地描述)。产生网形筛30a的过程会产生非常少的(如果有的话)废料，而且较少量的片材材料30c可产生相当大面积的网形筛30a。通过研究网形筛30a，限定孔口 36的一定型式的互连的成角度的股条35 (即“元件”)显现来形成网形筛30a。元件E被定义为网形筛30a中的孔口 36以及与包围孔口 36的成角度的股条35。在图2和图4中示出元件E。如图4中示出的那样，各个元件E由两个成角度的股条35a和35b组成。一个成角度的股条35a向上与片材材料30c的平面X成角度，而另一个成角度的股条35b则向下与片材材料30c的平面X成角度。成角度的股条35a和35b共同使元件E变成某种环，其中，孔口 36以固定的角度被成角度的股条35a和35b包围。图3示出成角度的股条35a相对于片材材料30c的平面X的角度a。成角度的股条35具有厚度t和宽度W，其中，t大致为片材材料30c的原始厚度。宽度W较大的扩张筛30a被证明比宽度W较小的那些具有提高的偏转属性。元件E也具有长度L和高度H。通过以与切口 30b相同方向测量孔口 36的长度N加上位于附近的孔口 36之间的距离D，来确定元件E的长度L。通过测量从成角度的股条35b的最低点Q到成角度的股条35a的最高点P的距离来确定元件高度或网形筛30a的高度H。可通过对于较低的高度H，拉伸切口片材材料30c达较低程度，或者对于较高的高度H，拉伸切口片材材料30c达较高的程度，来修改高度H。另外，孔口 36的边缘36a可取决于用来产生切口 30b的工具的切削刃而改变。用来产生切口 30b的工具或刀的切削刃限定成角度的股条35的形状。为了确定最适用于用作气体清洁系统中的整流器30的网形筛30a，需要限定接触面积或“阻挡”的量的可测值。这个可测值在本文被称为密实度σ。密实度σ表示为网形筛30a的平面侧30h的全部面积的、被成角度的股条35占据的部分。密实度σ在理论上被定义为在暴露于与平面侧30h成特定角度的光源时平面侧30h的投射阴影的面积的百分比。网形筛30a的复杂结构使密实度σ比测量其它类型的筛更难测量。通过改变成角度的股条35相对于平面侧30h的角度α的度数，密实度显著地受到影响。因此各个网形筛30a具有不同的密实度σ，这取决于角度α、距离D、长度L、高度H、宽度W和厚度t。虽然密实度测量烟道气流的被成角度的股条35所接触的面积，但有时测量网形筛30a的开口面积或孔口 36的量更合适。这个可测值在本文被称为网形筛30a的孔隙度β。孔隙度计算为β=1_σ，其中，β为孔隙度，而σ为密实度。图5a示出网形筛30a的元件Ε-33具有较高的密实度σ。元件Ε_33下面的阴影区域37描绘当平面侧30h暴露于垂直于平面侧30h而投射光的光源时，穿过孔口 36的光的面积。如图5a中示出的那样，光37的这个面积较小，从而指示较低的孔隙度β和较高的密实度σ。图5b示出元件Ε-34具有较低密实度σ。元件Ε_34下面的阴影区域38描绘当平面侧30h暴露于垂直于平面侧30h而投射光的光源时，穿过孔口 36的光的面积。如图5b中示出的那样，光38的这个面积较大，大于面积37，从而指示较高的孔隙度β和较低的密实度σ。因此，元件Ε-33的密实度σ高于元件Ε_34的密实度σ。图6a示出在烟道气流通过网形筛30a孔口 36之后，较高密实度σ的网形筛30a使烟道气有较大偏转。图6b示出在烟道气流通过网形筛30a的孔口 36之后，较低密实度σ的网形筛30a使烟道气有较小偏转。根据实施例，图3的网形筛30a具有介于0.2和0.7之间的密实度σ。图7示出气体清洁系统I的实施例，气体清洁系统I包括两个网形筛30a，即，第一筛31和第二筛32，它们垂直于反应器管道14的纵向轴线，相对于烟道气流在气体清洁装置21 (诸如催化反应器20)的上游布置在反应器管道14中。如提到的那样，网形筛31和32垂直于反应器管道14的纵向轴线而布置成横向于反应器管道14。另外，网形筛31和32在反应器管道14中各自布置成紧邻彼此，使得第二网形筛32比第一网形筛31更接近催化反应器20。因而，烟道气在流过网形筛32的孔口 36之前，流过网形筛31的孔口 36。
另外，第二网形筛32优选地布置成相对于烟道气流在下游与第一网形筛31相隔至少如在烟道气流过第二网形筛32的孔口 36之前，第一网形筛31对烟道气流进行整流作用所需要的那样远的距离。为了本应用，当烟道气流或多或少没有旋涡和湍流时，网形筛30a的整流作用完成。也可按厘米的方式来确定或调节第一网形筛31和第二网形筛32之间的距离，这取决于反应器管道14的尺寸、第一网形筛31的σ密实度、可与第一网形筛31的那些相同或不同的第二网形筛32的密实度σ等。图7的第一网形筛31布置在反应器管道14中，使得其成角度的股条35阻止其孔口 36有直接的烟道气流。从而，第一网形筛31的成角度的股条35直接被烟道气流冲击以及与烟道气流互动达较高的程度。这意味着第一网形筛的成角度的股条35成角度α，使得成角度的股条35具有直接被烟道气冲击的较大的接触面积。图7的第二网形筛32安装在反应器管道14中，并且具有角度为α的成角度的股条35，使得流过第一网形筛31的孔口36的烟道气也被第二网形筛32的成角度的股条35影响。总体上，第一网形筛和第二网形筛有助于形成具有要求的流向的经整流烟道气流。根据实施例，图7的第一网形筛31具有大于第二网形筛32的密实度σ的密实度σ。