CN104587830A - 一种利用scr系统的尿素溶液烟道内直喷热解装置及方法 - Google Patents

一种利用scr系统的尿素溶液烟道内直喷热解装置及方法 Download PDF

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常磊
牛国平
董陈
王晓冰
贾林权
罗志
李文杰
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Abstract

本发明公开了一种利用SCR系统的尿素溶液烟道内直喷热解装置及方法,包括尿素溶解罐、尿素溶液储罐、压缩空气储罐、SCR进口烟道、SCR反应器及若干尿素溶液喷射器;所述尿素溶解罐的出口与尿素溶液储罐的入口相连通,尿素溶液储罐的出口与压缩空气储罐的出口通过管道并管后与各尿素溶液喷射器的入口相连通,尿素溶液喷射器位于SCR进口烟道内,SCR进口烟道的出口与SCR反应器的入口相连通。本发明不用建立独立的热解和水解系统就可以完成尿素的热解。

Description

一种利用SCR系统的尿素溶液烟道内直喷热解装置及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种热解装置及方法,具体涉及一种利用SCR系统的尿素溶液烟道内直喷热解装置及方法。
背景技术
[0002] 燃煤锅炉是我国能源生产的重要手段,伴随着国民经济发展,能源消耗逐年递增,伴随而来的大气污染问题渐渐凸显并成为人们关注的焦点。其中氮氧化物(NOx)作为三大主要大气污染物之一,危害巨大。因此治理NCV污染成为我国亟待解决的问题。目前,在我国已实际应用在电厂的烟气脱硝技术主要有选择性催化还原(SCR)技术、选择性非催化还原(SNCR)技术和选择性催化还原-选择性非催化还原的联用技术。在这三种烟气脱硝技术中选择性催化还原(SCR)技术以高脱硝率、几乎无二次污染等优点,称为控制NOx排放的主流技术。
[0003] SCR脱硝工艺的还原剂为氨气。目前氨气主要依靠液氨蒸发、尿素热解和尿素水解工艺来获取。由于以液氨作为原料来制备氨气的工艺系统较为简单、且运行成本低,目前已建成的SCR脱硝系统大多使用液氨蒸发来获取氨气。但是由于液氨是一种有毒的危险化学品,当氨气泄漏时,会造成相当大的危害。在液氨的运输、卸料、储存、运行、检修等各个环节均存在安全隐患。因此在一些人口较为集中或靠近市区的电厂选择使用尿素作为原料来制备还原剂。使用尿素制备还原剂,有两种比较成熟的技术:热解和水解。
[0004] 尿素热解法是将50%质量浓度的尿素溶液通过喷枪喷入到尿素热解炉中,然后采用电加热或是引入高温烟气加热的方式使尿素溶液完成分解成順3和CO 2。分解后的气体送入到SCR系统的喷氨格栅。热解法的专利有美国燃料技术公司NOxOUT ULTRA技术、一种利用尿素溶液法的烟气脱硝装置(专利200810101981.3)、用于烟气脱硝的尿素热解反应器(专利200910242923.7)。尿素水解技术是在一定温度、压力(0.4〜0.6MPa、140〜160°C)条件下,将尿素溶液分解产生氨和二氧化碳。水解法的专利有AOD方法(美国专利号:5985224,6093380和6616901)、U2A方法(美国专利6077491)。目前的专利技术都需要单独的热解或水解系统来产生氨气,并且都需要消耗大量热源,能耗较高,运行成本较高,在一定程度上制约了尿素热解和水解技术的工程应用。
[0005] 直喷尿素法SCR烟气脱硝装置(201020651936.8)公布了一种直喷尿素法SCR烟气脱硝装置。这种装置使用蒸汽将研磨好的尿素颗粒送入尿素喷射器喷入SCR进口烟道,利用烟道内烟气的热量分解尿素颗粒。这种装置采用热蒸汽作为动力源将尿素颗粒喷入烟道内,尿素颗粒的熔点为132.7°C,热蒸汽将使研磨好的尿素颗粒熔化,极易发生尿素颗粒团聚的现象,从而阻碍了尿素颗粒的分解。可以说,这种脱硝装置的应用将受到一定程度的限制。
[0006] 可以看出,传统的尿素热解和水解技术需要建立单独的热解和水解系统,需要热源对尿素溶液加热,能耗高。
发明内容
[0007] 本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点,提供了利用SCR系统的尿素溶液烟道内直喷热解装置及方法,该装置及方法不用建立独立的热解和水解系统就可以完成尿素的热解。
[0008] 为达到上述目的,本发明所述的利用SCR系统的尿素溶液烟道内直喷热解装置包括尿素溶解罐、尿素溶液储罐、压缩空气储罐、SCR进口烟道、SCR反应器及若干尿素溶液喷射器;
[0009] 所述尿素溶解罐的出口与尿素溶液储罐的入口相连通,尿素溶液储罐的出口与压缩空气储罐的出口通过管道并管后与各尿素溶液喷射器的入口相连通,尿素溶液喷射器位于SCR进口烟道内,SCR进口烟道的出口与SCR反应器的入口相连通。
[0010] 所述尿素溶解罐的出口与尿素溶液储罐的入口之间通过尿素溶液转存泵相连通。
[0011] 还包括尿素溶液调节阀及压缩空气调节阀,尿素溶液储罐的出口与尿素溶液调节阀的入口相连通,压缩空气储罐的出口与压缩空气调节阀的入口相连通,尿素溶液调节阀的出口与压缩空气调节阀的出口通过管道并管后穿过SCR进口烟道的壁面与各尿素溶液喷射器的入口相连通。
