本实用新型涉及脱硝技术，具体涉及一种用于烟气脱硝的还原剂喷雾装置。
背景技术：
目前，我国水泥行业已经跨入高速发展的行列。据统计，2016年国内的水泥产量突破24亿吨，其中90％以上的水泥均来自于新型干法生产法。水泥行业氮氧化物的排放已经超过总排量的10％，已经成为了除火力发电、汽车尾气排放的第三排放源。氮氧化物是主要的大气污染物之一，会严重影响人们的身心健康并破坏地球生态环境。
目前较为通用的脱硝技术是选择性非催化还原脱硝技术(SNCR)、选择性催化还原脱硝技术(SCR)及分级燃烧技术。其中，SNCR技术是全世界水泥生产脱硝应用最为广泛的技术。其工作原理为将氨水或者使用尿素通过溶解后变成溶液作为还原剂，通过喷枪雾化直接喷入水泥回转窑或分解炉合适的温度区域(800～1050℃)进行选择性非催化还原反应，将NOx还原成N2，该类型的脱硝效率可达到55％～80％。
喷枪是SNCR脱硝工艺的核心技术。喷枪的主要作用是将还原剂进行雾化，其雾化效果直接影响到还原剂与烟气的混合程度，进而影响到还原反应，并最终影响脱硝效率。由于SNCR还原剂喷枪长期处于高温区(最高温度可达1350℃)工作，同时，受到高温气流中的大量颗粒的冲击，很容易造成喷枪发生形变，进而影响喷枪的雾化效果，影响脱硝效率。
技术实现要素：
为了克服上述缺陷，本实用新型提供一种用于烟气脱硝的还原剂喷雾装置，该装置结构简单，工作稳定，能够实现对还原剂(氨水或尿素溶液)的多次雾化，雾化效果好，有效解决了现有喷枪的损耗大、成本高、雾化效果差以及喷枪易发生形变的问题。
本实用新型为了解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种用于烟气脱硝的还原剂喷雾装置，包括还原剂液体管道和套设于还原剂液体管道外的喷射气体管道，所述还原剂液体管道包括依次固定连接的第一入口段、文丘里管段、第一混合段和第一出口段，所述第一入口段设有第一入口，所述第一出口段设有第一喷嘴，所述喷射气体管道包括依次固定连接的第二入口段、第二混合段和第二出口段，所述第二入口段设有第二入口，所述第二出口段设有第二喷嘴，所述第二入口段与第一入口段固定封闭连接，且第一入口位于第二入口段的外部，所述第二混合段套设于第一混合段的外侧，在第二混合段的两端分别设有两个环形的喷雾挡板与第一混合段的两端固定连接，所述第一混合段设有若干个第一喷雾孔用于连通第一混合段和第二混合段，所述喷雾挡板上设有若干个第二喷雾孔用于连通第二入口段、第二混合段和第二出口段，所述第一出口段位于第二出口段的内部。
优选地，所述喷射气体管道的外部还套冷却气体管道，所述冷却气体管道包括依次固定连接的头部连接段、主管段和尾部连接段，且第二入口位于头部连接段的外部，所述主管段靠近头部连接段的一端设有第三入口，另一端设有第三出口，所述头部连接段固定连接于第二入口段，所述尾部连接段固定连接于第二出口段，所述第二出口段的末端突出于所述尾部连接段的外部。
优选地，所述还原剂液体管道、喷射气体管道和冷却气体管道的中心轴线在一条直线上，所述还原剂液体管道、喷射气体管道和冷却气体管道同轴安装。
优选地，所述冷却气体管道的头部连接段和主管段通过法兰固定连接，主管段和尾部连接段通过螺纹可拆卸地连接。
优选地，所述第一喷嘴为渐缩式锥形结构且位于第一出口段的末端，所述第二出口段的末端端面为圆弧状端面，所述第二喷嘴设于圆弧状端面上。
优选地，所述第二喷嘴为直径为5～16mm的圆柱形通孔，并与喷射气体管道的中心轴线之间形成5°～35°的夹角，所述第二喷嘴与第一喷嘴之间的距离为10～16mm。
优选地，所述喷雾挡板设有的第二喷雾孔均匀分布，所述第二喷雾孔流体流通方向与喷射气体管道的轴线平行。
