本本发明涉及燃煤锅炉，工业锅炉，烧结机等工业烟气净化领域，特别是涉及一种双三角翼型静态混合器及混合气体的方法。
背景技术：
选择性催化还原(scr)烟气脱硝技术作为一种高效的氮氧化物(nox)控制技术，在燃煤电厂得到广泛的应用。然而,由于燃煤机组负荷、煤质多变、现场运行缺乏理论指导，scr烟气脱硝系统在投运过程中往往出现较多问题，例如催化剂磨损、氨利用率低、脱硝效率达不到设计要求等问题。选择性催化还原法(scr)中烟气脱硝喷氨混合系统是其重要组成部分，氨气与烟气能否稳定、均匀的混合直接影响到脱硝效率及氨逃逸率，因此，合理高效的组织氨气-烟气流场已成为scr脱硝技术的核心。由于scr脱硝系统经常面临布置空间有限、烟道较短，造成烟道中烟气气流分布不均，导致氨气-烟气混合不均匀等现象，严重降低了脱硝效率，同时使氨逃逸率增加，同时带来飞灰混合不均匀，更加剧了脱硝系统催化剂及下游空气预热器的严重积灰。
为了达到烟气多种组分、飞灰、温度等参数的均匀分布，一般需要通过在scr系统烟道内布置一组或多组静态混合器，并有效缩短氨与烟气的混合距离，使氨与烟气能够更好的混合均匀。氨的均匀分布既可以提高脱硝效率，又能延长催化剂更替周期，降低氨逃逸量，减轻空气预热器的腐蚀和堵塞，降低投资和运行管理成本；飞灰的均匀分布可以减小烟道局部磨损，降低系统阻力，避免催化剂的积灰和磨损；温度场的均匀分布可以提高scr系统的最低喷氨温度，使得scr系统可以更好的应对烟气负荷的变动。综上所述，性能优良的混合器已成为scr烟气脱硝系统工艺设计的关键。然而，工程实际应用中，尤其是对于超低排放的改造项目，某些静态混合器一方面提高了混合效率，但带来了系统阻力增大，积灰严重，流场恶化等一系列问题。
技术实现要素：
本发明的目的是为解决现有混合器技术不足而提供的一种新型双三角翼型静态混合器及混合气体的方法。本发明双三角翼型静态混合器具有结构简单、易于布置、混合效果好，能够均匀混合烟气中的nox、飞灰浓度及温度场；本发明混合气体的方法对烟道内原流场影响较小，改造项目的工程量少，混合效率高，系统阻力小。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：一种双三角翼型静态混合器，包括至少一组静态混合装置，所述静态混合装置包括至少一个双三角翼型混合单元，所述双三角翼型混合单元包括两个横向设置的混合单体和两个纵向设置的混合单体，所述两个横向设置的混合单体以第一对角线对称设置，所述两个纵向设置的混合单体以第二对角线对称设置，两个横向设置的混合单体和两个纵向设置的混合单体的一尖端均交接于一点。双三角翼型混合单元由四个混合单体拼接而成，
前述的一种双三角翼型静态混合器中，所述两个横向设置的混合单体和两个纵向设置的混合单体均包括整流叶片和第一旋转叶片和第二旋转叶片，所述第一旋转叶片的一边与所述整流叶片的一边连接，所述第二旋转叶片的一边与所述整流叶片的另一边连接。第一旋转叶片和第二旋转叶片为形状相同的锐角三角形叶片。
前述的一种双三角翼型静态混合器中，所述整流叶片包括第一三角形叶片和第二三角形叶片，所述第一三角形叶片的一尖端和第二三角形叶片的一尖端连接，所述第一旋转叶片连接于所述第一三角形叶片的一边，所述第二旋转叶片连接于所述第二三角形叶片的一边。第一三角形叶片和第二三角形叶片为形状相同的直角三角形叶片。
双三角翼型混合单元由四个混合单体拼接而成，便于制作，混合单体由形状不同的两种三角形叶片拼接而成，制作成本低。
前述的一种双三角翼型静态混合器中，所述静态混合装置安装于烟道内，第一旋转叶片与烟道中心截面之间的夹角α为20～80度；第二旋转叶片和烟道中心截面之间的夹角β为20度～80度。
前述的一种双三角翼型静态混合器中，所述静态混合装置包括四个双三角翼型混合单元，所述四个双三角翼型混合单元顺次连接。
前述的一种双三角翼型静态混合器中，所述静态混合装置包括八个双三角翼型混合单元，每四个双三角翼型混合单元为一排顺次连接，八个双三角翼型混合单元呈两排两列排列设置。
