CN104386709B - 带余热回收装置的尿素水解反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带余热回收装置的尿素水解反应器,包括反应器壳体、尿素溶液进口、贫尿素溶液出口以及利用排出反应器壳体的贫尿素溶液的热量对将要进入反应器壳体的尿素溶液进行预热的余热回收装置,本发明的尿素水解反应器能够利用反应完排出的贫尿素溶液对进入反应器的富尿素溶液进行预热,节约热能损耗,缩短反应器响应时间。

Description

带余热回收装置的尿素水解反应器
技术领域
本发明涉及烟气脱硝净化领域,具体是一种带余热回收装置的尿素水解反应器。
背景技术
随着国家对电站烟气排放标准的提高,烟气脱硝列入了“十二五”的发展规划。火电厂烟气脱硝技术主要有低氮燃烧、选择性非催化还原(SNCR)和选择性催化还原(SCR)。由于我国煤质复杂、烟气中NOx含量高,因此具有较高脱硝效率的SCR技术在国内得到了极大推广。
SCR烟气脱硝技术的还原剂可以选择液氨、氨水和尿素。液氨价格便宜,运输、运行成本低,但是属于重大危险源,运输、储存都受到严格的管制;氨水中的氨浓度较低,运输成本高,并且工业氨水中有较多的金属离子,对催化剂的寿命有一定影响,因此在燃煤电站的SCR工程中应用并不广泛;尿素是一种无毒无害的固体颗粒,输运、储存安全便利,对环境无害,适用于脱硝工程,尤其是距离城市、居民区较近的燃煤电站。出于安全性和实用性的考虑,为了克服液氨运输、卸料、储存、运行、检修等环节存在的安全隐患,适用于SCR烟气脱硝的尿素制氨技术逐渐引起人们的关注。目前尿素制氨的技术主要有尿素热解和尿素水解两种。相比热解反应,尿素水解过程比较彻底,无副产物产生,耗能小,只需要低品位的蒸汽即可满足水解反应的热量需求,运行成本低。
目前,电厂烟气脱硝系统采用的尿素水解反应器一般采用U型盘管蒸汽间接加热尿素溶液的方式,尿素溶液受热分解产生氨气和二氧化碳,最后从反应器上部排出进入SCR脱硝系统。目前的水解器在实际运行中,水解器内反应完的贫尿素溶液直接排出,而排出的贫尿素溶液由于在反应中受热温度较高,因此现有的尿素水解器能量损耗较大,贫尿素溶液的余热没有回收利用。
因此,为解决以上问题,需要一种尿素水解反应器,能够利用反应完排出的贫尿素溶液对进入反应器的富尿素溶液进行预热,节约热能损耗,缩短反应器响应时间。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的是克服现有技术中的缺陷,提供一种能利用反应完排出的贫尿素溶液对进入反应器的富尿素溶液进行预热的带余热回收装置的尿素水解反应器。
本发明的带余热回收装置的尿素水解反应器,包括反应器壳体、尿素溶液进口、贫尿素溶液出口以及利用排出反应器壳体的贫尿素溶液的热量对将要进入反应器壳体的尿素溶液进行预热的余热回收装置;
进一步,本发明的尿素水解反应器还包括从所述反应器壳体外伸入其内部的蒸汽喷射管道,所述蒸汽喷射管道外端设有蒸汽进口,蒸汽喷射管道位于反应器壳体内部的管段侧壁设有蒸汽喷嘴;
进一步,所述反应器壳体内固定设置有液位挡板且该液位挡板将反应器壳体内分隔为反应区和溢流区,所述尿素溶液进口设置于反应区底部,贫尿素溶液出口设置于溢流区底部;
进一步,所述余热回收装置包括连接尿素溶液进口的进料管、连接贫尿素溶液出口的出料管以及用于使所述进料管与出料管之间建立热交换的换热器;
进一步,所述蒸汽喷射管道靠近反应器壳体底部设置于反应区内,蒸汽喷嘴沿蒸汽喷射管长度方向均匀分布有多个且各蒸汽喷嘴出口朝向上方设置;
进一步,所述反应区底部还设有排污口;
进一步,所述反应区底部还设有液相温度计;
进一步,所述反应器壳体靠近溢流区一侧设有人孔。
本发明的有益效果是:本发明的带余热回收装置的尿素水解反应器,可将需要水解的尿素溶液通过尿素溶液进口灌入反应器壳体内,并对尿素溶液进行加热,最终使尿素溶液受热水解,水解后排出的具有较高温度的贫尿素溶液通过余热回收装置将贫尿素溶液携带的热能传递给将要进入反应器壳体内富尿素溶液,相比现有尿素水解反应器而言,本发明的尿素水解反应器,富尿素溶液在进入反应器前将受到反应完成的贫尿素溶液的余热,因此,本尿素水解反应器加热效率较高,反应器响应时间短,同时又能节约能量损耗,发明的带余热回收装置的尿素水解反应器的蒸汽耗量与产氨量的比值为2.8-3.5kg/kg,传统的间接加热式尿素水解系统的蒸汽耗量与产氨量的比值约为4.0-4.2kg/kg,因此,本水解反应器节能效果显著。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述:
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