优选地，所述第一喷雾孔是直径为1～3mm的圆形孔，相邻第一喷雾孔孔心之间的距离为50～70mm。
优选地，所述还原剂液体管道的第一入口段、文丘里管段、第一混合段和第一出口段之间均采用可拆卸的连接方式，所述喷射气体管道的第二入口段、第二混合段和第二出口段之间均采用可拆卸的连接方式。
本实用新型的有益效果是：
1)本装置内由第一混合段和第二混合段相通组成了第一雾化室，第一出口段和第二出口段组成了第二雾化室，第一喷嘴与第二喷嘴之间的空隙形成了第三雾化室，还原剂液体通过第一入口进入还原剂液体管道，喷射气体通过第二入口进入喷射气体管道，喷射气体分别在第一雾化室、第二雾化室和第三雾化室对还原剂液体进行三次雾化后由第二喷嘴喷入分解炉。因此，本实用新型中喷射气体能够对还原剂液体进行三次雾化，还原剂最终被雾化为平均粒径40～70μm的均匀液滴，喷雾效果好，促进了还原剂与烟气的还原反应进行，进而提高了烟气脱硝的效率；
2)在喷射气体管路的外部还套设有冷却气体管路，两者之前形成冷却腔体，内通有压缩空气，一方面通过对流换热实现对喷射气体管路的冷却，另一方面被换热后的冷却气体还可作为助燃气体进入回转窑或分解炉内；与此同时，冷却气体管道对喷射气体管道起到了保护的作用，有效隔离了回转窑或分解炉内的高温对其的高温腐蚀，因此喷射气体管道不必经常更换，利于喷雾装置的稳定性；根据本装置的安装要求，只需将冷却气体管路以及喷射气体管路第二出口段的弧形末端采用耐高温耐腐蚀的材质即可；
3)本喷雾装置结构简单，便于安装及拆卸，同时采用多级混合、雾化，效果好，不仅可以适用于SNCR烟气脱硝，也可以应用于SCR或二者混合脱硝过程，同时，还可应用于锅炉脱硝等行业。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图中：10-还原剂液体管道，11-第一入口段，12-文丘里管段，13-第一混合段，131-第一喷雾孔，14-第一出口段，15-第一入口，16-第一喷嘴，20-喷射气体管道，21-第二入口段，22-第二混合段，23-第二出口段，24-第二入口，25-第二喷嘴，26-喷雾挡板，261-第二喷雾孔，30-冷却气体管道，31-头部连接段，32-主管段，33-尾部连接段，34-第三入口，35-第三出口，36-法兰，40-第一雾化室，50-第二雾化室，60-第三雾化室。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
实施例：如图1所示，一种用于烟气脱硝的还原剂喷雾装置，包括还原剂液体管道10和套设于还原剂液体管道外的喷射气体管道20，所述喷射气体管道20的外部还套冷却气体管道30，所述还原剂液体管道10包括依次固定连接的第一入口段11、文丘里管段12、第一混合段13和第一出口段14，所述第一入口段11设有第一入口15，所述第一出口段14设有第一喷嘴16，所述喷射气体管道20包括依次固定连接的第二入口段21、第二混合段22和第二出口段23，所述第二入口段21设有第二入口24，所述第二出口段23设有第二喷嘴25，所述第二入口段21与第一入口段11固定封闭连接，且第一入口15位于第二入口段21的外部，所述第二混合段22套设于第一混合段13的外侧，在第二混合段22的两端分别设有两个环形的喷雾挡板26与第一混合段13的两端固定连接，所述第一混合段13设有若干个第一喷雾孔131用于连通第一混合段13和第二混合段22，所述喷雾挡板26上设有若干个第二喷雾孔261用于连通第二入口段21、第二混合段22和第二出口段23，所述第一出口段14位于第二出口段23的内部。