CN104016374B - 一种烟气脱硝的尿素热解炉 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种烟气脱硝的尿素热解炉，包括炉体，沿热风流动的方向的炉体两端分别设有进风口和出风口，所述进风口处的炉体内设有热风导流装置，炉体中部的侧壁上环布有尿素喷射器，所述出风口附近的炉体的内壁上设有加热装置。本发明通过对热风导流装置和炉体的结构进行优化，有效地提高了尿素的热解效率；通过合理布置尿素喷射器的位置和喷射方向，使雾化后的尿素溶液与热风对流，提高了尿素溶液与热风的接触面积，也可改善尿素的热解率；尿素的热解率得到改善使炉体尾部出口处的结晶数量明显减少，提高了尿素热解炉的可靠性；另外，在炉体尾部出口处增设加热装置，有效地抑制尾部出口处被结晶的产生，也很大程度地提高了尿素热解炉的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种尿素热解炉，尤其是一种烟气脱硝的尿素热解炉。
背景技术
燃煤或燃油电厂的尾气中存在着大量的氮氧化物，这些物质被排放达大气中均会对人体造成严重的伤害，再加上目前的雾霾越来越严重，政府对工业废气的排放提出了新的要求，因此，燃煤或燃油电厂的尾气处理备受重视。上个世纪80年代在欧洲率先出现了烟气的脱硝技术，该技术的出现给燃煤或燃油电厂的脱硝处理指明了方向。近些年，脱硝技术逐渐被应用和推广。
目前，国内的一些电厂主要是采用SCR尿素热解系统进行脱硝处理，其原理主要是通过液氨与氮氧化物反应生成氮气、水和二氧化碳以达到排放标准，液氨的化学性质极不稳定，所以液氨的储存和运输的安全隐患较多，极易发生安全事故，再加上国家对安全问题的监控越来越严格，因此，使用液氨的安全成本越来越高。为了降低脱硝成本，目前该领域的大多数企业使用尿素代替液氨作为脱硝处理的原料，其主要原理是将尿素溶液喷入到尿素热解炉内再经过高温热风将其热解得到氨气，再将热解后得到的氨气与尾气反应达到脱硝的目的，虽然上述的原理有理论上的支持，但在实际的生产使用过程中还是遇到了一些新的问题，致使脱硝处理后的尾气不达标；例如，由于尿素热解炉的设计不合理尿素不能被完全分解，其产生的氨气不足，从而降低了脱硝系统的脱硝能力。另外在尿素热解炉出口处还出现了大量的结晶，使用一段时间后尿素热解炉的出口会被堵塞，严重影响设备的正常使用，为了去除这些结晶物，必须对其停机清理，操作工人进入尿素热解炉内对其进行清理，严重影响尾气的脱硝质量和设备的可靠性，如果操作不当甚至会导致操作工人中毒的问题发生。经过研究发现，这些晶体产生的主要原因是尿素分解不完全，再加上炉体较长，出口处的温度相对较低，致使尿素在出口处板结成较坚硬的蜂窝状的固体，还有一个原因是炉体内的气流量较少也是造成大量结晶的主要原因，并随着出口处的不断结晶加快结晶的速度。研究人员发现当出口的温度高于320摄氏度时，可以很好地抑制结晶的出现。目前为了保证保证出口的温度高于320摄氏度，使进风口的温度更高，从而满足上述温度的要求，但是源源不断的高温热风所吸收的热量更多，造成资源的严重浪费。
经过长期的研究和分析，得出如下结论：导致脱硝后的尾气不达标以及热解炉出口堵塞的根本原因是尿素溶液不能被完全热解，而影响尿素热解的主要原因是热解炉出口的温度较低以及尿素溶液与热风的接触不均匀，因此，研发一种可以解决上述问题的烟气脱硝的尿素热解炉非常有必要。
鉴于此提出本发明。
发明内容
本发明的目的为克服现有技术的不足，提供一种尿素热解率高，预防热解炉出口处被堵塞，使用成本较低以及可靠性较高的烟气脱硝的尿素热解炉。
为了实现该目的，本发明采用如下技术方案：一种烟气脱硝的尿素热解炉，包括炉体，沿热风流动的方向的炉体两端分别设有进风口和出风口，所述进风口处的炉体内设有热风导流装置，炉体中部的侧壁上环布有尿素喷射器，所述出风口附近的炉体的内壁上设有加热装置。其中热风导流装置可对进入炉体的进风口的热风产生导流的作用，通过导流使高温热风在炉体内停留的时间相对较长，促使尿素溶液接近完全热解。尿素喷射器主要是将事先调配好的尿素溶液喷入炉体内，被喷入的尿素溶液与热风接触后热解生成氨气，生成的氨气从出风口排出并到达脱硝处理的下一工艺。