前述的一种双三角翼型静态混合器中，所述包括有两组静态混合装置，所述两组静态混合装置均安装于脱销系统的烟道内。
如前所述双三角翼型静态混合器混合气体的方法，包括安装双三角翼型静态混合器于脱销系统烟道内；通过由双三角翼型混合单元构成的静态混合装置使气体在静态混合装置后的烟道内形成局部旋转混合区，在局部旋转混合区使气体混合均匀；利用双三角翼型混合单元使通过双三角翼型混合单元后的气体形成气体旋转混合的状态，从而使气体在静态混合装置后的烟道内形成局部旋转混合区；利用双三角翼型混合单元的混合单体分割通过双三角翼型混合单元的气体，并改变分割后气体的流向，从而使分割后的气体之间形成气体旋转混合的状态；利用混合单体的整流叶片分割通过双三角翼型混合单元的气体，利用混合单体的旋转叶片改变分割后气体的流向。
前述这种混合气体的方法，包括在脱销系统水平段烟道内安装第一组静态混合装置；和/或在脱销系统竖直段烟道内安装第二组静态混合装置；所述气体包括由喷氨格栅喷入的氨气及烟道内的烟气和氮氧化物气体；通过第一组静态混合装置使由喷氨格栅喷入的氨气及烟道内的烟气和氮氧化物气体混合均匀；通过第二组静态混合装置使所述氨气、烟气和氮氧化物气体进一步混合均匀；所述氮氧化物气体为一氧化氮和二氧化氮。
双三角翼型混合单元的整流叶片将来流气体分割为左右两部分，两部分气体再通过第一旋流叶片和第二旋流叶片形成气体旋转混合的效果，混合效果可通过调整第一旋流叶片和第二旋流叶片的角度来进行调整优化。
通过整流叶片的分割作用，可将某一烟道段大范围内的烟气进行分割，然后利用第一旋转叶片和第二旋转叶片改变分割后的气体，使得气体进行更充分的混合。不同角度的第一旋转叶片和第二旋转叶片，可以产生不同旋转角度的气体，并依靠局部气体间的掺混及旋转，形成不同区域烟气混合均匀的效果。由于飞灰浓度、烟气温度场与烟气分布有直接关系，因此在对烟气混合均匀的同时亦可提高飞灰浓度和温度场的均匀性。
双三角翼型混合单元所产生的是气体局部混合而不是烟道内气体的整体旋流，并不会对烟道内气体的主体流动产生根本影响，因此对原流场影响较小，特别适用于改造项目的实施。
如图6所示，双三角翼型混合单元由外接矩形框的尺寸确定，假设外接矩形框的尺寸为a*a*(b c)，则整流叶片的尺寸即为两个直角边分别为b和√a/2及两个直角边分别为c和√a/2的两个直角三角形，第一旋转叶片与烟道中心截面的夹角α及第二旋转叶片与烟道中心截面的夹角β也可通过几何关系得出。通过改变外接矩形框高度b、c即可调整夹角α与β，从而改变静态混合器对烟气的旋转强度，夹角角度α、β可在20度至80度之间调整。
需要说明的是本发明双三角翼型静态混合器及混合气体的方法适用但不局限于火电厂燃煤锅炉，工业炉以及冶金行业等领域。
与现有技术相比，通过对本发明双三角翼型静态混合器的流场模拟表明，本发明双三角翼型静态混合器的烟气阻力较小，对烟道内原流场的影响很小，无需对烟道内原导流板进行改造，适用于改造项目的实施，改造成本低。通过本发明方法能够改善烟道中氨气-烟气混合不均匀的问题，提高系统脱硝效率，减少氨气的损耗，降低脱硝出口氨气逃逸率，同时大大缩短氨气-烟气的混合距离。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限制。在附图中：
图1是本发明静态混合装置的结构示意图；
图2是本发明双三角翼型混合单元的结构示意图；
图3是本发明混合单体的结构示意图；
图4是本发明双三角翼型静态混合器安装于烟道内的结构示意图；
图5是本发明发明双三角翼型混合单元的俯视图；
图6是本发明双三角翼型混合单元放置角度示意图；
图7是本发明混合单体的立体展示图；
图8是本发明与传统静态混合器流场模拟对比图。