本实用新型用于烟气脱硝的还原剂喷雾装置由相互套设的还原剂液体管道10、喷射气体管道20和冷却气体管道30组成，其中还原剂液体管道套设于喷射气体管道内，喷射气体管道套设于冷却气体管道内，可将第二入口24开设在喷射气体管道20的上侧壁，第二入口段21与第一入口段11固定封闭连接，这样能够保证喷射气体具有足够的压力穿过第二喷雾孔261进而实现对还原剂液体的雾化，并推动气液两相流的喷出；在使用过程中，还原剂液体在本喷雾装置内通过喷射气体对其进行雾化后喷入分解炉，冷却气体用于冷却喷射气体，还原剂液体管道10用于还原剂液体的进入与流通，喷射气体管道20用于喷射气体的进入与流通，冷却气体管道30用于冷却气体的进入与流通，装置内由第一混合段和第二混合段相通组成了第一雾化室40，第一出口段和第二出口段组成了第二雾化室50，第一喷嘴16与第二喷嘴25之间的空隙形成了第三雾化室60，还原剂液体通过第一入口15进入还原剂液体管道10，喷射气体通过第二入口24进入喷射气体管道20，喷射气体分别在第一雾化室40、第二雾化室50和第三雾化室60对还原剂液体进行三次雾化，还原剂最终被雾化为平均粒径40～70μm的均匀液滴，由第二喷嘴25喷入分解炉。因此，本实用新型中喷射气体能够对还原剂液体进行三次雾化，还原剂最终被雾化为平均粒径40～70μm的均匀液滴，喷雾效果好，从而促进了还原剂与烟气的还原反应进行，进而提高了烟气脱硝的效率。
所述喷射气体管道20外部套设的冷却气体管道30包括依次固定连接的头部连接段31、主管段32和尾部连接段33，且第二入口24位于头部连接段31的外部，所述主管段32靠近头部连接段的一端设有第三入口34，另一端设有第三出口35，所述头部连接段31固定连接于第二入口段21，所述尾部连接段33固定连接于第二出口段23，所述第二出口段23的末端突出于所述尾部连接段33的外部。喷射气体管道20为本装置的核心部件，更换频率不宜过大，所以还设有冷却气体管道30套设于喷射气体管道20的外部将其保护住，可将第三入口34开设在冷却气体管道30的下侧壁，第三出口35开设在冷却气体管道的上侧壁，所述头部连接段和尾部连接段采用螺纹连接方式与喷射气体管道固定连接，冷却气体进入冷却气体管道内壁与喷射气体管道外壁之间形成的冷却隔热空间，被换热后的冷却气体由第三出口35流出，作为助燃气体进入回转窑或分解炉内，冷却气体管道对喷射气体管道起到了保护的作用，因此喷射气体管道不必经常更换，利于喷雾装置的稳定性。这样，还原剂液体管道以及喷射气体管道(除了露出冷却气体管道部分)的材质可采用普通的耐腐蚀金属材料如不锈钢材质即可；而冷却气体管道以及喷射气体管道中露出冷却气体管道的部分由于长期暴露于高温、粉体浓度较高区域，需采用抗高温、耐冲刷及抗氧化用的合金材料或陶瓷材料。
所述还原剂液体管道10、喷射气体管道20和冷却气体管道30的中心轴线在一条直线上，所述还原剂液体管道10、喷射气体管道20和冷却气体管道30同轴安装。具体地说，所述还原剂液体管道10的第一入口段11、文丘里管段12、第一混合段13和第一出口段14的中心轴线在一条直线上，喷射气体管道20的第二入口段21、第二混合段22和第二出口段23的中心轴线在一条直线上，冷却气体管道30的头部连接段31、主管段32和尾部连接段33的中心轴线也在一条直线上。
所述还原剂液体管道10的第一入口段11、文丘里管段12、第一混合段13和第一出口段14之间均采用可拆卸的连接方式，所述喷射气体管道20的第二入口段21、第二混合段22和第二出口段23之间均采用可拆卸的连接方式。优选地，可采用螺纹可拆卸连接方式，便于组装和拆卸。所述冷却气体管道30的头部连接段31和主管段32通过法兰36固定连接，主管段32和尾部连接段33通过螺纹可拆卸地连接。