前述的这种烟气脱硝的尿素热解炉中，所述的加热装置为电热丝、电热管或导热管，所述的电热丝、电热管或导热管环布于出风口附近的炉体的内壁上。可以根据实际情况选取以上加热装置，由于结晶的出现是由于尿素未被充分热解并且出风口处的温度低于300摄氏度所造成的，这些加热装置的温度最好控制在320摄氏度到400摄氏度的范围，且温度过高会使炉体内壁的结构的晶相结构发生变化，影响炉体的材料性能，建议使用内部设有导热油的导热管，其加热温度易控制，且对炉体的材料性能影响较小。
前述的这种烟气脱硝的尿素热解炉中，所述的导热管内设有导热油，导热管的两端分别设于炉体的外部且与导热油加热器相连接。导热油加热器可以对导热油进行加热使其达到工艺要求的温度，且导热油可以在导热管内进行循环散热，进而抑制结晶的产生，使尿素热解炉的可靠性得到提高。
前述的这种烟气脱硝的尿素热解炉中，所述的热风导流装置包括导流片、中心柱体和外套管，中心柱体设于外套管的内部，3～8个导流片的呈螺旋的布置方式均布于中心柱体和外套管之间且形成独立的导流通道。热风通过热风导流装置对其进行导流并进入炉体内部，在导流通道的作用下热风分成几股螺旋的热风在炉体内流动，以此增长热风在炉体内部的流动轨迹，延长热风在炉体内的停留时间，为尿素溶液的完全热解做好准备。同时，各股热风之间存在压差，可以增大雾化后的尿素溶液与热风的接触面积，一定条件下可以缩短炉体的长度，使其达到更好的热解效率。
前述的这种烟气脱硝的尿素热解炉中，所述的外套管为圆柱形，且所述的中心柱体和外套管长度相同且为导流片的螺距的1/4～4倍，即导流片的投影长度为螺距的1/4～4倍，可以根据实际热风的流速以及热风的温度确定热风导流的长度和螺距的大小，热风的流速越大，需要导流的长度越长，可以增加导流通道的长度和减小螺距使流速较快的热风在炉内停留较长的时间；热风的温度越高也可以采取上述的措施来实现，使热风在炉内停留较长时间，来提高热风的利用率；导流片的螺旋半径为300mm～800mm，螺旋半径可根据炉体的大小和需要的热风量确定。
前述的这种烟气脱硝的尿素热解炉中，所述的外套管为圆锥台形，且所述的中心柱体和外套管长度相同且为导流片的螺距的1/2～8倍，即导流片的投影长度为螺距的1/2～8倍，可以根据实际热风的流速以及热风的温度确定热风导流的长度和螺距的大小，热风的流速越大，需要导流的长度越长，可以增加导流通道的长度和减小螺距使流速较快的热风在炉内停留较长的时间；热风的温度越高也可以采取上述的措施来实现，使热风在炉内停留较长时间，来提高热风的利用率；圆锥顶部的螺旋半径为300mm～800mm，且螺旋半径沿着导流片的螺旋逐渐增大。导流通道的截面沿热风的流动防线逐渐增大，以此减小热风流动的阻力，且圆锥台形设置的热风导流装置可以与炉体内壁较平滑地过渡，也可以降低热风流动的阻力。
前述的这种烟气脱硝的尿素热解炉中，所述的圆锥台形的外套管的锥角为30°～90°。可以根据热风导流装置出口处炉体的锥角确定，使两者的锥角尽量保持相同或相近，是热风可以平滑地过渡。
前述的这种烟气脱硝的尿素热解炉中，所述的尿素喷射器环布于靠近进风口一端的炉体的中部，且尿素喷射器与进风口的距离为炉体总长的1/8～1/3；所述的尿素喷射器的喷射方向朝进风口倾斜设置。使雾化的尿素溶液与热风形成相对的流动状态，热风可以将雾化的尿素溶液打散，使其热解的接触面更大，也有利于提高尿素的热解率。
前述的这种烟气脱硝的尿素热解炉中，所述的进风口处的炉体为锥形结构，且沿热风流动方向逐渐增大，该结构的进风口有助于热风的集中流动，便于对其进行导流；所述的出风口的炉体也为锥形结构，且沿热风流动方向逐渐减小，热解后生成的物质可以汇聚到一起，提高单位体积的氨气的浓度，以提高脱硝的效率。
