CN104548931A - 一种采用高温烟气作为热源的尿素热解制氨气装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及尿素制氨工艺领域，旨在提供一种采用高温烟气作为热源的尿素热解制氨气装置。该种采用高温烟气作为热源的尿素热解制氨气装置包括旋流热解炉、旁路烟道、烟气挡板、机械雾化喷枪、烟气流量传感器、烟气温度传感器、增压风机、卸灰斗、压力传感器和温度传感器。本发明采用高温过热器附近的少量高温烟气作为尿素热解的热源，采用廉价低品位能源替代高品位能源，降低了尿素热解所需的电耗和运行成本；且本发明采用旋流热解炉有效的降低了烟气中的粉尘含量，减少了粉尘对增压风机的磨损，改善了增压风机的工作环境，延长了增压风机使用寿命，同时保障了尿素与高温烟气的均匀混合，提高了尿素的热解效率。

Description

一种采用高温烟气作为热源的尿素热解制氨气装置

技术领域

本发明是关于尿素制氨工艺领域，特别涉及一种采用高温烟气作为热源的尿素热解制氨气装置。

背景技术

随着国民经济的快速发展和人民生活水平的提高，能源消费量持续增加。2011年煤炭消费量已达到36亿吨标准煤，然而以燃烧为主的利用方式使得大气污染物的急剧增加。酸雨、雾霾天气频繁出现，大气环境的压力持续增加引起了全国人民的不满。为此国家出台了一系列的空气质量标准间和大气污染排放治理标准。

在最新公布的《GB/T13223-2011火电厂大气污染排放标准》中，对电厂排烟烟气以NO₂计算的氮氧化物排放有了更严格的标准，分别为100mg/Nm³(新建电厂2012年1月1日起；现有电厂2014年7月1日达到新标准)和200mg/Nm³(W锅炉/循环流化床锅炉)，重点地区执行100mg/Nm³的标准。《排污费征收标准管理办法》规定，自2004年7月1日起，对氮氧化物(NOx)按排放总量收费，其收费标准与SO₂相同，即0.6元/污染当量值，超标准加倍收费。以上标准的发布实施，表明了我国对火电厂的大气污染物排放的控制将越来越严格，同时也推动了燃煤锅炉烟气污染治理工作的开展。

目前国内外控制NOx排放技术可分为燃烧过程中脱硝和烟气脱硝两部分。燃烧过程中的脱硝技术主要包括低NO_x燃烧器技术、燃尽风技术、燃料分级燃烧技术以及烟气再循环技术等。烟气脱硝技术中则以选择性非催化还原技术SNCR与选择性催化还原技术SCR应用最为广泛。其中SCR以其较高的脱硝效率(70％-90％)成为主流脱硝装置，占有大部分的烟气脱硝市场。

选择性催化还原脱硝技术(Selective Catalytic Reduction,SCR)采用氨作为还原剂，在催化剂的作用下发生选择性还原反应，将NO还原成N₂实现降解NOx的效果。目前市场上的氨的主要来源于液氨、尿素和氨水。在实际的应用过程中为了节约能耗较多采用液氨作为SCR还原剂，但由于液氨属高危险品，泄漏会导致中毒、爆炸等危险，同时储运和运输极为不便，对电厂和周边环境造成安全隐患。尿素以其安全性可靠得到了广泛应用。尿素制氨可采用热解或水解制氨工艺。目前电厂采用尿素为还原剂时，主要以尿素热解方式进行制氨。采用热解炉对一次风进行电加热，再利用热风对尿素进行分解。该制氨方式的主要缺点是能源消耗过大。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种简单可行、结构简单、投资成本低、运行费用低，适用于电厂燃煤锅炉SCR改造的尿素热解制氨装置。为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种采用高温烟气作为热源的尿素热解制氨气装置，包括热解炉，还包括旁路烟道、烟气挡板、机械雾化喷枪、烟气流量传感器、烟气温度传感器、增压风机、卸灰斗、压力传感器和温度传感器，所述热解炉采用旋流热解炉；

