CN101797469B - 用于烟气脱硝的尿素热解反应器 - Google Patents

用于烟气脱硝的尿素热解反应器 Download PDF

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Abstract

一种用于烟气脱硝的尿素热解反应器，它包括反应器本体(2)，反应器本体(2)的下部设有尿素溶液入口(1)，反应器本体(2)的上部设有分解产物出口(3)，其特征是在位于尿素溶液入口(1)和分解产物出口(3)之间的反应器本体(2)上缠绕有若干组电磁感应加热圈(4)，各组电磁感应加热圈(4)与一个或多个电磁控制器(5)相连。本发明具有结构简单，制造方便，温度控制方便，投资少，运行成本等优点。

Description

用于烟气脱硝的尿素热解反应器
技术领域
本发明涉及一种尿素热解反应器，尤其是一种烟气脱硝整套设备中使用的能产生氨气用于脱除燃煤锅炉烟气中氮氧化物(N0x)的热解反应器，具体地说是一种用于烟气脱硝的尿素热解反应器。
背景技术
众所周知，选择性催化还原法是脱除锅炉尾气中氮氧化物最为常见同时也是最为有效的方法，被广泛应用于各工业装置中。其主要原理是采用氨气与空气混合后喷入SCR反应器上游的烟道中，在催化剂的作用下与烟气中的氮氧化物进行反应生成无害的氮气和水排出体系。氨气的制备来源主要有液氨和尿素，尿素制氨的工艺主要分成水解法和热解法两种。水解工艺需要在高温高压下操作，并消耗大量的水，随负荷跟随性能差，因此越来越多的装置选择采用热解工艺。
现有的尿素热解工艺通常采用气体燃料或柴油与热烟气或预热的助燃空气一起送入热解室，再将配好的高浓度(40％～50％)尿素溶液喷进热解室转化成氨气，实现氧化还原反应。这种工艺装置需要配置耐高温的空气雾化喷枪以及复杂的控制系统，并在运行中需要消耗大量的气体燃料和压缩空气，投资和运行费用巨大。
发明内容
本发明的目的是针对现有的烟气脱硝过程中产生氨气的设备投资大，运行费用高的问题，设计一种结构简单，投资少，运行成本低，制造和使用均十分方便的用于烟气脱硝的尿素热解反应器。。
本发明的技术方案是：
一种用于烟气脱硝的尿素热解反应器，它包括反应器本体2，反应器本体2的下部设有尿素溶液入口1，反应器本体2的上部设有分解产物出口3，其特征是在位于尿素溶液入口1和分解产物出口3之间的反应器本体2上缠绕有若干组电磁感应加热圈4，各组电磁感应加热圈4与一个或多个电磁控制器5相连。
所述反应器本体2从下至上依次由预热段21、过热段22、反应段23以及保温段24组成，在所述各段上均安装有对应的加热用电磁感应加热圈4，各段电磁感应加热圈4的加热温度应满足以下条件：预热段21的加热温度为100～200℃，过热段22的加热温度为200～300℃，反应段23的加热温度为300～400℃，保温段24的加热温度为150～300℃。
在反应器本体2中与所述过热段22及反应段23对应位置处单独或同时安装有中空扰流元件6及环空扰流元件7，且中空扰流元件6和环空扰流元件7间隔分布，所述的中空扰流元件6为中心开孔的圆形钢板，所述的环空扰流元件7为开有环形孔的圆形钢板。
与反应器本体2上的预热段21、过热段22、反应段23以及保温段24所对应位置处安装的各组电磁感应线圈4为各自独立的结构或为一个各段线圈圈数不等的整体式结构。
本发明的有益效果：
本发明通过将微小尿素液滴与高温空气之间的直接传热方式优化为高密度的电磁加热方式，省却了现有技术中用于雾化尿素溶液的空气雾化喷枪、大量的高温烟气或用于产生高温烟气的气体燃料、以及雾化用的压缩空气，降低了投资和运行费用。
本发明结构简单，制造方便，温度控制方便。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的过热段及反应段中安装的扰流元件的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示。
一种用于烟气脱硝的尿素热解反应器，其包括金属或陶瓷等耐腐蚀材料制造的反应器本体2，与反应器本体2相连通且位于反应器本体2下侧的尿素溶液入口1，与反应器本体2相连通且位于反应器本体2上侧的分解产物出口3，缠绕在反应器本体2上的多组电磁感应加热圈4(根据工艺要求，图1中采用四组电磁感应加热圈，具体实施时还可根据具体的工艺调整电磁感应加热圈的数量)，以及与电磁感应加热圈4相连的电磁控制器5。
电磁控制器5将220V，50/60Hz的交流电整流变成直流电，再将直流电转换成频率为20-40KHz的高频高压电，高速变化的高频高压电流流过线圈会产生高速变化的交变磁场，当磁场内的磁力线通过导磁性金属材料时会在反应器本体2内产生无数的小涡流，使反应器本体2本身自行高速发热，从而达到加热反应器本体2内的尿素溶液和水蒸气。电磁控制器5可利用现有电气技术自行设计，也可直接从市场购置，电磁控制器5的数量可为一个，也可为数量不超过电磁感应线圈4组数的若干个。
反应器本体2由预热段21、过热段22、反应段23、以及保温段24组成，各段上均缠绕有相应的用于加热的电磁感应加热圈4，尿素溶液由尿素溶液入口1泵入后进入反应器本体2，依次通过预热段21、过热段22、反应段23后通过分解产物出口3排出。预热段21上的电磁感应加热圈必须将其加热至100～200℃之间，在这段中产生大量的蒸汽以及部分被夹带的尿素溶液，并有少量的氨气产生；过热段22上的电磁感应加热圈必须将其加热至200～300℃之间，在这一段大量的过热蒸汽和尿素溶液的混合物互相夹杂，并反应生成部分氨气；反应段23上的电磁感应加热圈必须将其加热至300～400℃之间，在这一段中大量的过热蒸汽和尿素溶液的混合物相互发生如下反应，CO(NH2)2——NH3+HNCO，HNCO+H2O——NH3+CO2，从而生成大量的NH3和CO2；为了防止在NH3和CO2在低温下发生反应还原成CO(NH2)2，保温段24上的电磁感应加热圈4必须将其加热至150℃～300℃之间。如图1所示。
为了增强传热效果并延长停留时间，在反应器本体2中与所述的过热段22及反应段23对应位置处单独或同时设有中心为空心的中空扰流元件6及环空扰流元件7，中空扰流元件6和环空扰流元件7间隔分布在过热段22及反应段23内，中空扰流元件6为一中心开孔的圆形钢板，环空扰流元件7则开有环形孔的圆形钢板，如图2所示，中心开孔和环形孔是为了便于氨气上升，这样尿素溶液和蒸汽便能在反应器本体2内折向运动，有效增强了传热效果，延长了停留时间，使尿素的分解更为彻底。
具体实施时，各组电磁感应加热圈4可单独设置，互相独立，同时与一个电磁控制器5或分别与各自对应的电磁控制器5相连，这种结构十分有利于温度调节和控制。此外，还可通过调整各组电磁感应加热圈4的匝数的方法来调节各段的加热温度，即将各组电磁感应加热圈4串接成一个整体，通过控制各段所绕线圈圈数的方法来调节各段的加热温度。
以上仅给出了本发明的基本实施例，对于本领域的技术人员而言，可根据本发明的启示进行多种等效的变换
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (2)

