CN103611486B - 一种应用于scr脱硝的尿素热解反应器 - Google Patents

Abstract

一种应用于SCR脱硝的尿素热解反应器，包括依次设置的入口段（1），带喷射器（3）的反应器本体（4），和出口段（6），所述入口段(1)与反应器本体（4）联通，所述出口段(6)与反应器本体(4)联通，其特征在于：入口段（1）和/或反应器本体（4）内设置有用于引导气体旋流的旋流装置，引导热空气在反应器本体内形成旋流的气体流场，实现热解反应器内气流混合效果好、温度分配均匀，增加反应停留时间，有利于尿素的完全分解。

Description

一种应用于SCR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。具体地说是一种带有气体旋流装置，气流混合效果好、温度分配均匀、体积小、成本低的应用于SCR脱硝的尿素热解反应器。

背景技术

氮氧化物(NOx)是主要的大气污染物之一，随着严格的环保标准的实施，烟气脱硝系统成为火电厂必不可少的设备之一，选择性催化还原反应（Selective CatalystReduction，简称SCR）以其脱硝效率高的优点成为了电厂脱硝项目的技术首选，得到了越来越广泛的应用。SCR技术中还原剂NH3的来源有3种：液氨、氨水和尿素，选择尿素作为还原剂，具有安全性高、来源广泛、易于运输和储存等特点，在环保领域得到了广泛的应用。

尿素的分解主要在热解反应器中进行，热解反应器是一个内部全空的容器，热空气从入口段进入，尿素经过一个提供完全分配的喷射器注入到热空气中反应，热解反应器，由入口段、放大段、本体、收缩段、出口等部分组成。为了增加尿素分解的反应停留时间，必须要降低热风在热解反应器内的流速，因此在本体上部设置有放大段，用于放大本体直径，从而达到降低热空气流速的目的。在传统热解反应器设计中，采用放大本体直径这一单一方法来达到热解反应停留时间的要求，具有一定的局限性，或者入口设置为文丘里结构，需要较长的稳定段，包括入口减缩、喉部、出口渐扩，长度要求较高，由于受现场的空间限制，这种方法对于大型反应器在实际工程中的设计布置较难实现，而且热解装置的反应室由不锈钢制成，大体积的热解装置制造成本较高。

气流进入反应器时，没有引流装置，会造成热解反应器内的气流分布不均，由于尿素分解反应在很短的时间内完成，一般只有几秒钟的时间，对气体流场和温度场的要求非常高，如果气体流场和温度场分布不均，尿素就不能完全分解，未分解的尿素会在尾管管壁上结晶沉积，尿素结晶现象的增多会造成检修次数的增加，严重的还会对尿素热解系统的运行造成影响。

专利文献CN101574616A中公开了一种碳酸氢铵制氨气的的热解炉，所述热解炉体下部分布了四根热空气引入管，所述四根热空气引入管的偏斜布置使得热空气进入热解炉后具有一定的旋转强度，使炉内流场充满度好，热解炉内温度分布均匀。然而由于所用的碳酸氢铵为固体颗粒，为了使所述固体颗粒分解需要激烈的撞击运动，所以所述热解炉中的热空气需要设计成旋转流动的，并且将热空气入口设在热解炉下部，下部的旋转气流保证固体颗粒不落地，而尿素制氨所用的尿素为溶液，需要的是自上而下具有稳定流动速度的热空气，因此上述碳酸氢铵的热解装置不适用于尿素的热解。

专利文献CN201907975U公开的用于尿素制氨的热解装置，包括气体入口、内部设有喷枪的反应室以及气体出口，所述气体入口设置于所述反应室上部，所述气体出口设置于所述反应室下部，还包括设置于所述反应室内部且所述喷枪上部的筛板型气流分配装置，在反应室内部且在喷枪上部设置了设有多个开孔的筛板型气流分配装置，使得进入热解装置的热气流在扩散过程中，更快地取得了均匀向下流动的热气流流场，提高了喷枪的相对布置位置，使得热解装置有更短的长度要求，有效降低了热解装置的高度，但是，气流必须通过带有很多细孔的孔板进入，阻力很大，会造成压力损失。

