一种SNCR系统的前端雾化自动伸缩式喷枪的制作方法

本发明适用于垃圾焚烧行业的烟气处理――选择性非催化还原法脱硝系统，用于将脱硝药剂雾化成规定粒径并均匀地喷洒入烟道截面中，具体是一种SNCR系统的前端雾化自动伸缩式喷枪。

背景技术：

集中焚烧法逐渐成为我国城市生活垃圾处理的主要方式，在垃圾焚烧炉的烟气中会产生一定含量的氮氧化物――NOx (NO，NO₂，N₂O，N₂O₃，N₂O₄，N₂O₅等氮氧化物的统称)，随着国民环保意识的增强，随着《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB18485－2014）自2016年1月1日全面实施，对垃圾焚烧炉烟气排放物中的NOx浓度限值提高到了250mg/m³以下，对垃圾焚烧炉烟气处理技术提出了新的要求，现有广泛使用的烟气处理技术之一为选择性非催化还原法脱硝――SNCR（Selective Non-Catalytic Reduction，简写为SNCR）。SNCR系统的关键组成部分即是脱硝喷枪，脱硝喷枪负责使用压缩空气将脱硝药剂――尿素溶液或氨水溶液雾化成50－100μm大小的颗粒，均匀的喷洒到800－1100℃的烟道截面处，雾化后的尿素或氨水在高温下分解出氨自由基，氨自由基与NOx进行选择性非催化还原反应，将NOx转化成无污染的N₂和水，从而实现去除NOx的清洁脱硝技术。

1）氨水做为还原剂的主要反应：

4NO+4NH₃+O₂ → 4N₂+6H₂O

2）尿素作为还原剂的主要反应：

4NO+2NH₂CONH₂+O₂→4N₂+2CO₂+ 4H₂O

现有的喷枪结构主要分为两类，一类是单流体喷枪也叫双层喷枪、后端雾化喷枪，枪管结构分为双层，尿素溶液经喷管内层，雾化空气经喷管外层，在喷嘴处雾化空气和尿素溶液混合，依靠喷嘴的雾化作用，实现尿素溶液的雾化喷射。另一类是双流体喷枪也叫单管喷枪、前端雾化喷枪，喷管结构简单，尿素溶液和雾化空气分别经由一个单流体喷嘴进入喷管中，尿素溶液在喷管中开始雾化成微粒状，并经由喷枪末端的双流体喷嘴进一步雾化后，喷射入烟道中。

按喷枪安装方式分主要有两类，一类是固定式喷枪，喷枪通过安装法兰直接固定在炉墙上，维修或者停用时通过手工拆除安装法兰取出喷枪。一类是自动伸缩式喷枪，喷枪停用时可以依靠气缸的伸缩功能自动将喷管退出炉膛。

现有技术中使用的喷枪主要为单流体固定式喷枪，使用离心风机供应雾化空气。在实际使用过程中，出现的主要问题有：1）雾化空气压力低，溶液吹送距离较近，溶液较难布满整个烟道截面。2）尿素溶液主要靠单流体喷嘴结构起到雾化及喷射角度的分布，喷嘴结构复杂，容易受到烟气中的杂质堆积而堵塞。3）溶液雾化效果差，导致尿素分子在烟道截面分布偏差较大。4）喷枪管及喷嘴长期暴露在高温且具有腐蚀性的烟气环境中容易造成受热变形，使用寿命短。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种SNCR系统的前端雾化自动伸缩式喷枪，包括：喷管、喷嘴、调节丝杆、气缸组件、气动组件、压缩空气气源组件、基座，所述气缸组件、气动组件和压缩空气气源组件连接，所述气缸组件包括无杆气缸，通过调节丝杆将所述喷管固定于无杆气缸的滑台上，通过控制滑台的运动，实现喷管投入炉膛或退出炉膛。