1.一种用于烟气脱硝的尿素热解反应器，它包括反应器本体(2)，反应器本体(2)的下部设有尿素溶液入口(1)，反应器本体(2)的上部设有分解产物出口(3)，其特征是在位于尿素溶液入口(1)和分解产物出口(3)之间的反应器本体(2)上缠绕有若干组电磁感应加热圈(4)，各组电磁感应加热圈(4)与一个或多个电磁控制器(5)相连；所述反应器本体(2)从下至上依次由预热段(21)、过热段(22)、反应段(23)以及保温段(24)组成，在所述各段上均安装有对应的加热用电磁感应加热圈(4)，各段电磁感应加热圈(4)的加热温度应满足以下条件：预热段(21)的加热温度为100～200℃，过热段(22)的加热温度为200～300℃，反应段(23)的加热温度为300～400℃，保温段(24)的加热温度为150～300℃；在反应器本体(2)中与所述过热段(22)及反应段(23)对应位置处单独或同时安装有中空扰流元件(6)及环空扰流元件(7)，且中空扰流元件(6)和环空扰流元件(7)间隔分布，所述的中空扰流元件(6)为中心开孔的圆形钢板，所述的环空扰流元件(7)为开有环形孔的圆形钢板。
2.根据权利要求1所述的用于烟气脱硝的尿素热解反应器，其特征是与反应器本体(2)上的预热段(21)、过热段(22)、反应段(23)以及保温段(24)所对应位置处安装的各组电磁感应线圈(4)为各自独立的结构或为一个各段线圈圈数不等的整体式结构。
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