[0012] 所述尿素溶液储罐的出口与尿素溶液调节阀的入口之间通过尿素溶液输送泵相连通。
[0013] 各尿素溶液喷射器的液体管道入口处均设有微型计量泵或流量调节器。
[0014] 各尿素溶液喷射器呈网状结构分布。
[0015] 本发明所述的利用SCR系统的尿素溶液烟道内直喷热解方法包括以下步骤:
[0016] I)将尿素加入到尿素溶解罐中搅拌溶解成质量浓度为40-60%的尿素溶液,并将得到的尿素溶液转送到尿素溶液储罐中,压缩空气储罐中的压缩空气与压缩溶液储罐中的尿素溶液混合后进入到尿素溶液喷射器中,并通过尿素溶液喷射器喷射到SCR进口烟道中,然后在SCR进口烟道形成尿素溶液雾化颗粒,并利用SCR进口烟道中热烟气的热量发生热解反应,生成順3及HNCO ;
[0017] 2)步骤I)生成的冊3及HNCO进入到SCR反应器中,并与烟气中的氮氧化物发生脱硝反应,生成氮气、水及二氧化碳。
[0018] 所述SCR进口烟道中的温度为300-400 °C。
[0019] 本发明具有以下有益效果:
[0020] 本发明所述的利用SCR系统的尿素溶液烟道内直喷热解装置及方法在实现尿素的热解时,通过将尿素在尿素溶解罐中进行溶解,形成尿素溶液,所述尿素溶液与压缩空气储罐内的压缩空气混合后经尿素溶液喷射器喷射到SCR进口烟道中,形成尿素溶液的雾化颗粒,然后利用SCR进口烟道中热烟气的热量发生热解反应,从而实现尿素的热解,尿素解热后的产物进入到SCR反应器中与烟气中的氮氧化物发生脱硝反应,生成氮气、水及二氧化碳,从而不用建立的热解和水解系统就可以实现尿素的热解,结构简单,能耗低,调节能力强,特别适用于使用尿素制备还原剂的SCR脱硝系统。
附图说明
[0021] 图1为本发明的结构示意图。
[0022] 其中,I为尿素溶解罐、2为尿素溶液转存泵、3为尿素溶液储罐、4为尿素溶液输送泵、5为压缩空气储罐、6为尿素溶液调节阀、7为压缩空气调节阀、8为尿素溶液喷射器、9为SCR进口烟道、10为SCR反应器。
具体实施方式
[0023] 下面结合附图对本发明做进一步详细描述:
[0024] 参考图1,本发明所述的利用SCR系统的尿素溶液烟道内直喷热解装置包括尿素溶解罐1、尿素溶液储罐3、压缩空气储罐5、SCR进口烟道9、SCR反应器10及若干尿素溶液喷射器8 ;尿素溶解罐I的出口与尿素溶液储罐3的入口相连通,尿素溶液储罐3的出口与压缩空气储罐5的出口通过管道并管后与各尿素溶液喷射器8的入口相连通,尿素溶液喷射器8位于SCR进口烟道9内,SCR进口烟道9的出口与SCR反应器10的入口相连通;尿素溶解罐I的出口与尿素溶液储罐3的入口之间通过尿素溶液转存泵2相连通。本发明还包括尿素溶液调节阀6及压缩空气调节阀7,尿素溶液储罐3的出口与尿素溶液调节阀6的入口相连通,压缩空气储罐5的出口与压缩空气调节阀7的入口相连通,尿素溶液调节阀6的出口与压缩空气调节阀7的出口通过管道并管后穿过SCR进口烟道9的壁面与各尿素溶液喷射器8的入口相连通;尿素溶液储罐3的出口与尿素溶液调节阀6的入口之间通过尿素溶液输送泵4相连通;各尿素溶液喷射器8的液体管道入口处均设有微型计量泵或流量调节器;各尿素溶液喷射器8呈网状结构分布。
[0025] 本发明所述的利用SCR系统的尿素溶液烟道内直喷热解方法包括以下步骤:
[0026] I)将尿素加入到尿素溶解罐I中搅拌溶解成质量浓度为40-60%的尿素溶液,并将得到的尿素溶液转送到尿素溶液储罐3中,压缩空气储罐5中的压缩空气与压缩溶液储罐中的尿素溶液混合后进入到尿素溶液喷射器8中,并通过尿素溶液喷射器8喷射到SCR进口烟道9中,然后在SCR进口烟道9形成尿素溶液雾化颗粒,并利用SCR进口烟道9中热烟气的热量发生热解反应,生成順3及HNCO ;
[0027] 2)步骤I)生成的順3及HNCO进入到SCR反应器10中,并与烟气中的氮氧化物发生脱硝反应,生成氮气、水及二氧化碳。
[0028] 所述SCR进口烟道9中的温度为300-400 V。
[0029] 本发明的原理是:尿素溶液热解的最佳反应温度区间为260°C〜377°C,而SCR进口烟道9的烟气温度通常在300°C〜400°C,较为适合尿素溶液的热解反应。通过合理的控制尿素溶液喷射器8入口的压缩空气压力、尿素溶液流量能够得到合适的尿素溶液雾化颗粒粒径大小,使尿素溶液在进入SCR反应器10之前的烟道内热解成NHjP HNC0。
[0030] 由于本发明提出的尿素溶液烟道内直喷热解装置的特点,在使用中不需要设置尿素热解炉,不需要在SCR进口烟道9中设置喷氨格栅,在尿素溶液喷射器8后不需要设置静态混合器,通过合理设计尿素溶液喷射器8的结构形式和控制进入尿素溶液喷射器8的压缩空气压力和尿素溶液流量,能够在较短的距离内使热解完的NH#P HNCO气体与氮氧化物混合均匀。烟气在通过尿素溶液喷射器8与尿素溶液雾化颗粒混合后依次通过急转烟道及在急转烟道中布置的导流板均流装置、SCR反应器10前的整流格栅,在此过程中,尿素溶液热解完全,热解完全的气体与NOx混合均匀。混合气进入SCR反应器10,烟气中的氮氧化物在SCR反应器10内催化剂的作用下与NHjP HNCO发生还原反应,生成无害的水和氮气,实现烟气脱硝的目的,SCR反应器10出来的烟气进入整个脱硝系统的下游设备空气预热器。

