一种SCR脱硝预除尘装置及方法与流程

本发明涉及一种SCR脱硝预除尘方法与装置，属于大气污染物控制技术领域。

背景技术：

SCR脱硝技术是目前电站锅炉实现氮氧化物超低排放标准的主要技术。在常规SCR脱硝装置的设计中，技术人员往往只注重对气相流场的优化，而忽略对固相流场的优化，这种简化处理方法使得投运的脱硝装置并非出于一种最优化的运行状态，会出现一系列技术问题。最典型的问题就是：在实际运行过程中，反应器首层催化剂截面上的飞灰浓度分布不均，出现局部区域浓度高，局部区域浓度低的情况，如在靠近反应器后墙侧存在高浓度灰颗粒。一旦SCR脱硝催化剂在受到高灰浓度烟气的长时间冲刷作用，会发生表层界面磨损，影响催化反应效果，降低脱硝效率，严重的甚至会发生催化剂反应模块坍塌现象，堵塞部分催化剂孔道，进一步影响到整体流场，使得未堵塞区烟气流速明显增加，飞灰磨损速率明显加快，长时间运行不仅显著增加能耗，而且影响锅炉主体设备的生产安全运行。因此，降低催化剂飞灰磨损，是保证电站锅炉SCR脱硝装置长期安全运行的必要措施之一。

目前，降低催化剂飞灰磨损主要有两种方法。第一种就是协同优化气固两相流场，即在气相流场优化的基础上，根据固相流场的均匀化准则，进一步优化固相流场，但该方法只是对飞灰颗粒在空间分布上进行了均匀化分配，不能从源头上降低飞灰的平均浓度，因此减损效果非常有限。第二种方法是将进入反应器前的飞灰颗粒进行部分分离，在总量上明显降低飞灰颗粒的数量，这是一种最有效的方法。但是，在处于反应温度窗口的脱硝连接烟道内进行飞灰分离有其复杂性和特殊性，如果采用常规的分离装置，如旋风分离器，虽然能获得较高的分离效率，却会明显增加整个系统的运行阻力，大大增加引风机的电耗，不符合锅炉设备低能耗经济性运行这一原则。

因此，在这种背景下，开发一种具有较高分离效率，又不会增加系统阻力的SCR脱硝预除尘方法及装置，势在必行。

技术实现要素：

发明目的：本发明针对常规脱硝装置存在因烟气飞灰浓度高导致催化剂磨损严重这一突出问题，提供了一种利用烟气转向灰尘甩壁和烟尘差异离心力特点分离烟气中的大颗粒灰尘的SCR脱硝预除尘装置。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供一种SCR脱硝预除尘装置，所述的SCR脱硝预除尘集灰装置包括顺序连接的水平烟道、转向烟道和竖直烟道，所述转向烟道大圆弧形侧壁内侧下端设置有若干除灰管；所述竖直烟道的下部安装引流板；所述转向烟道大圆弧侧壁面的外侧下端设置有集灰斗，所述集灰斗的顶部入口与除灰管的灰尘出口相连，集灰斗的底部设置有排灰口。

其中，每个除灰管由锥管段和设置于所述锥管段上面的滤灰板组成，其中，锥管段锥度为θ＝5°～15°，上部管子直径比下部管直径大，底部为灰尘出口，顶部为烟气出口，与滤灰板密封连接，锥管段迎流面的下部开设有椭圆形烟尘入口。

多个除灰管呈矩阵错列布置，横向间距为W₁＝100mm～200mm，纵向间距为h₁＝100mm～350mm，近壁面侧距壁面1/2W₁，椭圆形烟尘入口底端距圆弧形壁面L＝20mm～80mm。

