一种SCR脱硝系统预除爆米花灰的装置及方法与流程

本发明涉及一种SCR脱硝系统预除爆米花灰的方法及装置，属于大气污染物控制技术领域。

背景技术：

爆米花灰是一种形成于锅炉受热面表面的大颗粒灰，通常尺寸可以达到10mm及以上，除此之外，这种灰还具有低密度、疏松多孔和外形不规则等特性。因此，在SCR脱硝系统中，爆米花灰一旦进入催化剂层，势必会磨损催化剂表面，降低催化剂活性，有时甚至会堵塞催化剂孔道，从而加剧未堵塞侧催化剂的磨损，使SCR系统脱硝功能快速失效。

为了防止爆米花灰的堵塞，有必要对进入催化剂层的烟气进行预除灰处理。目前，发达国家和地区的一般做法是在转向烟道下方设置灰斗，并采用计算流体力学软件进行优化设计，但该方法在国内电厂的具体应用过程中并未取得满意效果，主要原因是国内在对脱硝系统设计时首先考虑的是流场均匀性优化，即在速度梯度较大的转向烟道设置导流板。导流板的应用强迫烟气在整个烟道截面上流速均匀，这就会使流入灰斗的灰量偏低，从而显著降低整体除灰效率。也有部分电厂采取在烟道内加装过滤网的措施，但仅仅依靠单一的过滤网很难有效捕集大部分灰粒，而且除尘效率明显受制于过滤网的空隙大小，因为过小的滤网孔径会大大增加烟道的压降损失。

由以上分析可知，为了降低SCR脱硝系统催化剂的磨损，提高整套系统的脱硝能力，非常有必要开发一种既不显著增加脱硝系统压降，又能高效分离爆米花灰的预除灰方法及装置。

技术实现要素：

发明目的：本发明针对SCR脱硝系统内存在爆米花灰而导致催化剂堵塞、磨损严重等突出问题，提供了一种SCR脱硝系统预除爆米花灰的装置及方法，用于分离进入催化剂层前脱硝烟气中的爆米花灰。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种SCR脱硝系统预除爆米花灰的装置，包括顺序连接的竖井烟道、水平烟道和上升烟道，其中：

所述的竖井烟道与水平烟道垂直相连，拐弯连接处设置成流线型外形，内部不设置导流板。

所述水平烟道底板的下侧设置灰斗，底板上侧的前部设置1～20个捕集器，沿烟气流动方向并列布置，每个捕集器的下部对应设置一个分离板；水平烟道中部设置10～100个分离器，上部与水平烟道顶板相连，下部与水平烟道底板相连，并与灰斗内相联通；水平烟道后部设置两层过滤网，第一层过滤网纵向布置，上下两头分别固定于顶板和底板，第二层过滤网横向布置，左右两头分别固定于侧板，底部与灰斗内相联通；水平烟道尾部底板上开设烟气连通口，与灰斗相联通。

所述的上升烟道与水平烟道垂直相连，拐弯连接处设置成流线型外形，内部设置导流板。

所述的捕集器由捕集板、引流板和稳流器组成，其中，捕集板与水平烟道底板夹角为θ＝35～50°，迎流端高于底板H＝50～120mm；引流板呈圆弧形，前端与捕集板相切连接，后端与相邻捕集板的前端竖直对齐；稳流器呈倒三角形，置于引流板下端，其中一条边在捕集板的延长线上。

所述的分离板由两块尺寸相同的钢板焊接而成，夹角为α＝75～90°，每块分离板的顶点与引流板的后端在同一竖直方向，并相距E＝150～500mm，分离板的迎流面与捕集板的延长线相互垂直。

所述的分离器呈现凹槽型，凹面对着来流方向，10～100个分离器布置成两排，呈错列布置，每个分离器与底板倾角为β＝60～75°，每排分离器相距W＝100～180mm，每列分离器相距L＝100～150mm。

本发明进一步提出了一种利用上述SCR脱硝系统预除爆米花灰装置的除尘方法，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转向进入水平烟道时，在重力和离心力的共同作用下，被甩向水平烟道下部区域，尤其是粒径较大的爆米花灰，贴着底板运动，利用这种情况，在水平烟道的底板处设置若干捕集器。

(2)一些夹带较大粒径爆米花灰的烟气在第一块捕集板的引流作用下，进入灰斗，并撞击在分离板上，爆米花灰在重力作用下沿着分离板侧板向下运动，并掉落灰斗底部，烟气在负压作用下，沿着分离板侧板向上运动。