旋流热解炉的一侧与旁路烟道的一端连通，旁路烟道的另一端处设有两路入口，分别为高温烟气入口和尿素入口，旁路烟道上还装设有烟气流量传感器和烟气温度传感器，用于分别监测旁路烟道中的流量和温度；高温烟气入口处设有烟气挡板，用于通过烟气挡板调节高温烟气的通入量，尿素入口采用机械雾化喷枪，用于通过机械雾化喷枪将尿素喷入旁路烟道内；

旋流热解炉的上端连接有出口烟道，用于作为制得的氨气的出口；出口烟道的尾端上依次装有增压风机、压力传感器、温度传感器，增压风机用于提供氨气从出口烟道喷出的动能，压力传感器和温度传感器分别用于监测氨气的压力和温度；

旋流热解炉的下端装有卸灰斗，用于排出粉尘。

作为进一步的改进，所述采用高温烟气作为热源的尿素热解制氨气装置还设有尿素计量装置，机械雾化喷枪与尿素计量装置连接，用于通过尿素计量装置控制供给机械雾化喷枪的尿素喷射量。

作为进一步的改进，所述旋流热解炉与旁路烟道连通的混合气体入口，能实现混合气体进行切向进气。

作为进一步的改进，所述高温烟气入口设置在锅炉的高温过热器附近，且引入旁路烟道的高温烟气是指温度在600～800℃之间的烟气。

作为进一步的改进，所述旋流热解炉的出口烟道末端连接至喷射格栅(SCR喷射格栅)，喷射格栅设置在与高温过热器连接的管道内，从出口烟道尾端喷出的氨气，能通过增压风机实现与锅炉原烟气卷吸混合。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明采用高温过热器附近的少量高温烟气作为尿素热解的热源，采用廉价低品位能源替代高品位能源，降低了尿素热解所需的电耗和运行成本；

2、本发明采用旋流热解炉有效的降低了烟气中的粉尘含量，减少了粉尘对增压风机的磨损，改善了增压风机的工作环境，延长了增压风机使用寿命，同时保障了尿素与高温烟气的均匀混合，提高了尿素的热解效率；

3、本发明设备集成度高，操作运行简便；

4、本发明投资少，运行和维护费用低；

5、本发明旋流热解炉内携带尿素溶液的高温烟气为强烈旋转流动，强化了溶液与烟气的混合和换热，有效防止尿素热解不充分导致的热解炉内结晶，同时强烈的扰动保证热解炉出口气体中氨气浓度均匀。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图中的附图标记为：1烟气挡板；2尿素计量装置；3机械雾化喷枪；4旁路烟道；5烟气流量传感器；6烟气温度传感器；7旋流热解炉；8卸灰斗；9增压风机；10压力传感器；11温度传感器；12高温过热器附近烟道；13喷射格栅。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1所示的一种采用高温烟气作为热源的尿素热解制氨气装置，采用旋流热解炉7作为尿素热解的反应器和与稀释介质(烟气)充分混合的混合器。该种采用高温烟气作为热源的尿素热解制氨气装置包括旋流热解炉7、旁路烟道4、烟气挡板1、尿素计量装置2、机械雾化喷枪3、烟气流量传感器5、烟气温度传感器6、增压风机9、卸灰斗8、压力传感器10和温度传感器11。

旋流热解炉7的一侧与旁路烟道4的一端连通，旁路烟道4的另一端处设有两路入口，分别为作为热源的高温烟气入口和作为冷源的尿素入口。高温烟气入口处设有烟气挡板1，用于通过烟气挡板1调节高温烟气的通入量；从锅炉高温过热器附近烟道12的合适位置将少量高温烟气引入旁路烟道4，高温烟气的温度在600～800℃之间。尿素入口采用机械雾化喷枪3，用于通过机械雾化喷枪3将尿素喷入旁路烟道4内；机械雾化喷枪3与尿素计量装置2连接，用于通过尿素计量装置2控制供给机械雾化喷枪3的还原剂尿素喷射量。旁路烟道4上还装设有烟气流量传感器5和烟气温度传感器6，用于分别监测旁路烟道4中的流量和温度，使得烟气温度控制在550～650℃，同时满足5％的氨气浓度。雾化后的尿素被高温烟气载入旋流热解炉7中均匀混合并热解成氨气。该装置即保证了气液混合的均匀程度及热解反应的停留时间，又节约了现有热解炉需要电加热方式所带来的能耗，同时降低了烟气中粉尘的含量。