发明内容

本发明的目的是发明一种可以引导热空气在反应器本体内形成旋流的气体流场，增加反应停留时间，气体流场和温度场分布均匀，有利于尿素的完全分解的尿素热解反应器。

为了实现该目的，本发明采用如下技术方案：

一种应用于SCR脱硝的尿素热解反应器，包括依次设置的入口段，带喷射器的反应器本体，和出口段，所述入口段与反应器本体联通，所述出口段与反应器本体联通，其特征在于：入口段和/或反应器本体内设置有用于引导气体旋流的旋流装置。

所述的旋流装置为螺旋结构的异向板，异向板与入口段和/或反应器本体的内壁至少部分相连接，异向板的螺旋结构的中心线沿入口段和/或反应器本体的轴线方向设置。

所述的异向板为至少包含0.2个螺距的螺旋结构。

所述的异向板为至少包含0.5个螺距的螺旋结构。

所述的异向板的两个侧端部与入口段和/或反应器本体的内壁相连接，将入口段和/或反应器本体分为两个对称的逐渐旋转的通道。

所述的异向板设置于入口段内，异向板的上端和下端与入口段的两端面平齐。

所述的入口段和反应器本体之间设置放大段，放大段的两端分别与入口段的下部和反应器本体的上部相连接，放大段由入口段的下部到反应器本体的上部方向截面积逐渐增大。

在放大段内设置有旋流装置，所述旋流装置为螺旋结构的异向板，所述的异向板与放大段的内壁至少部分相连接。

所述的反应器本体和出口段之间设置收缩段，收缩段的两端分别与反应器本体的下部和出口段的上部相连接，收缩段由反应器本体的下部到出口段的上部方向截面积逐渐增大。

所述的反应器本体内设置的旋流装置位于喷射器的上部。

采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

1、应用简单方便，异向板采用薄板的结构，一般10mm以内的厚度即可，而以往的筛板形结构用于大直径反应器时，其厚度甚至可达80mm左右，如此厚度给加工制造带来困难，尤其是分布于其上的成百上千个小孔，加工起来比较费时费力。

2、通过异向板的设计，引导气体旋流通过反应器，增加了反应停留时间，有利于气体的混合，流场和温度场分布均匀。

3、减小了气体通过反应器时的阻力，以往的筛板形结构中，气流必须通过小孔进入反应器本体，因此阻力较大。而气流通过异向板进入反应器本体中，并没有减小气体的流通面积，阻力较小。

4、可以减少尿素结晶现象的发生，气体流场和温度场分布均匀，可以充分保障尿素的完全分解，不会造成未分解的尿素在尾管发生沉积结晶。

5、可以降低反应器的高度、节省能耗、减小气体通过反应器时的阻力，节省投资。

说明书附图

图1：本发明所述的应用于SCR脱硝的尿素热解反应器示意图

图2：本发明所述的异向板的结构放大图

图3：本发明所述的异向板在a-b-c-d-e的不同高度的水平截面图

其中，1、入口段，2、放大段，3、喷射器，4、反应器本体，5、收缩段，6、出口段，7、异向板，71、侧端部，72、侧端部，73、上端，74、下端，11、内壁。

具体实施例

实施例一

如图1、图2和图3所示，一种用于SCR脱硝的尿素热解反应器，包括反应器本体4，热空气的入口段1，放大段2，安装在反应器本体4上提供雾化的尿素溶液的喷射器3，收缩段5，混合气体的出口段6，反应器本体4为一具有一定体积的反应器，入口段1设置在反应器本体4的上部通过放大段2与反应器本体4相连通，放大段2由入口段1的下部到反应器本体4的上部方向截面积逐渐增大，出口段6设置在反应器本体4的下部通过收缩段5与反应器本体4相连通，收缩段5由反应器本体4的下部到出口段6的上部方向截面积逐渐增大。