附图标记：1-静态混合装置，2-双三角翼型混合单元，3-横向设置的混合单体，4-纵向设置的混合单体，5-第一对角线，6-第二对角线，7-整流叶片，8-第一旋转叶片，9-第二旋转叶片，10-第一三角形叶片，11-第二三角形叶片，12-中心孔区，13-外侧开口区，14-第一组静态混合装置，15-第二组静态混合装置。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面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。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本发明的实施例1：一种双三角翼型静态混合器，包括一组静态混合装置1，静态混合装置1包括至少一个双三角翼型混合单元2，双三角翼型混合单元2包括两个横向设置的混合单体3和两个纵向设置的混合单体4，两个横向设置的混合单体3以第一对角线5对称设置，两个纵向设置的混合单体4以第二对角线6对称设置，两个横向设置的混合单体3)和两个纵向设置的混合单体4的一尖端均交接于一点。
本发明的实施例2：一种双三角翼型静态混合器，包括包括有两组静态混合装置1，两组静态混合装置1均安装于脱销系统的烟道内。静态混合装置1包括至少一个双三角翼型混合单元2，双三角翼型混合单元2包括两个横向设置的混合单体3和两个纵向设置的混合单体4，两个横向设置的混合单体3以第一对角线5对称设置，两个纵向设置的混合单体4以第二对角线6对称设置，两个横向设置的混合单体3和两个纵向设置的混合单体4的一尖端均交接于一点。两个横向设置的混合单体3和两个纵向设置的混合单体4均包括整流叶片7和第一旋转叶片8和第二旋转叶片9，第一旋转叶片8的一边与整流叶片7的一边连接，第二旋转叶片9的一边与整流叶片7的另一边连接。
本发明的实施例3：一种双三角翼型静态混合器，包括一组静态混合装置1，静态混合装置1包括四个双三角翼型混合单元2，四个双三角翼型混合单元顺次连接。双三角翼型混合单元2包括两个横向设置的混合单体3和两个纵向设置的混合单体4，两个横向设置的混合单体3以第一对角线5对称设置，两个纵向设置的混合单体4以第二对角线6对称设置，两个横向设置的混合单体3和两个纵向设置的混合单体4的一尖端均交接于一点。两个横向设置的混合单体3和两个纵向设置的混合单体4均包括整流叶片7和第一旋转叶片8和第二旋转叶片9，第一旋转叶片8的一边与整流叶片7的一边连接，第二旋转叶片9的一边与整流叶片7的另一边连接。整流叶片7包括第一三角形叶片10和第二三角形叶片11，第一三角形叶片10的一尖端和第二三角形叶片11的一尖端连接，第一旋转叶片8连接于第一三角形叶片10的一边，第二旋转叶片9连接于第二三角形叶片11的一边。
本发明的实施例4：一种双三角翼型静态混合器，包括一组静态混合装置1，静态混合装置1包括四个双三角翼型混合单元2，四个双三角翼型混合单元顺次连接。双三角翼型混合单元2包括两个横向设置的混合单体3和两个纵向设置的混合单体4，两个横向设置的混合单体3以第一对角线5对称设置，两个纵向设置的混合单体4以第二对角线6对称设置，两个横向设置的混合单体3和两个纵向设置的混合单体4的一尖端均交接于一点。两个横向设置的混合单体3和两个纵向设置的混合单体4均包括整流叶片7和第一旋转叶片8和第二旋转叶片9，第一旋转叶片8的一边与整流叶片7的一边连接，第二旋转叶片9的一边与整流叶片7的另一边连接。整流叶片7包括第一三角形叶片10和第二三角形叶片11，第一三角形叶片10的一尖端和第二三角形叶片11的一尖端连接，第一旋转叶片8连接于第一三角形叶片10的一边，第二旋转叶片9连接于第二三角形叶片11的一边。静态混合装置1安装于烟道内，第一旋转叶片8与烟道中心截面之间的夹角α为20～80度；第二旋转叶片9和烟道中心截面之间的夹角β为20度～80度。