前述的这种烟气脱硝的尿素热解炉中，所述的进风口处的炉体的锥形结构的锥角为15°～90°；所述的电热丝、电热管或导热管环布于出风口处的锥形结构的炉体的内壁上。随着热风的流动以及热解需要吸收大量的热，使出风口的温度降低，甚至达到300摄氏度以下，该处极易发生尿素的结晶，因此在该处设置加热装置，使该处的温度达到320摄氏度以上。由于结晶的产生与炉体所在环境的温度影响，因此，可以根据经验选择性地使用加热装置。例如，当外界温度低于某个温度范围值时，热解炉会产生结晶，当外界温度在该温度范围值以下时使用加热装置，反之停止使用该装置。该装置可以有效地取代传统的通过调节进口处热风的温度来解决结晶问题，进而降低能源的浪费，其设计更加合理。
采用本发明所述的技术方案后，带来以下有益效果：
本发明所述这种烟气脱硝的尿素热解炉通过热风导流装置和炉体的结构进行优化设计，可以很好地控制热风在尿素热解炉内的停留时间，尿素溶液与热风提供充足的反应时间，有效地提高了尿素溶液的热解效率；另外，合理布置尿素喷射器的位置和喷射方向，使雾化后的尿素溶液与热风相向流动，极大程度地提高了雾化后的尿素溶液与热风的接触面积，一定程度上也改善了尿素的热解率；尿素的热解率得到改善后，尿素热解炉尾部出口处的结晶数量明显减少，提高了尿素热解炉的可靠性。除此之外，在炉体尾部出口处增设加热装置，使该处的炉体达到抑制结晶的温度，有效地预防尾部出口处被结晶的物质堵塞，也很大程度地提高了尿素热解炉的可靠性。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
图1：本发明的结构示意图；
图2：图1的局部放大视图A；
图3：圆锥台形热风导流装置；
图4：圆柱形热风导流装置；
图5：导流片设置与中心柱体上的结构示意图；
图6：单个导流片设于中心柱体上的结构示意图。
其中：1、炉体，2、热风导流装置，3、尿素喷射器，4、导流片，5、中心柱体，6、外套管，7、导热油加热器，8、进风口，9、出风口，10、加热装置，11、导流通道。
具体实施方式
本发明的具体实施例1：如图1所示的一种烟气脱硝的尿素热解炉，包括炉体1，沿热风流动的方向的炉体1两端分别设有进风口8和出风口9，所述进风口8处的炉体1内设有热风导流装置2，炉体1中部的侧壁上环布有尿素喷射器3，所述出风口9附近的炉体1的内壁上设有加热装置10。所述的加热装置10为导热管，所述的导热管环布于出风口9附近的炉体1的内壁上。所述的导热管内设有导热油，导热管的两端分别设于炉体1的外部且与导热油加热器7相连接。如图3或图4所示，所述的热风导流装置2包括导流片4、中心柱体5和外套管6，中心柱体5设于外套管6的内部，6个导流片4的呈螺旋的布置方式均布于中心柱体5和外套管6之间且形成独立的导流通道11。如图3所示，所述的外套管6为圆柱形，且所述的中心柱体5和外套管6长度相同且为导流片4的螺距的1/2倍，导流片4的螺旋半径为375mm，且中心柱体的直径为90mm。所述的尿素喷射器3环布于靠近进风口8一端的炉体1的中部，且尿素喷射器3与进风口8的距离为炉体1总长的1/4；所述的尿素喷射器3的喷射方向朝进风口8倾斜设置。所述的进风口8处的炉体1为锥形结构，且沿热风流动方向逐渐增大；所述的出风口9的炉体1也为锥形结构，且沿热风流动方向逐渐减小。所述的进风口8处的炉体1的锥形结构的锥角为60°；所述的导热管环布于出风口9处的锥形结构的炉体1的内壁上。