其中，在入口段1、放大段2和反应器本体4的至少一个结构内设置有用于引导气体形成旋流的旋流装置，引导进入热空气形成旋流通过反应器本体4，从而营造均匀的气体流场和温度流场，延长了气体在尿素热解反应器的停留时间，让反应充分彻底，本实施例中,反应器本体4优选不锈钢制造。

所述的放大段2为截面积逐渐增大的通道，目的是为了连接入口段1和反应器本体4，因为入口段1的通道截面较小，反应器本体4的通道截面相对较大，如果直接连通，气流进入反应器本体4后会很不均匀，在入口段1和反应器本体4间增加截面积逐渐增大的放大段2，这样，热空气会在放大段2内逐渐分散，到达反应器本体4时会比较均匀。

如图2所示，本实施例中,旋流装置优选螺旋结构的异向板7，异向板7为螺旋结构，是将一长条状薄板的一端固定，另一端沿长条状薄板的垂直于固定端的中心线顺时针或逆时针方向逐渐扭转一定角度得到的渐变扭板状的螺旋结构，所述一定角度由入口段1的流速、高度与直径决定，本实施例优选扭转180度，即为0.5个螺距的螺旋结构。

本实施例中，优选异向板7设置在入口段1内，异向板7的两个侧端部71、72与入口段1的内壁11至少部分相连接，螺旋结构的异向板7将入口段分为两个对称的逐渐旋转的通道T1和T2，气体通过T1和T2后，即可在反应器本体4内形成旋流。

如图1所示，异向板7设置在入口段1内，异向板7与入口段1具有相同或不同的高度，优选异向板7的上端73与入口段1上端平齐,异向板7的下端74与入口段1的下端平齐，异向板7的螺旋结构的中心线与入口段1的中心线的方向设置。

如图2、图3所示，异向板7的任一点的水平截面的长度和与其连接的入口段1的内径相同，异向板7的两个侧端部71、72分别与入口段内壁11固定连接，本实施例优选焊接连接，再优选点焊。

如图3所示，a、b、c、d、e为入口段1的上端到下端的不同高度，图3为异向板7与入口段1安装好后在a、b、c、d、e不同高度的截面图，异向板7设置在入口段1的正中间，异向板7的两个侧端部71、72分别与入口段1的内壁11焊接固定，异向板7将入口段1划分为T1和T2两个对称的逐渐旋转的螺旋通道，从a到e，异向板7将T1和T2两个通道口逐渐调换180度，这样，进入两个通道的气体，从a到e后，也逐渐倒换了180度，两个对称的逐渐旋转的螺旋通道，引导气体形成旋流，起到混匀气体、营造均匀流场和温度场作用，还可以延长热空气在反应器本体4的停留时间，让反应充分彻底。

热空气由外部热源加热至约600℃左右，通过热空气入口段1、热风扩散段2之后进入反应器本体4，通过入口段1时，由于入口段1内安装有异向板7，通过异向板7的引导作用，进入T1和T2两个通道的热空气调换了180度，从而，热空气进入放大段2和反应器本体4后，由于进入时候的惯性，使热空气形成旋流，喷射器3上接有两路入口：一路为配置好的尿素溶液，一路为雾化空气，尿素溶液通过喷射器3喷入反应器本体4，雾化的尿素溶液在反应器本体4内发生反应，相比之前的热空气竖直的通过热解反应器，由于形成旋流，在反应器本体4长度不变的情况下，增加了混合气流在反应器本体4内的停留时间，从而有利于尿素的充分分解，在停留时间不变的情况下，可以降低反应器本体4的高度，从而降低制造成本。

在高温条件下，尿素发生分解反应，其化学反应如下：

CO(NH₂)₂→NH₃+HNCO

HNCO+H₂O→NH₃+CO₂

反应生成物与热空气组成混合气体经过收缩段5，由出口段6进入输送管道，再进入SCR反应器。

实施例二

本实施例所述的用于SCR脱硝的尿素热解反应器中，在放大段2内设置旋流装置，旋流装置为螺旋结构的异向板7，异向板7设置在放大段2内，异向板7的两个侧端部71、72与放大段2的内壁11至少部分相连接，螺旋结构的异向板7将放大段2分为两个对称的逐渐旋转的通道T1和T2，气体通过T1和T2后，即可在反应器本体4内形成旋流，优选异向板7与放大段2的内壁焊接连接。

