烟气混合升温装置和中低温SCR脱硝系统的制作方法

本发明涉及脱硝技术领域，更具体地说，涉及一种烟气混合升温装置和中低温scr脱硝系统。

背景技术：

中低温scr脱硝工艺区别于运行温度在320～420℃的scr(selectivecatalyticreduction)脱硝工艺，中低温scr脱硝工艺的来流烟气温度低，为了保证180～280℃的运行温度，需要通过烟气换热器换热以及高温烟气混合加热来提升运行温度，确保反应温度稳定，混合后的烟气经入口烟道进入scr脱硝反应器。

具体地，高温烟气混合加热为在烟气混合升温装置中进行，采用加热炉燃烧产生800℃以上的高温烟气与经烟气换热器换热后的脱硝烟气混合进行升温。但是，由于中低温scr脱硝系统的脱硝烟气量较大，烟道截面也较大，且混合距离有限，导致高温烟气在烟道内难以均匀快速地混合，使得烟气温度的均匀性较差，超过了规范要求温差±10℃的要求，使得在低温区域催化剂的活性较低，导致脱硝效率不均匀、脱硝效率较低。

综上所述，如何提高高温烟气和脱硝烟气混合的均匀性，以提高烟气温度的均匀性，提高脱硝效率，以是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种烟气混合升温装置，提高高温烟气和脱硝烟气混合的均匀性，以提高烟气温度的均匀性，提高脱硝效率。

本发明的另一目的是提供一种具有上述烟气混合升温装置的中低温scr脱硝系统。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种烟气混合升温装置，包括：烟气母管，入口烟道和支管组件；

其中，所述支管组件包括：与所述烟气母管连通的连接部分，用于设置在所述入口烟道内且在设定平面内将所述入口烟道划分为网状的划分部分；其中，所述设定平面垂直于所述入口烟道内的烟气流向，所述连接部分和所述划分部分连通，且所述划分部分设置有出气孔，所述出气孔位于所述入口烟道的每个网孔区内。

优选地，任意两个所述网孔区在所述设定平面内的面积相等。

优选地，所述网孔区在所述设定平面内的分布方向与所述烟气母管的长度方向之间具有夹角α，且0<α<90°。

优选地，所述网孔区在所述设定平面内沿横向和纵向分布，其中，所述设定平面的横向与所述烟气母管的长度方向平行，所述设定平面的横向垂直于所述设定平面的纵向。

优选地，所述支管组件包括一级支管和二级支管；

其中，所述一级支管包括依次连通的连接管段和安装管段，所述连接管段连通所述安装管段和所述烟气母管；所述二级支管与所述安装管段连通，所述出气口设置于所述二级支管；所述安装管段和所述二级支管形成所述划分部分，所述连接管段形成所述连接部分。

优选地，所述二级支管沿所述入口烟道内的烟气流向分层布置，任意两层中，所述二级支管顺列布置或错位布置。

优选地，a/b≤0.2，c/b≤0.2；

其中，a为所述一级支管沿所述烟气母管内的烟气流向在所述设定平面内的投影面积，c为所述二级支管沿所述烟气母管内的烟气流向在所述设定平面内的投影面积，b为所述入口烟道的横截面的面积，所述入口烟道的横截面平行于所述设定平面。

优选地，所述一级支管至少为两个，且相邻的两个所述一级支管的间距为1000mm-2000mm；

所述二级支管至少为两排，且沿垂直于所述烟气母管长度方向的方向依次分布；相邻的两排所述二级支管的排间距为500mm-1000mm。

优选地，每个所述网孔区中，相邻的两个所述出气孔的间距为200mm-500mm。

优选地，所述烟气母管具有渐缩管段，所述渐缩管段沿所述烟气母管内的烟气流向渐缩。

优选地，所述烟气母管的母管截面呈梯形，且所述母管截面与所述烟气母管内的烟气流向平行。

本发明提供的烟气混合升温装置的混合原理为：经加热炉产生的高温烟气进入烟气母管，然后经连接部分进入划分部分并通过出气孔排至入口烟道的网孔区内；经烟气换热器排出的脱硝烟气进入入口烟道内，脱硝烟气达到各个网孔区并与排至网孔区内的高温烟气混合，混合后经入口烟道的出口排出。