图1为本发明的结构示意图,如图所示,本实施例的带余热回收装置的尿素水解反应器,包括反应器壳体1、尿素溶液进口6、贫尿素溶液出口8以及利用排出反应器壳体1的贫尿素溶液的热量对将要进入反应器壳体1的尿素溶液进行预热的余热回收装置,余热回收装置可以采用现有一切能够实现液体之间进行热量交换的设备实现,利用本实施例的尿素水解反应器进行尿素水解时,可将需要水解的尿素溶液通过尿素溶液进口6灌入反应器壳体1内,并对尿素溶液进行加热,最终使尿素溶液受热水解,水解后排出的具有较高温度的贫尿素溶液通过余热回收装置将贫尿素溶液携带的热能传递给将要进入反应器壳体1内富尿素溶液,相比现有尿素水解反应器而言,本发明的尿素水解反应器,富尿素溶液在进入反应器前将受到反应完成的贫尿素溶液的余热,因此,本尿素水解反应器加热效率较高,反应器响应时间短,同时又能节约能量损耗。
本实施例的带余热回收装置的尿素水解反应器还包括从所述反应器壳体1外伸入其内部的蒸汽喷射管道3,所述蒸汽喷射管道3外端设有蒸汽进口2,蒸汽喷射管道3位于反应器壳体1内部的管段侧壁设有蒸汽喷嘴4,反应器壳体1顶部设有产品气出口13,反应器壳体1可为卧式圆筒结构并通过反应器支座支撑,蒸汽喷射管道3可设置多个并铺设于反应器壳体1内腔底部,相比现有采用釜式再沸器对尿素进行水解而言,本实施例的带余热回收装置的尿素水解反应器,蒸汽直接通入尿素溶液内与其进行热交换,因此,本尿素水解反应器加热效率较高;其次,蒸汽对尿素溶液进行加热的同时对尿素溶液起到扰动、搅拌的作用,有助于尿素水解反应的进行;另一方面,采用现有设备对尿素溶液进行水解过程中,需要不断补充除盐水,而本发明的尿素水解反应器,通入尿素溶液中的蒸汽冷凝后形成水分,因此,无需再向尿素溶液内补充除盐水。
本实施例中,所述反应器壳体1内固定设置有液位挡板14且该液位挡板14将反应器壳体1内分隔为反应区和溢流区,所述尿素溶液进口6设置于反应区底部,贫尿素溶液出口8设置于溢流区底部,在水解反应过程中,蒸汽和富尿素溶液是不断通入反应器壳体1的反应区内,因此反应过程中反应区内液位会逐渐升高,反应过的贫尿素溶液会不断的从反应区越过液位挡板14溢流入溢流区内,因此液位挡板14可保证尿素溶液维持在正常液位,而溢流区可用于收集反应完成的贫尿素溶液。
本实施例中,所述余热回收装置包括连接尿素溶液进口6的进料管10、连接贫尿素溶液出口8的出料管9以及用于使所述进料管10与出料管9之间建立热交换的换热器11,换热器11是现有的在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备,换热器11连接时,将出料管9连接于换液器热流体入口与反应器壳体1的贫尿素溶液出口8之间,而进料管10连接于换液器冷流体入口与反应器壳体1的尿素溶液进口6之间。
本实施例中,所述蒸汽喷射管道3靠近反应器壳体1底部设置于反应区内,蒸汽喷嘴4沿蒸汽喷射管长度方向均匀分布有多个且各蒸汽喷嘴4出口朝向上方设置,这种蒸汽喷嘴4的设置方式能够保证蒸汽对尿素溶液的加热较为均匀,同时又能达到对尿素溶液充分搅拌的作用。
本实施例中,所述反应区底部还设有排污口5,当尿素溶液反应完毕,不再向反应器壳体1内补充富尿素溶液且反应器壳体1内不再产生氨气时,可通该排污口5将反应区内的贫尿素溶液排出。
本实施例中,所述反应区底部还设有液相温度计7,温度对尿素的水解速度影响较大,每增加10℃反应速度增加1.4-1.5倍,因此,对溶液反应过程中的温度极为重要,而液相温度计7可实时采集溶液的温度数值,以供作业人员监测。
本实施例中,所述反应器壳体1靠近溢流区一侧设有人孔12,人孔12可供检修人员进入反应器壳体1内进行设备检修,另外,将人孔12设置于溢流区一侧,可避免人孔12密封不严时导致反应区内溶液通过人孔12渗出。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种带余热回收装置的尿素水解反应器,其特征在于:包括反应器壳体、尿素溶液进口、贫尿素溶液出口以及利用排出反应器壳体的贫尿素溶液的热量对将要进入反应器壳体的尿素溶液进行预热的余热回收装置。
2.根据权利要求1所述的带余热回收装置的尿素水解反应器,其特征在于:还包括从所述反应器壳体外伸入其内部的蒸汽喷射管道,所述蒸汽喷射管道外端设有蒸汽进口,蒸汽喷射管道位于反应器壳体内部的管段侧壁设有蒸汽喷嘴。
3.根据权利要求2所述的带余热回收装置的尿素水解反应器,其特征在于:所述反应器壳体内固定设置有液位挡板且该液位挡板将反应器壳体内分隔为反应区和溢流区,所述尿素溶液进口设置于反应区底部,贫尿素溶液出口设置于溢流区底部。
4.根据权利要求3所述的带余热回收装置的尿素水解反应器,其特征在于:所述余热回收装置包括连接尿素溶液进口的进料管、连接贫尿素溶液出口的出料管以及用于使所述进料管与出料管之间建立热交换的换热器。
5.根据权利要求4所述的带余热回收装置的尿素水解反应器,其特征在于:所述蒸汽喷射管道靠近反应器壳体底部设置于反应区内,所述蒸汽喷嘴沿蒸汽喷射管长度方向均匀分布有多个且各蒸汽喷嘴出口朝向上方设置。
6.根据权利要求5所述的带余热回收装置的尿素水解反应器,其特征在于:所述反应区底部还设有排污口。
7.根据权利要求6所述的带余热回收装置的尿素水解反应器,其特征在于:所述反应区底部还设有液相温度计。
8.根据权利要求7所述的带余热回收装置的尿素水解反应器,其特征在于:所述反应器壳体靠近溢流区一侧设有人孔。
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