异向板7与放大段2具有相同或不同的高度，优选异向板7的上端73与放大段2上端平齐,异向板7的下端74与放大段2的下端平齐，异向板7的螺旋结构的中心线与放大段2的中心线的方向设置。

异向板7为螺旋结构，是将一长条状薄板的一端固定，另一端沿长条状薄板的垂直于固定端的中心线顺时针或逆时针方向逐渐扭转一定角度得到的渐变扭板状的螺旋结构，所述一定角度由的气体的流速、放大段2的高度与直径综合决定，本实施例优选扭转180度，即为0.5个螺距的螺旋结构。

上述长条状薄板的宽度，从一端到另一端逐渐增大，优选长条状薄板的一端宽度与放大段2的入口处直径相同，另一端的宽度与放大段2的出口处直径相同，这样的长条状薄板扭转后得到螺旋结构的异向板7。

异向板7设置在放大段，热空气气流从入口段进入，经过放大段分散气流的同时，由异向板7引导热空气形成旋流，在反应器本体4长度不变的情况下，增加了混合气流在反应器本体4内的停留时间，从而有利于尿素的充分分解，在停留时间不变的情况下，可以降低反应器本体4的高度，从而降低制造成本，其他同实施例

实施例三

本实施例所述的用于SCR脱硝的尿素热解反应器中，在反应器本体4内设置旋流装置，旋流装置为螺旋结构的异向板7，优选在反应器本体4内喷射器3以上的部分设置异向板7，异向板7与反应器本体4的内壁焊接连接，

喷射器3设置在反应器本体4的中上部，优选上1/3至上1/4之间的位置，喷射器3的上面留有空间是为了让热空气在到达喷射器时候气流比较均匀，如果喷射器3上部的空间太小，会造成热空气还没有分散均匀就到达喷射器3所在的位置，与喷射器3喷出的雾化的尿素溶液混合，这样混合效果差，所以，喷射器3的上部要留有一定的供热空气分散的空间，下面的空间是为了让雾化的尿素有充分的反应时间，如果下面的空间太小会造成，混合气流已经到达反应器本体4底部，尿素还没有充分的分解，会造成尿素的结晶，堆积在反应器的底部，或者造成出口段6的堵塞，所以喷射器3优选设置在反应器本体4的上1/3至上1/4之间的位置。

在喷射器3以上的部分设置异向板7后，异向板7的两个侧端部71、72与反应器本体4的内壁11至少部分相连接，螺旋结构的异向板7将反应器本体4分为两个对称的逐渐旋转的通道T1和T2，气体通过T1和T2后，即可在反应器本体4内形成旋流，优选异向板7与反应器本体4的内壁焊接连接。

异向板7的上端73与反应器本体4上端平齐,异向板7的下端74位于喷射器3的上部，异向板7的螺旋结构的中心线与反应器本体4的中心线的方向设置。

异向板7为螺旋结构，是将一长条状薄板的一端固定，另一端沿长条状薄板的垂直于固定端的中心线顺时针或逆时针方向逐渐扭转一定角度得到的渐变扭板状的螺旋结构，所述一定角度由的气体的流速、放大段2的高度与直径综合决定，本实施例优选扭转180度，即为0.5个螺距的螺旋结构。

长条状薄板的一端宽度与反应器本体4的直径相同，这样的长条状薄板扭转后得到螺旋结构的异向板7，热空气经过放大段的分散后在形成旋流，在反应器本体4的长度不变的情况下，可以增加混合气流在反应器本体4的停留时间，在停留时间不变的情况下，还可以降低反应器本体4的高度，降低制造的成本，其他同实施例