本发明提供的烟气混合升温装置，通过支管组件的划分部分在设定平面内将入口烟道划分为网状，该设定平面垂直于入口烟道内的烟气流向，从而实现了脱硝烟气和高温烟气分网孔区混合，有效提高了高温烟气和脱硝烟气混合的均匀性，提高了烟气温度的均匀性，进而提高了脱硝效率；同时，每个网孔区中同时进行混合，提高了混合效率。

基于上述提供的烟气混合升温装置，本发明还提供了一种中低温scr脱硝系统，该中低温scr脱硝系统包括烟气混合升温装置，所述烟气混合升温装置为上述任一项所述的烟气混合升温装置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的烟气混合升温装置的一种结构示意图；

图2为本发明实施例提供的烟气混合升温装置的另一种结构示意图；

图3为采用本发明实施例提供的烟气混合升温装置的360m²烧结烟气scr脱硝系统中第一层催化剂层上部500mm处烟气温度分布云图；

图4为采用本发明实施例提供的烟气混合升温装置的230m²烧结烟气scr脱硝系统中第一层催化剂层上部500mm处烟气温度分布云图；

图5为采用本发明实施例提供的烟气混合升温装置的90万吨焦炉烟气scr脱硝系统中第一层催化剂层上部500mm处烟气温度分布云图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，本发明实施例提供的烟气混合升温装置包括：烟气母管1，入口烟道4和支管组件。

上述烟气母管1用于与加热炉连通，以供加热炉产生的高温烟气进入烟气母管1内。为了便于烟气进入，上述烟气母管1的一端为进口端，上述烟气母管1的另一端为封闭端。当然，也可选择上述烟气母管1的两端均为进口段，并不局限于上述实施例。

上述入口烟道4的进口用于与烟气换热器的脱硝烟气出口连通，以供经过烟气换热器的脱硝烟气进入该入口烟道4；上述入口烟道4的出口用于与脱硝反应器连通的烟气进口连通，以保证经过混合加热的烟气进入scr脱硝反应器中。上述入口烟道4内的烟气流向为脱硝烟气的大致流向，如图1和图2所示，入口烟道4旁边的箭头表示入口烟道4内的烟气流向。

上述支管组件包括：与烟气母管1连通的连接部分，用于设置在入口烟道4内且在设定平面内将入口烟道4划分为网状的划分部分；其中，设定平面垂直于入口烟道4内的烟气流向，连接部分和划分部分连通，且划分部分设置有出气孔，该出气孔位于入口烟道4的每个网孔区内。

可以理解的是，将入口烟道4划分为网状，是指将入口烟道4的烟道腔划分为网状，即入口烟道4的烟道腔在设定平面内呈网状，则表明入口烟道4包括多个网孔区。

可以理解的是，任意两个上述网孔区是连通的，进入入口烟气4的脱硝烟气能够到达每个网孔区，每个网孔区混合的烟气均能够排出入口烟气4。每个网孔区在设定平面内的面积越小，越能提高混合的均匀性。在实际应用过程中，根据实际需要设定网孔区在设定平面内的面积，本发明实施例对此不做限定。

本发明实施例提供的烟气混合升温装置的混合原理为：经加热炉产生的高温烟气进入烟气母管1，然后经连接部分进入划分部分并通过出气孔排至入口烟道4的网孔区内；经烟气换热器排出的脱硝烟气进入入口烟道4内，脱硝烟气达到各个网孔区并与排至网孔区内的高温烟气混合，混合后经入口烟道4的出口排出。

本发明实施例提供的烟气混合升温装置，通过支管组件的划分部分在设定平面内将入口烟道4划分为网状，该设定平面垂直于入口烟道4内的烟气流向，从而实现了脱硝烟气和高温烟气分网孔区混合，有效提高了高温烟气和脱硝烟气混合的均匀性，提高了烟气温度的均匀性，进而提高了脱硝效率；同时，每个网孔区中同时进行混合，提高了混合效率。