本发明的实施例5：一种双三角翼型静态混合器，包括一组静态混合装置1，静态混合装置1包括八个双三角翼型混合单元2，每四个双三角翼型混合单元2为一排顺次连接，八个双三角翼型混合单元2呈两排两列排列设置。双三角翼型混合单元2包括两个横向设置的混合单体3和两个纵向设置的混合单体4，两个横向设置的混合单体3以第一对角线5对称设置，两个纵向设置的混合单体4以第二对角线6对称设置，两个横向设置的混合单体3和两个纵向设置的混合单体4的一尖端均交接于一点。两个横向设置的混合单体3和两个纵向设置的混合单体4均包括整流叶片7和第一旋转叶片8和第二旋转叶片9，第一旋转叶片8的一边与整流叶片7的一边连接，第二旋转叶片9的一边与整流叶片7的另一边连接。整流叶片7包括第一三角形叶片10和第二三角形叶片11，第一三角形叶片10的一尖端和第二三角形叶片11的一尖端连接，第一旋转叶片8连接于第一三角形叶片10的一边，第二旋转叶片9连接于第二三角形叶片11的一边。静态混合装置1安装于烟道内，第一旋转叶片8与烟道中心截面之间的夹角α为20～80度；第二旋转叶片9和烟道中心截面之间的夹角β为20度～80度。
本发明的实施例6：一种双三角翼型静态混合器，包括一组静态混合装置1，静态混合装置1包括若干个双三角翼型混合单元2，若干个双三角翼型混合单元2平铺满整个烟道截面。双三角翼型混合单元2包括两个横向设置的混合单体3和两个纵向设置的混合单体4，两个横向设置的混合单体3以第一对角线5对称设置，两个纵向设置的混合单体4以第二对角线6对称设置，两个横向设置的混合单体3和两个纵向设置的混合单体4的一尖端均交接于一点。两个横向设置的混合单体3和两个纵向设置的混合单体4均包括整流叶片7和第一旋转叶片8和第二旋转叶片9，第一旋转叶片8的一边与整流叶片7的一边连接，第二旋转叶片9的一边与整流叶片7的另一边连接。整流叶片7包括第一三角形叶片10和第二三角形叶片11，第一三角形叶片10的一尖端和第二三角形叶片11的一尖端连接，第一旋转叶片8连接于第一三角形叶片10的一边，第二旋转叶片9连接于第二三角形叶片11的一边。静态混合装置1安装于烟道内，第一旋转叶片8与烟道中心截面之间的夹角α为20～80度；第二旋转叶片9和烟道中心截面之间的夹角β为20度～80度。
本发明的实施例6：一种混合气体的方法，包括安装双三角翼型静态混合器于脱销系统烟道内；双三角翼型混合单元外围焊接有矩形框，烟道内设置有支撑梁，矩形框设置在支撑梁上，利用支撑梁对双三角翼型混合单元进行支撑及固定。
通过由双三角翼型混合单元构成的静态混合装置使气体在静态混合装置后的烟道内形成局部旋转混合区，在局部旋转混合区使气体混合均匀；利用双三角翼型混合单元使通过双三角翼型混合单元后的气体形成气体旋转混合的状态，从而使气体在静态混合装置后的烟道内形成局部旋转混合区；利用双三角翼型混合单元的混合单体分割通过双三角翼型混合单元的气体，并改变分割后气体的流向，从而使分割后的气体之间形成气体旋转混合的状态；利用混合单体的整流叶片分割通过双三角翼型混合单元的气体，利用混合单体的旋转叶片改变分割后气体的流向。
本发明的实施例7：一种混合气体的方法，包括在脱销系统水平段烟道内安装第一组静态混合装置，和在脱销系统竖直段烟道内安装第二组静态混合装置；通过由双三角翼型混合单元构成的静态混合装置使气体在静态混合装置后的烟道内形成局部旋转混合区，在局部旋转混合区使气体混合均匀；利用双三角翼型混合单元使通过双三角翼型混合单元后的气体形成气体旋转混合的状态，从而使气体在静态混合装置后的烟道内形成局部旋转混合区；利用双三角翼型混合单元的混合单体分割通过双三角翼型混合单元的气体，并改变分割后气体的流向，从而使分割后的气体之间形成气体旋转混合的状态；利用混合单体的整流叶片分割通过双三角翼型混合单元的气体，利用混合单体的旋转叶片改变分割后气体的流向。气体包括由喷氨格栅喷入的氨气及烟道内的烟气和氮氧化物气体；通过第一组静态混合装置使由喷氨格栅喷入的氨气及烟道内的烟气和氮氧化物气体混合均匀；通过第二组静态混合装置使氨气、烟气和氮氧化物气体进一步混合均匀；氮氧化物气体为一氧化氮和二氧化氮。
本发明的应用于脱销系统烟道内的工作原理：