实施例四

本实施例所述的用于SCR脱硝的尿素热解反应器中，在入口段1、收缩段2、反应器本体4内均设置旋流装置，旋流装置为螺旋结构的异向板7。

入口段1内的异向板7如实施例一所述，收缩段2内的异向板7如实施例二所述，反应器本体4内的异向板7如实施例三所述，异向板7与各段的内壁焊接连接，这样，可以避免单独的入口段1设置后，气体形成旋流后经过放大段2的分散而使旋流减弱，充分利用了喷射器3上部的空间，入口段1、收缩段2、反应器本体4内均设置异向板7可以更好的引导气体形成旋流的效果，在反应器本体4的长度不变的情况下，可以增加混合气流在反应器本体4的停留时间，在停留时间不变的情况下，还可以降低反应器本体4的高度，降低制造的成本，其他同实施例一。

实施例五

本实施例所述的用于SCR脱硝的尿素热解反应器中，用于引导气体旋流的旋流装置是具有1个螺距的螺旋结构的异向板7，即360度的渐变扭板结构。

本发明的设计思想是：通过营造旋流的气体流场实现热解反应器内气流混合效果好、温度分配均匀，增加反应物在反应器本体4的反应停留时间，上述实施例中的实施方案可以进一步组合或者替换，且实施例仅仅是对本发明的优选实施例进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中专业技术人员对本发明的技术方案作出的各种变化和改进，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种应用于SCR脱硝的尿素热解反应器，包括依次设置的入口段(1)，带喷射器(3)的反应器本体(4)，和出口段(6)，所述入口段(1)与反应器本体(4)联通，所述出口段(6)与反应器本体(4)联通，其特征在于：入口段(1)和/或反应器本体(4)内设置有用于引导气体旋流的旋流装置，所述的旋流装置为螺旋结构的异向板(7)，异向板为将一长条状薄板的一端固定，另一端沿长条状薄板的垂直于固定端的中心线顺时针或逆时针方向逐渐扭转一定角度得到的渐变扭板状的螺旋结构，异向板(7)与入口段(1)和/或反应器本体(4)的内壁至少部分相连接，异向板(7)的螺旋结构的中心线沿入口段(1)和/或反应器本体(4)的轴线方向设置，异向板将入口段(1)和/或反应器本体(4)分为两个对称的逐渐旋转的螺旋通道。

2.根据权利要求1所述的应用于SCR脱硝的尿素热解反应器，其特征在于：所述的异向板(7)为至少包含0.2个螺距的螺旋结构。

3.根据权利要求2所述的应用于SCR脱硝的尿素热解反应器，其特征在于：所述的异向板(7)为至少包含0.5个螺距的螺旋结构。

4.根据权利要求2所述的应用于SCR脱硝的尿素热解反应器，其特征在于：所述的异向板(7)的两个侧端部(71、72)与入口段(1)和/或反应器本体(4)的内壁相连接，将入口段(1)和/或反应器本体(4)分为两个对称的逐渐旋转的通道。

5.根据权利要求4所述的应用于SCR脱硝的尿素热解反应器，其特征在于：所述的异向板(7)设置于入口段(1)内，异向板(7)的上端(73)和下端(74)与入口段的两端面平齐。

6.根据权利要求1所述的应用于SCR脱硝的尿素热解反应器，其特征在于：所述的入口段(1)和反应器本体(4)之间设置放大段(2)，放大段(2)的两端分别与入口段(1)的下部和反应器本体(4)的上部相连接，放大段(2)由入口段(1)的下部到反应器本体(4)的上部方向截面积逐渐增大。

7.根据权利要求6所述的应用于SCR脱硝的尿素热解反应器，其特征在于：在放大段(2)内设置有旋流装置，所述旋流装置为螺旋结构的异向板，所述的异向板(7)与放大段(2)的内壁至少部分相连接。

8.根据权利要求1或6所述的应用于SCR脱硝的尿素热解反应器，其特征在于：所述的反应器本体(4)和出口段(6)之间设置收缩段(5)，收缩段(5)的两端分别与反应器本体(4)的下部和出口段(6)的上部相连接，收缩段(5)由反应器本体(4)的下部到出口段(6)的上部方向截面积逐渐增大。

9.根据权利要求1或6所述的应用于SCR脱硝的尿素热解反应器，其特征在于：所述的反应器本体(4)内设置的旋流装置位于喷射器(3)的上部。