因而第一网形筛31可具有“中高”密实度σ，g卩，在0.3至0.8的范围中的密实度，而第二网形筛32可具有“低”密实度σ，8卩，在0.1至0.3的范围中的密实度。根据另一个实施例，整流器30可包括布置在反应器管道14中的多个网形筛30a，多个网形筛30a各自较接近彼此，并且各自布置成基本垂直于反应器管道14的纵向轴线。例如，可存在在反应器管道14内布置成一个接一个的3、4或5个网形筛30a。在实施例中，网形筛30a中的各个具有不同的密实度O。在另一个实施例中，网形筛中的两个或更多个具有相同的密实度σ。虽然参照多种示例性实施例对本发明进行了描述，但本领域技术人员将理解，可在不偏离本发明的精神和范围的情况下作出各种改变，而且等效物可代替本发明的特征。另外，可在不偏离本发明的实质范围的情况下作出许多修改，以使具体情况或内容适于本发明的教导。因此，意图的是本发明不限于被公开为为了执行本发明而构想的最佳模式的特定实施例，相反，本发明将包括落在所附权利要求的范围内的所有实施例。
权利要求
1.一种气体清洁系统(I)，包括: 反应器管道(14)； 布置在所述反应器管道(14)中的气体清洁装置(20)； 用于对烟道气流整流的气流整流器(30)，其在所述反应器管道(14)中布置在所述气体清洁装置(20)的上游， 其特征在于，所述气流整流器(30)包括至少一个网形筛(30a)，所述网形筛包括多个成角度的股条(35)。
2.根据权利要求1所述的气体清洁系统，其特征在于，所述至少一个网形筛(30a)由金属制成。
3.根据权利要求1或2所述的气体清洁系统，其特征在于，所述至少一个网形筛(30a)具有基本垂直于所述反应器管道(14)的纵向轴线的平面侧(30h)。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的气体清洁系统，其特征在于，所述至少一个网形筛(30a)包括多个成角度的股条(35)，各个成角度的股条(35)使其至少一部分相对于所述网形筛(30a)的平面侧30h成角度(α )。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的气体清洁系统，其特征在于，所述至少一个网形筛(30a)具有介于0.2和0.7之间的密实度σ。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的气体清洁系统，其特征在于，所述至少一个网形筛(30a)包括第一网形筛(31)和至少第二网形筛(32)，所述第二网形筛(32)定位成比所述第一网形筛(31)更接近所述气体清洁装置(20)。
7.根据权利要求6所述的气体清洁系统，其特征在于，所述第二网形筛(32)与所述第一网形筛(31)隔开，以在烟道气流接触所述第二网形筛(32)之前，减少烟道气流湍流。
8.根据权利要求6或7所述的气体清洁系统，其特征在于，所述第一网形筛(31)具有比所述第二网形筛(32)的密实度σ更高的密实度σ。
9.根据权利要求8所述的气体清洁系统，其特征在于，所述第一网形筛(31)具有介于0.4和0.6之间的密实度σ，而所述第二网形筛(32)具有介于0.3和0.5之间的密实度O ο
10.根据前述权利要求中的任一项所述的气体清洁系统，其特征在于，所述至少一个网形筛(30a)包括平行地布置成横向于所述反应器管道(14)的纵向轴线的多个网形筛(30a)。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的气体清洁系统，其特征在于，进一步包括定位在所述反应器管道(14)上游的反应器入口管道(13)，所述反应器入口管道(13)具有偏离所述反应器管道(14)的纵向方向的纵向方向，其中，所述气流整流器(30)布置成对从所述反应器入口管道(13)到所述反应器管道(14)中的气流整流。
12.根据权利要求11所述的气体清洁系统，其特征在于，所述至少一个网形筛(30a)包括多个成角度的股条(35)，各个成角度的股条(35)使其至少一部分相对于所述网形筛(30a)的平面侧(30h)成角度U)，其中，所述网形筛(30a)的所述成角度的股条(35)成角度，使得它们远离所述反应器入口管道(13)的纵向轴线而定向。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的气体清洁系统，其特征在于，所述至少一个网形筛(30a)布置成基本垂直于所述反应器管道(14)的纵向轴线。
全文摘要
本公开涉及用于清洁过程烟道气的气体清洁系统(1)。气体清洁系统(1)包括具有纵向轴线的反应器入口管道(13)；以及反应器管道(14)，其垂直地流体地连接到反应器入口管道上，并且定位在反应器入口管道下游。反应器管道同样具有纵向轴线。在反应器管道内的是气体清洁装置(20)(诸如催化反应器)，以及用于对从反应器入口管道(13)到反应器管道(14)中的烟道气流整流的气流整流器(30)。气流整流器在反应器管道中布置在气体清洁装置(20)的上游，其中，气流整流器(30)包括至少一个网形筛(30a)。
文档编号B01D53/86GK103153431SQ201180050702
公开日2013年6月12日 申请日期2011年8月16日 优先权日2010年8月19日
发明者A.E.M.耶尔姆贝里, A.M.塔比赫 申请人:阿尔斯通技术有限公司