进一步的，还喷枪安装套管，喷枪安装套管预埋入炉墙内固定喷管。

进一步的，还包括碳化硅保护套管，碳化硅保护套管采用耐高温耐酸碱的碳化硅材料制成，套在喷管及喷嘴外侧。

进一步的，所述喷嘴采用55°扇形双流体喷嘴结构。

进一步的，所述喷枪安装套管和基座连接处设有密封组件，密封组件采用聚四氟乙烯套环及石棉绳组合结构。

进一步的，还包括前端雾化组合喷嘴，尿素溶液和压缩空气经前端雾化组合喷嘴进入喷管，压缩空气和尿素溶液进入前端雾化组合喷嘴后的流道截面积变小，以得到较高流速的溶液和空气。

进一步的，所述气动组件包括气源三联件及二位五通双电控电磁阀，用于控制无杆气缸的行程，以及保持无杆气缸的位置。

进一步的，所述压缩空气气源组件包括调压过滤器，调压过滤器用于调节雾化压缩空气压力并过滤压缩空气中的杂质。

进一步的，所述基座上的法兰孔将喷管与喷枪安装套管连接。

本发明还提供了一种SNCR系统的前端雾化自动伸缩式喷枪的工作方法，包括如下步骤：

来自空压站的压缩空气在进入喷枪后分成三路，第一路通入喷枪安装套管预留的接口，用于冷却枪管；第二路接入气动组件，用于驱动气缸；第三路接入压缩空气气源组件，用于雾化尿素溶液；

尿素溶液经压力和流量调节后接入喷枪尿素溶液接口；

当SNCR系统需要该喷射点喷枪进行尿素溶液喷射时，通过控制系统给电磁阀一个动作信号使无杆气缸前进，带动喷管伸进炉膛内的工作位置，动作到位后，无杆气缸上设置的感应开关会反馈给控制系统该喷枪到位的信号，然后尿素溶液控制阀门打开，尿素溶液和压缩空气同时进入喷枪，经前端雾化组合喷嘴混合雾化后最终从喷嘴以扇形喷入炉膛；

停机时先关闭尿素溶液控制阀门，保留压缩空气流量，以利于冷却保护喷管和喷嘴；控制系统给电磁阀一个动作信号使无杆气缸后退，带动喷管后退到炉墙内的待机位置。

本发明的SNCR系统的前端雾化自动伸缩式喷枪有益效果如下：1、利用压缩空气代替离心风机作为雾化空气源，配合本喷枪的结构提高了尿素溶液雾化效果和喷射均匀度、喷射距离，有效保障和提升了SNCR系统的脱硝效果，保障了垃圾焚烧厂的正常运营，减少了故障停机率。2、提高了喷枪的使用寿命。3、减少了喷嘴堵塞的发生频率。

附图说明

图1是本发明的SNCR系统的前端雾化自动伸缩式喷枪结构示意图；

图2是前端雾化组合喷嘴结构示意图；

图3是该喷枪电气原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明的SNCR系统的前端雾化自动伸缩式喷枪，包括：喷枪安装套管1，碳化硅保护套管2，喷管3，喷嘴4，密封组件5，前端雾化组合喷嘴6，调节丝杆7，气缸组件8，气动组件9，压缩空气气源组件10，基座11。

喷枪安装套管1选用304不锈钢管，由锅炉设计方按烟温选择合适位置在砌炉墙时预埋入炉墙内，用于固定喷管3。

碳化硅保护套管2采用耐高温耐酸碱的碳化硅材料，通过定制模具烧结成设计结构尺寸，套在喷管3及喷嘴4外，以起到防护喷管及喷嘴的作用，延长喷嘴3及喷管4使用寿命。

喷管3采用耐温耐磨的310S无缝钢管，用以输送气液混合药剂。

喷嘴4采用55°扇形双流体喷嘴，流体喷射面积更容易覆盖炉膛截面，药剂与烟气混合更均匀。

密封组件5采用聚四氟乙烯套环+石棉绳组合结构，即保证了喷管3在伸缩过程中润滑顺畅，又保证了烟气密封严实不泄漏。

如图2所示，尿素溶液在前端雾化组合喷嘴6处由压缩空气进行初步雾化，喷嘴结构根据溶液流量及气体流量设计流通截面，压缩空气和尿素溶液进入前端雾化组合喷嘴6后的流道截面积变小，以得到较高流速的溶液和空气，使尿素溶液在此得到较大的流速和较好的雾化效果。