本发明的具体实施例2：如图1所示的一种烟气脱硝的尿素热解炉，包括炉体1，沿热风流动的方向的炉体1两端分别设有进风口8和出风口9，所述进风口8处的炉体1内设有热风导流装置2，炉体1中部的侧壁上环布有尿素喷射器3，所述出风口9附近的炉体1的内壁上设有加热装置10。所述的加热装置10为电热丝，所述的电热丝环布于出风口9附近的炉体1的内壁上。如图3或图4所示，所述的热风导流装置2包括导流片4、中心柱体5和外套管6，中心柱体5设于外套管6的内部，5个导流片4的呈螺旋的布置方式均布于中心柱体5和外套管6之间且形成独立的导流通道11。如图3所示，所述的外套管6为圆锥台形，且所述的中心柱体5和外套管6长度相同且为导流片4的螺距的1倍，圆锥顶部的螺旋半径为300mm，且螺旋半径沿着导流片4的螺旋逐渐增大。所述的圆锥台形的外套管6的锥角为60°。所述的尿素喷射器3环布于靠近进风口8一端的炉体1的中部，且尿素喷射器3与进风口8的距离为炉体1总长的1/8；所述的尿素喷射器3的喷射方向朝进风口8倾斜设置。所述的进风口8处的炉体1为锥形结构，且沿热风流动方向逐渐增大；所述的出风口9的炉体1也为锥形结构，且沿热风流动方向逐渐减小。所述的进风口8处的炉体1的锥形结构的锥角为60°；所述的电热丝环布于出风口9处的锥形结构的炉体1的内壁上。
本发明的具体实施例3：一种烟气脱硝的尿素热解炉，包括炉体1，沿热风流动的方向的炉体1两端分别设有进风口8和出风口9，所述进风口8处的炉体1内设有热风导流装置2，炉体1中部的侧壁上环布有尿素喷射器3，所述出风口9附近的炉体1的内壁上设有加热装置10。所述的加热装置10为电热管，所述的电热管环布于出风口9附近的炉体1的内壁上。所述的热风导流装置2包括导流片4、中心柱体5和外套管6，中心柱体5设于外套管6的内部，3个导流片4的呈螺旋的布置方式均布于中心柱体5和外套管6之间且形成独立的导流通道11。所述的外套管6为圆柱形，且所述的中心柱体5和外套管6长度相同且为导流片4的螺距的1倍，导流片4的螺旋半径为400mm。所述的尿素喷射器3环布于靠近进风口8一端的炉体1的中部，且尿素喷射器3与进风口8的距离为炉体1总长的1/6；所述的尿素喷射器3的喷射方向朝进风口8倾斜设置。所述的进风口8处的炉体1为锥形结构，且沿热风流动方向逐渐增大；所述的出风口9的炉体1也为锥形结构，且沿热风流动方向逐渐减小。所述的进风口8处的炉体1的锥形结构的锥角为70°；所述的电热管环布于出风口9处的锥形结构的炉体1的内壁上。
本发明的具体实施例4：一种烟气脱硝的尿素热解炉，包括炉体1，沿热风流动的方向的炉体1两端分别设有进风口8和出风口9，所述进风口8处的炉体1内设有热风导流装置2，炉体1中部的侧壁上环布有尿素喷射器3，所述出风口9附近的炉体1的内壁上设有加热装置10。所述的加热装置10为导热管，所述的导热管环布于出风口9附近的炉体1的内壁上。所述的导热管内设有导热油，导热管的两端分别设于炉体1的外部且与导热油加热器7相连接。所述的热风导流装置2包括导流片4、中心柱体5和外套管6，中心柱体5设于外套管6的内部，8个导流片4的呈螺旋的布置方式均布于中心柱体5和外套管6之间且形成独立的导流通道11。所述的外套管6为圆锥台形，且所述的中心柱体5和外套管6长度相同且为导流片4的螺距的1.5倍，圆锥顶部的螺旋半径为300mm，且螺旋半径沿着导流片4的螺旋逐渐增大。所述的圆锥台形的外套管6的锥角为60°。所述的尿素喷射器3环布于靠近进风口8一端的炉体1的中部，且尿素喷射器3与进风口8的距离为炉体1总长的1/7；所述的尿素喷射器3的喷射方向朝进风口8倾斜设置。所述的进风口8处的炉体1为锥形结构，且沿热风流动方向逐渐增大；所述的出风口9的炉体1也为锥形结构，且沿热风流动方向逐渐减小。所述的进风口8处的炉体1的锥形结构的锥角为60°；所述的导热管环布于出风口9处的锥形结构的炉体1的内壁上。