(3)一些夹带较大粒径爆米花灰的烟气在引流板和第二块捕集板的共同作用下，进入灰斗，重复步骤(2)的过程。

(4)一些夹带中等粒径爆米花灰和粗灰的烟气进入水平烟道中部，与第一排分离器的凹槽面撞击，烟气绕过凹槽面从第一排分离器间隙流出，爆米花灰和粗灰沿着凹槽面向下滑动，通过底部的出口进入灰斗，从第一排分离器间隙流过的夹带中等粒径爆米花灰和粗灰的烟气与第二排分离器的凹槽面撞击，并重复以上过程。

(5)一些夹带小粒径爆米花灰和细灰的烟气进入水平烟道后部，与两层过滤网作用，部分灰被拦截掉入灰斗，饶流后的烟气通过导流板的均流作用进入上升烟道。

(6)进入灰斗区域的爆米花灰在重力沉降作用下，掉入灰斗底部的灰库，而进入灰斗区域的烟气则在负压作用下从烟气联通口汇入水平烟道的主流烟气，同样经过导流板的均流作用后进入上升烟道。

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，只是在转向烟道或水平烟道下侧安装灰斗，沉降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，可去除绝大部分爆米花灰和一部分细灰，极大地降低了烟道内支撑结构和催化剂的灰磨损问题。

(2)本发明有机结合了多种气固分离原理，如转向弯道的离心分离原理、分离板和分离器的绕流撞击式分离原理、过滤网的拦截分离原理和灰斗的重力沉降原理等，这种多物理过程的综合应用可以实现爆米花灰和烟气的高效分离。

(3)本发明在水平烟道的底板上设置了捕集器，该结构将捕集板和引流板有机结合，有效捕集了高尘烟气，为后续重力沉降分离和绕流撞击式分离提供了基础。

(4)本发明采用的分离器在水平烟道内凹槽迎流和整体倾斜布置，这种布置方式既有效利用了分离器的绕流撞击式分离原理，也大大降低了分离器的局部阻力，可以在保证除尘效率的基础上不增加系统能耗。

(5)本发明采用的过滤网将纵向网丝和横向网丝分开一定距离布置，这种布置方式在保证一定分离效率的基础上，降低了烟气通过过滤网的压降损失，有助于减小引风机的电耗。

附图说明

图1是本发明实施例的SCR脱硝系统预除爆米花灰装置的主视图，其中有：竖井烟道-1；水平烟道-2；上升烟道-3；灰斗-4；顶板-5；底板-6；捕集器-7；分离板-8；分离器-9；过滤网-10；烟气连通口-11；

图2是本发明实施例的SCR脱硝系统预除爆米花灰装置中的捕集器示意图；

图3是本发明实施例的SCR脱硝系统预除爆米花灰装置中的分离器局部示意图；

图4是本发明实施例的SCR脱硝系统预除爆米花灰装置的A-A向示意图；

图5是本发明实施例的SCR脱硝系统预除爆米花灰装置的B-B向示意图。

具体实施方式

本发明提出了一种SCR脱硝系统预除爆米花灰的装置，如图1～4所示，包括顺序连接的竖井烟道1、水平烟道2和上升烟道3，竖井烟道1与水平烟道2垂直相连，拐弯连接处设置成流线型外形，内部不设置导流板，上升烟道3与水平烟道2垂直相连，拐弯连接处设置成流线型外形，内部设置导流板，水平烟道底板6的下侧设置灰斗4，底板6上侧的前部设置捕集器7，顶板5和底板6之间的中部设置分离器9，后部设置过滤网10，尾部底板上开设烟气连通口11。

其中，捕集器(如图2所示)由捕集板12、引流板13和稳流器14组成，捕集板12与水平烟道底板夹角为θ＝35～50°，迎流端高于底板H＝50～120mm，引流板13呈圆弧形，前端与捕集板12相切连接，后端与相邻捕集板12的前端竖直对齐，稳流器14呈倒三角形，置于引流板13下端，其中一条边在捕集板12的延长线上。1～20个捕集器沿烟气流动方向并列布置，每个捕集器的下部对应设置一个分离板。

分离板8由两块尺寸相同的钢板焊接而成，夹角为α＝75～90°，每块分离板的顶点与引流板的后端在同一竖直方向，并相距E＝150～500mm，分离板的迎流面与捕集板的延长线相互垂直。

分离器9呈现凹槽型，上部与水平烟道顶板相连，下部与水平烟道底板相连，并与灰斗内相联通，凹面对着来流方向，10～100个分离器布置成两排，呈错列布置，每个分离器与底板倾角为β＝60～75°，每排分离器相距W＝100～180mm，每列分离器相距L＝100～150mm。