烟气由燃煤电厂锅炉省煤器出口进入脱硝系统，经过一组导流板，而后经过喷氨格栅喷入氨气，通过第一组静态混合装置14使烟气-氨气混合。当氨气-烟气经过第一组静态混合装置14时，流经烟道中心及烟道壁附近的烟气被横向设置设置的混合单体3和纵向设置的混合单体4的整流叶片7分割，经整流叶片7分割，同时通过第一旋转叶片8和第二旋转叶片9改变分割后烟气流向，即形成中心区域烟气及外侧区域烟气，中心区域烟气通过中心孔区12穿过双三角翼型静态混合器，外侧区域烟气通过外侧开口区13穿过双三角翼型静态混合器，然后形成内外两层旋转混合区域，使局部涡流形成顺时针或逆时针方向的强旋转涡流，进而使得烟气-氨气混合更加充分均匀；然后，通过第二组静态混合装置15使得烟气-氨气进一步混合均匀，最后通过导流板的导流进入脱硝反应器。
如图7所示，对比本发明静态混合器和传统静态混合器的流场模拟实验数据可知，本发明这种双三角翼型静态混合器出口处的速度偏差减小约30％，浓度偏差减小约25％。阻力方面，与传统静态混合器相比减小约20％。
1.一种双三角翼型静态混合器，其特征在于，包括至少一组静态混合装置(1)，所述静态混合装置(1)包括至少一个双三角翼型混合单元(2)，所述双三角翼型混合单元(2)包括两个横向设置的混合单体(3)和两个纵向设置的混合单体(4)，所述两个横向设置的混合单体(3)以第一对角线(5)对称设置，所述两个纵向设置的混合单体(4)以第二对角线(6)对称设置，两个横向设置的混合单体(3)和两个纵向设置的混合单体(4)的一尖端均交接于一点。
2.根据权利要求1所述的一种双三角翼型静态混合器，其特征在于，所述两个横向设置的混合单体(3)和两个纵向设置的混合单体(4)均包括整流叶片(7)和第一旋转叶片(8)和第二旋转叶片(9)，所述第一旋转叶片(8)的一边与所述整流叶片(7)的一边连接，所述第二旋转叶片(9)的一边与所述整流叶片(7)的另一边连接。
3.根据权利要求2所述的一种双三角翼型静态混合器，其特征在于，所述整流叶片(7)包括第一三角形叶片(10)和第二三角形叶片(11)，所述第一三角形叶片(10)的一尖端和第二三角形叶片(11)的一尖端连接，所述第一旋转叶片(8)连接于所述第一三角形叶片(10)的一边，所述第二旋转叶片(9)连接于所述第二三角形叶片(11)的一边。
4.根据权利要求3所述的一种双三角翼型静态混合器，其特征在于，所述静态混合装置(1)安装于烟道内，所述第一旋转叶片(8)与烟道中心截面之间的夹角α为20～80度；所述第二旋转叶片(9)和烟道中心截面之间的夹角β为20度～80度。
5.根据权利要求1所述的一种双三角翼型静态混合器，其特征在于，所述静态混合装置(1)包括四个双三角翼型混合单元(2)，所述四个双三角翼型混合单元顺次连接。
6.根据权利要求1所述的一种双三角翼型静态混合器，其特征在于，所述静态混合装置(1)包括八个双三角翼型混合单元(2)，每四个双三角翼型混合单元(2)为一排顺次连接，八个双三角翼型混合单元(2)呈两排两列排列设置。
7.根据权利要求1所述的一种双三角翼型静态混合器，其特征在于，包括有两组静态混合装置(1)，所述两组静态混合装置(1)均安装于脱销系统的烟道内。
8.根据权利要求1～7中任一权利要求所述的一种双三角翼型静态混合器的混合气体的方法，包括安装双三角翼型静态混合器于脱销系统烟道内；
通过由双三角翼型混合单元构成的静态混合装置使气体在静态混合装置后的烟道内形成局部旋转混合区，在局部旋转混合区使气体混合均匀；
利用双三角翼型混合单元使通过双三角翼型混合单元后的气体形成气体旋转混合的状态，从而使气体在静态混合装置后的烟道内形成局部旋转混合区；
利用双三角翼型混合单元的混合单体分割通过双三角翼型混合单元的气体，并改变分割后气体的流向，从而使分割后的气体之间形成气体旋转混合的状态；
利用混合单体的整流叶片分割通过双三角翼型混合单元的气体，利用混合单体的旋转叶片改变分割后气体的流向。
9.根据权利要求7中所述混合气体的方法，包括
在脱销系统水平段烟道内安装第一组静态混合装置；
和/或在脱销系统竖直段烟道内安装第二组静态混合装置；
所述气体包括由喷氨格栅喷入的氨气及烟道内的烟气和氮氧化物气体；
通过第一组静态混合装置使由喷氨格栅喷入的氨气及烟道内的烟气和氮氧化物气体混合均匀；
通过第二组静态混合装置使所述氨气、烟气和氮氧化物气体进一步混合均匀；
所述氮氧化物气体为一氧化氮和二氧化氮。
技术总结