本发明的具体实施例5：一种烟气脱硝的尿素热解炉，包括炉体1，沿热风流动的方向的炉体1两端分别设有进风口8和出风口9，所述进风口8处的炉体1内设有热风导流装置2，炉体1中部的侧壁上环布有尿素喷射器3，所述出风口9附近的炉体1的内壁上设有加热装置10。所述的加热装置10为导热管，所述的导热管环布于出风口9附近的炉体1的内壁上。所述的导热管内设有导热油，导热管的两端分别设于炉体1的外部且与导热油加热器7相连接。所述的热风导流装置2包括导流片4、中心柱体5和外套管6，中心柱体5设于外套管6的内部，4个导流片4的呈螺旋的布置方式均布于中心柱体5和外套管6之间且形成独立的导流通道11。所述的尿素喷射器3环布于靠近进风口8一端的炉体1的中部，且尿素喷射器3与进风口8的距离为炉体1总长的1/6；所述的尿素喷射器3的喷射方向朝进风口8倾斜设置。所述的进风口8处的炉体1为锥形结构，且沿热风流动方向逐渐增大；所述的出风口9的炉体1也为锥形结构，且沿热风流动方向逐渐减小。所述的导热管环布于出风口9处的锥形结构的炉体1的内壁上。
本发明的具体实施例6：一种烟气脱硝的尿素热解炉，包括炉体1，沿热风流动的方向的炉体1两端分别设有进风口8和出风口9，所述进风口8处的炉体1内设有热风导流装置2，炉体1中部的侧壁上环布有尿素喷射器3，所述出风口9附近的炉体1的内壁上设有加热装置10。所述的热风导流装置2包括导流片4、中心柱体5和外套管6，中心柱体5设于外套管6的内部，6个导流片4的呈螺旋的布置方式均布于中心柱体5和外套管6之间且形成独立的导流通道11。所述的外套管6为圆锥台形，且所述的中心柱体5和外套管6长度相同且为导流片4的螺距的1/3倍，圆锥顶部的螺旋半径为350mm，且螺旋半径沿着导流片4的螺旋逐渐增大。所述的圆锥台形的外套管6的锥角为45°。所述的尿素喷射器3环布于靠近进风口8一端的炉体1的中部，且尿素喷射器3与进风口8的距离为炉体1总长的1/5；所述的尿素喷射器3的喷射方向朝进风口8倾斜设置。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明原理前提下，还可以做出多种变形和改进，这也应该视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种烟气脱硝的尿素热解炉，其特征在于：包括炉体(1)，沿热风流动的方向的炉体(1)两端分别设有进风口(8)和出风口(9)，所述进风口(8)处的炉体(1)内设有热风导流装置(2)，炉体(1)中部的侧壁上环布有尿素喷射器(3)，所述出风口(9)附近的炉体(1)的内壁上设有加热装置(10)；
所述的加热装置(10)为导热管，所述的导热管环布于出风口(9)附近的炉体(1)的内壁上；所述的导热管内设有导热油，导热管的两端分别设于炉体(1)的外部且与导热油加热器(7)相连接；
所述的热风导流装置(2)包括导流片(4)、中心柱体(5)和外套管(6)，中心柱体(5)设于外套管(6)的内部，3～8个导流片(4)的呈螺旋的布置方式均布于中心柱体(5)和外套管(6)之间且形成独立的导流通道(11)；所述的外套管(6)为圆锥台形，且所述的中心柱体(5)和外套管(6)长度相同且为导流片(4)的螺距的1/2～8倍，圆锥顶部的螺旋半径为300mm～800mm，且螺旋半径沿着导流片(4)的螺旋逐渐增大。
2.根据权利要求1所述的烟气脱硝的尿素热解炉，其特征在于：所述的圆锥台形的外套管(6)的锥角为30°～90°。
3.根据权利要求1所述的烟气脱硝的尿素热解炉，其特征在于：所述的尿素喷射器(3)环布于靠近进风口(8)一端的炉体(1)的中部，且尿素喷射器(3)与进风口(8)的距离为炉体(1)总长的1/8～1/3；所述的尿素喷射器(3)的喷射方向朝进风口(8)倾斜设置。
4.根据权利要求1所述的烟气脱硝的尿素热解炉，其特征在于：所述的进风口(8)处的炉体(1)为锥形结构，且沿热风流动方向逐渐增大；所述的出风口(9)的炉体(1)也为锥形结构，且沿热风流动方向逐渐减小。
5.根据权利要求4所述的烟气脱硝的尿素热解炉，其特征在于：所述的进风口(8)处的炉体(1)的锥形结构的锥角为15°～90°；所述导热管环布于出风口(9)处的锥形结构的炉体(1)的内壁上。
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