上述烟气混合装置中，两个网孔区在设定平面内的面积可相等，也可不等。为了提高混合均匀性，至少两个上述网孔区在设定平面内的面积相等。进一步地，任意两个网孔区在设定平面内的面积相等。

上述烟气混合装置中，对于网孔区的分布，根据实际需要进行设计。例如，网孔区在设定平面内的分布方向与烟气母管1的长度方向之间具有夹角α，且0<α<90°，此时，网孔区在设定平面内的分布方向和烟气母管1的长度方向相对倾斜。

当然，也可选择上述网孔区在设定平面内沿横向和纵向分布，其中，设定平面的横向与烟气母管1的长度方向平行，设定平面的横向垂直于设定平面的纵向。

对于上述支管组件的具体结构，根据实际需要进行设计。优选地，上述支管组件包括一级支管2和二级支管3；其中，一级支管2包括依次连通的连接管段和安装管段，连接管段连通安装管段和烟气母管1；二级支管3与安装管段连通，出气口设置于二级支管3；安装管段和二级支管3形成划分部分，连接管段形成连接部分。

可以理解的是，连接管段位于入口烟道4的外侧，安装管段位于入口烟道4的内部。为了保证在设定平面内将入口烟道4的烟道腔划分为网状，上述一级支管2为一个时，二级支管3至少为两个；上述一级支管2至少为两个时，二级支管3至少为三个。因此，每个一级支管2的两侧均设置有二级支管3，即二级支管3至少为两个；上述出气口设置于二级支管3的两侧。

上述支管组件中，当一级支管2至少为两个时，一级支管2沿烟气母管1的长度方向依次分布，且一级支管2的长度方向垂直于烟气母管1的长度方向；二级支管3的长度方向平行于烟气母管1的长度方向，二级支管3可仅沿烟气母管1的长度方向依次分布，也可沿横向和纵向分布。对于横向和纵向的理解请参考上文，此处不再赘述。

进一步地，上述二级支管3沿入口烟道4内的烟气流向分层布置，如图2所示。这样，可进一步提高混合均匀性。

上述结构中，任意两层中，二级支管3顺列布置或错位布置。其中，顺列布置，是指一层中的二级支管3在设定平面内的投影和另一层中的二级支管3在设定平面内的投影重合；错位布置，是指一层中的二级支管3在设定平面内的投影和另一层中的二级支管3在设定平面内的投影无重合部。上述投影均是指沿烟气母管1内的烟气流向所产生的投影。

当然，也可选择存在两层中二级支管3顺列布置、以及存在两层中二级支管错位布置；在实际应用过程中，亦可选择二级支管3仅为一层，如图1所示，并不局限于上述实施例。

为了减小一级支管2对烟气造成的阻力，降低系统能耗，优先选择a/b≤0.2，其中，a为一级支管2沿烟气母管1内的烟气流向在设定平面内的投影面积，b为入口烟道4的横截面的面积，入口烟道4的横截面平行于设定平面。

相应地，为了减小二级支管3对烟气造成的阻力，降低系统能耗，优先选择c/b≤0.2，其中，c为二级支管3沿烟气母管1内的烟气流向在设定平面内的投影面积。

当然，也可根据实际需要选择上述比值为其他数值，并不局限于此。

上述烟气混合升温装置中，一级支管2至少为两个时，一级支管2沿烟气母管1的长度方向依次分布。对于相邻的两个一级支管2的间距，根据实际需要进行选择。优选地，相邻的两个一级支管2的间距为1000mm-2000mm。这样，可以避免二级支管3过长而影响分配均匀性。当然，也可选择相邻的两个一级支管2的间距为其他数值，并不局限于上述实施例。

上述烟气混合升温装置中，二级支管3至少为两排，且沿垂直于烟气母管1长度方向的方向依次分布；相邻的两排二级支管3的排间距为500mm-1000mm。在此间距范围内，可确保高温烟气喷入可有效覆盖该区域，实现烟气的高效混合。