过滤网10在分两层布置，第一层过滤网纵向布置，上下两头分别固定于顶板和底板，第二层过滤网横向布置，左右两头分别固定于侧板，底部与灰斗内相连，从AA方向看，两层过滤网纵横交错成网状，如图4所示，从BB视图上可以看到横向设置的过滤网，如图5所示。

以下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，该锅炉标态烟气量为200000Nm³/h，水平烟道截面尺寸为高1.8m、宽2m、深6m。改造后，水平烟道与竖井烟道拐弯连接处设置成圆弧形外形，内部不设置导流板。在水平烟道底板的下侧设置灰斗，覆盖整个底板。水平烟道底板上侧的前部设置5个沿烟气流动方向并列布置的捕集器，每个捕集器由捕集板、引流板和稳流器组成。捕集板与水平烟道底板夹角为45°，迎流端高于底板80mm。圆弧形引流板前端与捕集板相切连接，后端与相邻捕集板的前端竖直对齐。呈倒三角形的稳流器置于引流板下端，其中一条边在捕集板的延长线上。

在水平烟道中部设置两排分离器，每个分离器呈现凹槽型，凹面对着来流方向，呈倾斜布置，与底板倾角为68°，上部与水平烟道顶板相连，下部与水平烟道底板相连，每排分离器相距150mm，每列分离器相距120mm，错列布置，分离器底部与灰斗相联通。

在水平烟道后部设置两层过滤网，第一层过滤网纵向布置，上下两头分别固定于顶板和底板，第二层过滤网横向布置，左右两头分别固定于侧板，底部与灰斗内相连通。水平烟道尾部底板上开设烟气连通口，与灰斗相联通。

分离板由两块尺寸相同的钢板焊接而成，夹角为85°，设置在每个捕集器的下部，每块分离板的顶点与引流板的后端在同一竖直方向，并相距300mm，分离板的迎流面与捕集板的延长线相互垂直。

当SCR脱硝系统预除爆米花灰的装置工作时，从锅炉下降烟道流过来的含尘烟气转向进入水平烟道时，在重力和离心力的共同作用下，被甩向水平烟道下部区域，尤其是粒径较大的爆米花灰，贴着底板运动。此时，一些夹带较大粒径爆米花灰的烟气在第一块捕集板的引流作用下，进入灰斗，并撞击在分离板上，爆米花灰在重力作用下沿着分离板侧板向下运动，并掉落灰斗底部，烟气在负压作用下，沿着分离板侧板向上运动。另一些夹带较大粒径爆米花灰的烟气在引流板和第二块捕集板的共同作用下，进入灰斗，重复上述过程。而一些夹带中等粒径爆米花灰和粗灰的烟气进入水平烟道中部，与第一排分离器的凹槽面撞击，烟气绕过凹槽面从第一排分离器间隙流出，爆米花灰和粗灰沿着凹槽面向下滑动，通过底部的出口进入灰斗，从第一排分离器间隙流过的夹带中等粒径爆米花灰和粗灰的烟气与第一排分离器的凹槽面撞击，并重复以上过程。其余一些夹带小粒径爆米花灰和细灰的烟气进入水平烟道后部，与两层过滤网作用，部分灰被拦截掉入灰斗，烟气通过导流板的均流作用后进入上升烟道。进入灰斗区域的爆米花灰在重力沉降作用下，掉入灰斗底部的灰库，而进入灰斗区域的烟气则在负压作用下从烟气连通口汇入水平烟道的主流烟气，同样经过导流板的均流作用后进入上升烟道。

本发明有机结合了多种气固分离原理，如转向弯道的离心分离原理、分离板和分离器的绕流撞击式分离原理、过滤网的拦截分离原理和灰斗的重力沉降原理等，这种多物理过程的综合应用可以实现爆米花灰和烟气的高效分离。同时，通过在水平烟道的底板上设置了捕集器，该结构将捕集板和引流板有机结合，有效捕集了高尘烟气，为后续重力沉降分离和绕流撞击式分离提供了基础。

另外，本发明采用的分离器在水平烟道内凹槽迎流和整体倾斜布置，这种布置方式既有效利用了分离器的绕流撞击式分离原理，也大大降低了分离器的局部阻力，可以在保证除尘效率的基础上不增加系统能耗。另一方面，通过采用的过滤网将纵向网丝和横向网丝分开一定距离布置，这种布置方式在保证一定分离效率的基础上，降低了烟气通过过滤网的压降损失，有助于减小引风机的电耗。