所述第一喷嘴16为渐缩式锥形结构且位于第一出口段14的末端，所述第二出口段23的末端端面为圆弧状端面，所述第二喷嘴25设于圆弧状端面上。第一喷嘴和第一出口段为一体结构，所述第二出口段的圆弧状端面突出于冷却气体管道的尾部连接段。所述第二喷嘴25为直径为5～16mm的圆柱形通孔，并与喷射气体管道20的中心轴线之间形成5°～35°的夹角，所述第二喷嘴25与第一喷嘴16之间的距离为10～16mm。优选地，第二喷嘴25与喷射气体管道20的中心轴线之间的夹角为20°，第二喷嘴25的直径为6mm，第一喷嘴和第二喷嘴之间的距离优选为12mm。
所述喷雾挡板26设有的第二喷雾孔261均匀分布，所述第二喷雾孔流体流通方向与喷射气体管道20的轴线平行。喷雾挡板26为环形金属件，其与还原剂液体管道10和喷射气体管道20采用螺纹固定连接，所述第二喷雾孔为直径约2～4mm圆形通孔，优选3mm，且数量不限，以实际情况所需喷射气体的流量设定即可，例如8-16个。所述第一喷雾孔131是直径为1～3mm的圆形孔，相邻第一喷雾孔孔心之间的距离为50～70mm。本装置具体结构参数如下：所述还原剂液体管道10的主管(第一混合段、第一出口段等)内径为25～35mm，外径为40mm，文丘里管段喉部尺寸为15—20mm，优选16mm，第一喷嘴16设置为渐缩式锥形结构，出口处的内径为4～7mm，优选6mm，管壁厚度大于3mm，优选4mm；第一喷雾孔的直径优选为2mm，第一喷雾孔孔心之间的距离优选为60mm，周向分布4～6个，优选6个。
当然，以上只是举例，本实用新型的结构参数不限于以上设计内容，还需根据还原剂液体的流量、分解炉或回转窑的结构及实际工艺参数进行设定。
本实用新型的工作过程为：以新型干法水泥生产线的烟气SNCR脱硝工艺为例；
步骤一：将预存好的一定浓度的氨水、尿素或其他铵盐水溶液作为还原剂，经过加压泵升压后通过第一入口15进入还原剂液体管道10的第一入口段11，还原剂液体在第一入口15处的压力达到0.30～0.50MPa，然后通过文丘里管段12后形成稳定的液体流动，经过一定距离的管段整流后，进入第一混合段13，液体形成粗大液滴由第一喷雾孔131喷入第二混合段22；
步骤二：同时，空气压缩机通过空气压缩管道将压缩空气(喷射气体)泵入喷射气体管道20的第二入口24，压缩空气的压力可达0.35～0.55MPa，喷射气体通过喷雾挡板26的若干第二喷雾孔261进入由第一混合段和第二混合段组成的第一雾化室40，对还原剂液滴进行首次雾化，初步形成的雾化气液两相流经过另一侧的喷雾挡板26流出，进入第一出口段和第二出口段组成的第二雾化室50，对还原剂液体进行两次雾化，最后第一喷嘴16喷射出少量未雾化的还原剂液体至第一喷嘴16与第二喷嘴25之间形成的第三雾化室60，喷射气体再次对此部分的还原剂进行雾化，还原剂最终被雾化为平均粒径40～70μm的均匀液滴，由第二喷嘴25喷入分解炉，喷射的静态距离能达到3.8～4.5m，喷射角度可达到30～60°；
步骤三：与此同时，空气压缩机将冷却气体经过第三入口34压入冷却气体管道30，第三入口处的冷却气体的压力为0.20～0.35MPa，在冷却气体管道30内对喷射气体进行冷却，通过第三出口35排入分解炉内，作为助燃空气使用，冷却气体进入时为室温，排出时的温度为300～400℃，冷却气体管道的内壁与喷射气体管道的外壁之间形成冷却隔热空间还有助于保护喷射气体管道。
应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。