具体地，任意两排二级支管3沿垂直于一级支管1长度方向的方向依次分布。

对于上述一级支管2和二级支管3的形状，根据实际需要进行选择。例如，一级支管2的横截面为六边形、四边形或圆形等，二级支管3的横截面为六边形、四边形或圆形等。如图1所示，一级支管2的横截面为六边形，二级支管3的横截面为六边形；如图2所示，一级支管2的横截面为六边形，二级支管3的横截面为四边形。为了便于混合，上述六边形呈条形，上述四边形为长方形。

当然，也可选择上述一级支管2和二级支管3为其他形状，并不局限于上述实施例。

上述烟气混合升温装置，对于出气孔的间距，根据实际需要进行设定。优选地，每个网孔区中，相邻的两个出气孔的间距为200mm-500mm。这样，确保了各出气孔能够有效覆盖该区域的烟道截面。

上述烟气混合升温装置中，对于烟气母管1的形状，根据实际需要进行设计。优选地，上述烟气母管1具有渐缩管段，渐缩管段沿烟气母管1内的烟气流向渐缩。这样，提高了烟气母管1内静压的均匀性，从而提高了分配均匀性。

对于渐缩管段的横截面可呈圆形、或四边形等。如图1和图2所示，上述渐缩管段的横截面呈四边形。需要说明的是，上述横截面垂直于烟气母管1内的烟气流向。

优选地，烟气母管1的母管截面呈梯形，且母管截面与烟气母管1内的烟气流向平行。当然，也可选择上述烟气母管1为其他形状，并不局限于此。

上述烟气母管1具有渐缩管段，可选择整个烟气母管1为渐缩管，也可选择烟气母管1的部分管段为渐缩管段，在实际应用过程中根据需要进行选择。

下面结合具体的应用来说明上述实施例提供的烟气混合升温装置所达到的技术效果。

实施例一

将上述实施例提供的烟气混合升温装置应用于某360m²烧结烟气scr脱硝系统中，烧结脱硝烟气经过烟气换热器热回收后，烧结脱硝烟气温度提升至250℃左右，烟气量为2578500m³/h，入口烟道4的尺寸为15.6m×3.5m。为确保烟气温度提升至280℃左右，从加热炉内燃烧出一股高温烟气，该高温烟气的温度为800℃，烟气量为281800m³/h，该高温烟气通过烟道引接至上述烟气混合升温装置中，高温烟气通过烟气母管1的分配至一级支管2中，然后通过二级支管3喷入至入口烟道4内，与250℃的脱硝烟气进行混合升温。

本实例中烟气母管1采用锥形烟道结构，烟气流速为11.5m/s，烟气母管1的入口截面尺寸为2.6m×2.6m，烟气母管1的末端截面尺寸为2.6m×0.3m；一级支管2为八个，一级支管2的间距为1950mm，一级支管2的横截面为六边形，一级支管2的横截面面积为0.74m²，一级支管2的宽度为0.4m，a/b＝0.2，一级支管2内部的高温烟气流速为13m/s；二级支管3为四排，二级支管3的排间距为875mm，二级支管3的横截面为六边形，二级支管3的横截面面积为0.08m²，二级支管3的宽度0.2m，c/b＝0.18，二级支管3内部的高温烟气流速为16m/s，同时二级支管3的两侧均开有4个φ150mm的出气孔，出气孔的孔间距为387.5mm，出气孔孔口的高温烟气流速为18m/s。

通过采用该烟气混合升温装置，模拟分析发现其可以实现scr脱硝第一层催化剂层上部500mm处烟气温度分布在548k-557k(即275℃-284℃)范围内，如图3所示。该系统满足了温度分布偏差小于±5℃的要求，且烟气混合升温装置对脱硝烟气产生的阻力为145pa。可见其产生的阻力较低，但混合升温效果较好。