所述的滤灰板呈圆形，直径为锥管段上部管子的外径，板上开设过滤孔，孔径γ＝1mm～2mm，开孔率ε＝7％～12％。

所述的引流板为折形，设置于竖直烟道内的下部，直段与竖直烟道侧边平行，折段与直段成β＝30°～40°，每个引流板直段间距从竖直烟道外侧到内侧逐渐增大。

本发明进一步提出了一种利用上述SCR脱硝预除尘装置的除尘方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)从锅炉竖井烟道流过来的含尘烟气在重力和离心力的共同作用下，从水平烟道一侧进入，并流到水平烟道的另一侧，此时，烟道下部近壁面区烟气的灰尘浓度明显比上侧高，如此存在灰尘浓度上下偏差的含尘烟气从水平烟道进入转向烟道，在离心力作用下，灰尘更加偏向于转向烟道大圆弧侧流动；

(2)当高浓度含尘烟气流过第一排除尘管时，部分含尘烟气从烟尘入口进入，沿着锥管段内部向上运动，由于锥管段截面积由下往上逐渐增加，所以烟气流速逐渐减小，灰尘颗粒受到烟气的曳力减小，部分大颗粒的重力要大于颗粒受到的浮力和曳力之和，开始沿着锥管段内壁面向下滑动，直到从灰尘出口进入集灰斗；

(3)从第一排集灰管间隙流过的部分高浓度含尘烟气流过第二排集灰管，从烟尘入口进入，重复步骤(3)的过程；

(4)高浓度含尘烟气流过所有的集灰管后，50％～70％的大颗粒被分离下来，并统一汇集到集灰斗，通过排灰口排出，而分离后的烟气进入竖直烟道，存在较大的速度偏差，外侧速度高，内侧速度低，速度高的烟气通过密集引流板的整流作用后速度明显降低，而速度低的烟气通过稀疏引流板后速度略有降低。烟气通过引流板的整流作用后，烟气速度相对偏差被控制在10％以内，流出竖直烟道。

有益效果：与常规的SCR脱硝装置相比较，本发明具有如下的特色及优点：

1、常规SCR脱硝装置通常不额外加装预除尘装置，只是在水平烟道下侧安装灰斗，收集小部分粒径较大的爆米花颗粒，而本发明专门加装了预除尘装置，可去除大部分灰颗粒，极大地降低了催化剂的灰磨损问题。

2、本发明利用含尘烟气在转向烟道内的离心力作用和在除灰管内的惯性力作用，实现了高温高浓度灰颗粒的快速有效分离，这种巧妙组合方式不同于常规的基于单一原理设计的复杂气固分离器，具有设备简单和安装方便的显著优点。

3、常规SCR脱硝装置通常在转向烟道安装大尺度弧形导流板，而本发明通过取消导流板让烟气自然转向形成高浓度烟尘区域，加装的除灰管只占据很小的一部分烟道面积，这种布置方式不仅不增加压降，而且有助于降低压降，减小整个锅炉设备的能耗。

4、本发明预除灰装置的除灰管倾斜的外壁面可以引导烟气的流向，代替部分常规脱硝装置安装于此的导流板功能，而除灰管顶部的过滤板具有多孔栅网的功能，能进一步提高预除尘装置的除尘效率。

附图说明

图1是本发明的SCR脱硝预除尘装置主视图，其中有：水平烟道-1；转向烟道-2；竖直烟道-3；除灰管-4；集灰斗-5；排灰口-6；引流板-7；

图2是本发明的SCR脱硝预除尘装置A-A向俯视图，其中有：转向烟道-2；除灰管-4；

图3是本发明的SCR脱硝预除尘装置中的除灰管示意图，其中有：锥管段-8；过滤板-9；过滤孔-10；烟尘入口-11；灰出口-12；

图4是本发明的SCR脱硝预除尘装置中的引流板示意图，其中有：直段-13；折段-14。

具体实施方式

本发明提出了一种SCR脱硝预除尘装置，如图1～4所示，包括顺序连接的水平烟道1、转向烟道2和竖直烟道3，转向烟道大圆弧形侧壁内侧下端设置有若干除灰管4；竖直烟道的下部安装引流板7；转向烟道大圆弧侧壁面的外侧下端设置有集灰斗5，集灰斗5的顶部入口与除灰管4的灰尘出口12相连，集灰斗的底部设置有排灰口6。