调节丝杆7将喷管3固定于无杆气缸的滑台上，并可用于调节喷管3的喷嘴4端面伸出炉膛的长度。

气缸组件8包括带磁石的无杆气缸、感应开关、缓冲器、调速阀等，喷管3固定于无杆气缸的滑台上，通过控制滑台的运动，实现喷枪投入炉膛或退出炉膛。无杆气缸的优势在于结构紧凑，同样行程比普通气缸长度短了近一半，减少了喷管3的长度。

气动组件9包括气源三联件及二位五通双电控电磁阀，用于控制无杆气缸的行程，以及保持无杆气缸的位置。

压缩空气气源组件10包括手动阀、调压过滤器、单向阀、压力开关等，调压过滤器用于调节雾化压缩空气压力并过滤压缩空气中的杂质，防止堵塞喷嘴，单向阀用于防止溶液倒流入气动管路，压力开关用于检测压缩空气压力，保证喷枪在使用中一直会有雾化压缩空气。

基座11为304不锈钢板焊接结构件，用于固定气缸组件8等元件，以及通过法兰孔将喷管3与喷枪安装套管1安装连接。

如图3所示，本发明的SNCR系统的前端雾化自动伸缩式喷枪工作原理如下：来自空压站的压缩空气在进入喷枪后分成三路，第一路通入喷枪安装套管1预留的接口，用于冷却枪管；第二路接入气动组件9，用于驱动气缸；第三路接入压缩空气气源组件10，用于雾化尿素溶液。尿素溶液经压力和流量调节后接入喷枪尿素溶液接口。当SNCR系统需要该喷射点喷枪进行尿素溶液喷射时，通过控制系统给电磁阀一个动作信号使气缸前进，带动喷枪伸进炉膛内规定工作位置，动作到位后，无杆气缸上设置的感应开关会反馈给控制系统一个喷枪到位信号，然后尿素溶液控制阀门打开，尿素溶液和压缩空气同时进入喷枪，经前端雾化组合喷嘴6混合雾化后最终从喷嘴4以扇形喷入炉膛。停机时先关闭尿素溶液控制阀门，保留压缩空气流量，以利于冷却保护枪管和喷嘴。控制系统给电磁阀一个动作信号使气缸后退，带动喷枪后退到炉墙内规定待机位置。

本发明的SNCR系统的前端雾化自动伸缩式喷枪的特点：

1）在压缩空气和尿素溶液进入喷管3的位置设计了独特的喷嘴结构，使得此处的流道截面积变小，压缩空气流速增大并同时与尿素溶液进行混合，能够达到更好的雾化效果和较远的喷射距离。

2）为了提高喷枪的使用寿命，首先设计并选用了无杆气缸，使得喷枪枪管与喷嘴在不需要使用的时候能缩回炉墙内低温处，减少了枪管及喷嘴在烟气中的暴露时间；其次我们根据喷枪的外形定制了碳化硅材料的保护套管，用以减少工作状态下烟气与喷枪喷嘴的直接接触，极大的提高了喷枪的使用寿命，减少了喷枪与喷嘴变形或堵塞的故障概率。

3）双流体喷嘴孔隙大，结构简单，不容易被烟气中的杂质堵塞。雾化喷嘴后移到喷管前端，避免了雾化喷嘴因受热变形或烟气杂质堵塞雾化喷嘴的可能性。

4）独特的前端雾化喷嘴结构，起到了一定的节约雾化压缩空气用量，节约能源耗量的效果。