实施例二

上述实施例提供的烟气混合升温装置应用于某230m²烧结烟气scr脱硝系统中，烧结脱硝烟气经过烟气换热器热回收后温度提升至250℃，烟气量为1865300m³/h，入口烟道4的尺寸为13.75m×2.9m，采用800℃，199200m³/h高温烟气将其加热至280℃左右。

本实例中，烟气母管1采用锥形烟道结构，烟气母管1内的烟气流速为10m/s，烟气母管1的入口截面尺寸为2.35m×2.35m，烟气母管1的末端截面尺寸为2.35m×0.3m；一级支管2为八个，一级支管2的间距为1718mm，一级支管2的横截面为六边形，一级支管2的横截面面积为0.534m²，一级支管2的宽度为0.32m，a/b＝0.186，一级支管2内部的高温烟气流速为13m/s；二级支管3为四排，二级支管3的排间距为725mm，二级支管3的横截面为六边形，二级支管3的横截面面积为0.58m²，二级支管3的宽度为0.15m，c/b＝0.168，二级支管3内部的高温烟气流速为15m/s，同时二级支管3的两侧均开有4个φ120mm的出气孔，出气孔的间距为350mm，出气孔孔口的高温烟气流速为19m/s。

通过采用该烟气混合升温装置，模拟分析发现其可以实现scr脱硝第一层催化剂层上部500mm处烟气温度分布在548k-558k(即275℃-285℃)范围内，如图4所示，其满足了温度分布偏差小于±5℃的要求，且烟气混合升温装置对脱硝烟气产生的阻力为127pa。

实施例三

上述实施例提供的烟气混合升温装置应用于某90万吨焦炉烟气scr脱硝系统中，焦炉脱硝烟气经过烟气换热器热回收后的温度为200℃，烟气量为355230m³/h，入口烟道4的尺寸为6m×1.3m，采用900℃，36040m³/h高温烟气将其加热至230℃左右。

本实例中，烟气母管1采用锥形烟道结构，烟气母管1内的烟气流速为10m/s，烟气母管1的入口截面尺寸为1m×1m，烟气母管1的末端截面尺寸为2.35m×0.32m；一级支管2为四根，一级支管2的间距为1500mm，一级支管2的横截面为六边形，一级支管2的横截面面积为0.193m²，一级支管2的宽度为0.25m，a/b＝0.167，一级支管2内部的高温烟气流速为13m/s；二级支管3采用双层顺列布置，二级支管3为三排，二级支管3的排间距为433mm，二级支管3的横截面为长方形，二级支管3的横截面面积为0.14m²，二级支管3的宽度为0.09m，c/b＝0.173，二级支管3内部的高温烟气流速为15m/s，同时二级支管3的两侧均开有4个φ86mm的出气孔，出气孔的间距为312.5mm，出气孔孔口的高温烟气流速为18m/s。

通过采用该烟气混合升温装置，模拟分析发现其可以实现scr脱硝第一层催化剂层上部500mm处烟气温度分布在498k-508k(即225℃-235℃)范围内，如图5所示，其满足了温度分布偏差小于±5℃的要求，且烟气混合升温装置对脱硝烟气产生的阻力为135pa。

通过上述三个实施例可见，本发明实施例提供的烟气混合升温装置可有效实现高温烟气与脱硝烟气能够多网孔区分布并进行快速混合，入口烟道4中各网孔区内的烟气能够快速并均匀的实现温升，避免了入口烟道4内出现大温度梯度和热应力差，并确保最终scr脱硝反应器内部混合烟气温度偏差能够达到±5℃要求，远高于现有规范要求。

基于上述实施例提供的烟气混合升温装置，本发明实施例还提供了一种中低温scr脱硝系统，该中低温scr脱硝系统包括烟气混合升温装置，该烟气混合升温装置为上述实施例提供的烟气混合升温装置。

由于上述实施例提供的烟气混合升温装置具有上述技术效果，上述中低温scr脱硝系统具有上述实施例提供的烟气混合升温装置，则上述中低温scr脱硝系统也具有相应的技术效果，本文不再赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。