其中，每个除灰管由锥管段8和设置于所述锥管段上面与之密封连接的滤灰板9组成，其中，锥管段锥度为θ＝5°～15°，上部管子直径比下部管直径大，底部为灰尘出口，顶部为烟气出口，锥管段迎流面的下部开设有椭圆形烟尘入口11。多个除灰管呈矩阵错列布置，横向间距为W₁＝100mm～200mm，纵向间距为h₁＝100mm～350mm，近壁面侧距壁面1/2W₁，m为行数，n为列数，椭圆形烟尘入口11底端距圆弧形壁面L＝20mm～80mm。

滤灰板呈圆形，直径为锥管段上部管子的外径，板上开设过滤孔10，孔径γ＝1mm～2mm，开孔率ε＝7％～12％。

引流板7为折形，设置于竖直烟道内的下部，直段13与竖直烟道侧边平行，折段14与直段成β＝30°～40°，每个引流板直段间距从竖直烟道外侧到内侧逐渐增大.

以下参通过具体的实施例详细说明本发明技术方案的应用过程。本实施例在以本技术方案为前提下进行实施，给出了实施方式，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例针对某电站燃煤锅炉进行SCR脱硝除尘技术改造，该锅炉在额定工况运行时尾部烟道内飞灰含量达35.6g/Nm³，本实施例根据烟气高灰参数特性和烟道的结构特征，拟定了改造方案：

改造后的脱硝连接烟道包含水平烟道、转向烟道和竖直烟道，水平烟道高度2000mm，宽度6150mm，竖直烟道深度为1800mm，宽度为6150mm，转向烟道为圆弧形，连接水平烟道和竖直烟道。在转向烟道的大圆弧形侧壁内侧下端设置除灰管，以矩阵错列方式布置。每排除灰管在水平面上投影纵向间距为280mm，共6排，在同一排中共有26个，每个除灰管横向间距为225mm，两端外侧的除灰管与壁面间距为150mm。

每个除灰管都由锥管段和圆形滤灰板组成，其中，锥管段锥度为θ＝10°，顶部管段直径为150mm，底部管段直径为80mm，高度为200mm。在距底部出口60mm处与管子中心线垂直方向开设80mm直径的烟尘入口，在顶部出口用直径为150mm的滤灰板密封，板上开设虑灰孔，孔径为2mm，开孔率为10％。10mm高的除灰管下部穿过转向烟道的壁面进入集灰斗，这样，烟尘入口下沿距壁面为10mm。集灰斗设置于转向烟道大圆弧形侧壁面的外侧下端，顶部入口与每个除灰管的灰尘出口相连，底部为排灰口。

在竖直烟道的下部安装引流板，该板为折形，直段与竖直烟道侧边平行，折段与直段成β＝35°，每个引流板直边间距从右至左逐渐增大。

当预除尘装置工作时，从锅炉竖井烟道流过来的含尘烟气在重力和离心力作用下，从水平烟道一侧进入，并流到烟道的另一侧，此时，烟道下部的灰尘浓度明显比上侧高。如此存在灰尘浓度上下偏差的含尘烟气从水平烟道进入转向烟道，在离心力作用下，灰尘更加偏向于转向烟道外侧流动。当高浓度烟尘流过第一排除灰管时，部分烟尘从烟尘入口进入，沿着锥管段向上运动。由于锥管截面积由下往上逐渐增加，所以烟气流速逐渐减小，在这种情况下，灰尘颗粒受到的烟气曳力减小，部分大颗粒的重力要大于颗粒受到的浮力和曳力之和，开始沿着锥管壁向下滑动，直到从灰尘出口进入集灰斗。从第一排除灰管间隙流过的部分高浓度烟尘流过第二排除灰管，从烟尘入口进入，重复以上过程。这样，高浓度烟尘流过所有的除灰管后，60％左右的大颗粒被分离下来，统一汇集到集灰斗，并从排灰口定期排出，而分离后的烟气进入竖直烟道，存在较大的速度偏差，外侧速度高，内侧速度低，速度高的烟气通过密集引流板的整流作用后速度明显降低，而速度低的烟气通过稀释引流板后速度略有降低，这样，烟气通过引流板的整流作用后，烟气速度偏差被控制在10％以内，流出竖直烟道。