旋流热解炉7的上端的出口烟道，用于作为热解制得的氨气的出口。出口热解氨气烟道的末端依次装有增压风机9、压力传感器10和温度传感器11，接至SCR喷射格栅13入口，实现喷射格栅13喷出的氨气与锅炉烟气的卷吸混合。为了确保喷氨格栅正常所需的压力，设置增压风机9用于提供氨气克服喷射格栅13的喷嘴的阻力，并提供喷射氨气与原烟气的卷吸混合所需要的动能。压力传感器10和温度传感器11，分别用于监测氨气在喷射格栅13入口的压力和温度。

旋流热解炉7的下端装有卸灰斗8，用于排出烟气中与5％的氨气分离后的粉尘。锅炉烟气中大量的粉尘会导致增压风机9叶片磨损，该装置除尘后能减少增压风机9磨损，延长使用寿命。

该种采用高温烟气作为热源的尿素热解制氨气装置，解决了尿素热解所需高温热源问题、尿素与烟气混合均匀问题以及含尘量高的高温烟气对增压风机9的磨损问题；且该设备具有集成度高，操作运行简便，热解效果好的特点，特别适合于燃煤锅炉SCR还原剂制备。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种采用高温烟气作为热源的尿素热解制氨气装置，包括热解炉，其特征在于，还包括旁路烟道、烟气挡板、机械雾化喷枪、烟气流量传感器、烟气温度传感器、增压风机、卸灰斗、压力传感器和温度传感器，所述热解炉采用旋流热解炉；

旋流热解炉的一侧与旁路烟道的一端连通，旁路烟道的另一端处设有两路入口，分别为高温烟气入口和尿素入口，旁路烟道上还装设有烟气流量传感器和烟气温度传感器，用于分别监测旁路烟道中的流量和温度；高温烟气入口处设有烟气挡板，用于通过烟气挡板调节高温烟气的通入量，尿素入口采用机械雾化喷枪，用于通过机械雾化喷枪将尿素喷入旁路烟道内；

旋流热解炉的上端连接有出口烟道，用于作为制得的氨气的出口；出口烟道的尾端上依次装有增压风机、压力传感器、温度传感器，增压风机用于提供氨气从出口烟道喷出的动能，压力传感器和温度传感器分别用于监测氨气的压力和温度；

旋流热解炉的下端装有卸灰斗，用于排出粉尘。

2.根据权利要求1所述的一种采用高温烟气作为热源的尿素热解制氨气装置，其特征在于，所述采用高温烟气作为热源的尿素热解制氨气装置还设有尿素计量装置，机械雾化喷枪与尿素计量装置连接，用于通过尿素计量装置控制供给机械雾化喷枪的尿素喷射量。

3.根据权利要求1所述的一种采用高温烟气作为热源的尿素热解制氨气装置，其特征在于，所述旋流热解炉与旁路烟道连通的混合气体入口，能实现混合气体进行切向进气。

4.根据权利要求1所述的一种采用高温烟气作为热源的尿素热解制氨气装置，其特征在于，所述高温烟气入口设置在锅炉的高温过热器附近，且引入旁路烟道的高温烟气是指温度在600～800℃之间的烟气。

5.根据权利要求4所述的一种采用高温烟气作为热源的尿素热解制氨气装置，其特征在于，所述旋流热解炉的出口烟道末端连接至喷射格栅，喷射格栅设置在与高温过热器连接的管道内，从出口烟道尾端喷出的氨气，能通过增压风机实现与锅炉原烟气卷吸混合。