Claims (8)

1.一种利用SCR系统的尿素溶液烟道内直喷热解装置,其特征在于,包括尿素溶解罐(1)、尿素溶液储罐(3)、压缩空气储罐(5)、SCR进口烟道(9)、SCR反应器(10)及若干尿素溶液喷射器⑶; 所述尿素溶解罐(I)的出口与尿素溶液储罐(3)的入口相连通,尿素溶液储罐(3)的出口与压缩空气储罐(5)的出口通过管道并管后与各尿素溶液喷射器(8)的入口相连通,尿素溶液喷射器⑶位于SCR进口烟道(9)内,SCR进口烟道(9)的出口与SCR反应器(10)的入口相连通。
2.根据权利要求1所述的利用SCR系统的尿素溶液烟道内直喷热解装置,其特征在于,所述尿素溶解罐(I)的出口与尿素溶液储罐(3)的入口之间通过尿素溶液转存泵(2)相连通。
3.根据权利要求1所述的利用SCR系统的尿素溶液烟道内直喷热解装置,其特征在于,还包括尿素溶液调节阀(6)及压缩空气调节阀(7),尿素溶液储罐(3)的出口与尿素溶液调节阀(6)的入口相连通,压缩空气储罐(5)的出口与压缩空气调节阀(7)的入口相连通,尿素溶液调节阀(6)的出口与压缩空气调节阀(7)的出口通过管道并管后穿过SCR进口烟道(9)的壁面与各尿素溶液喷射器(8)的入口相连通。
4.根据权利要求3所述的利用SCR系统的尿素溶液烟道内直喷热解装置,其特征在于,所述尿素溶液储罐(3)的出口与尿素溶液调节阀¢)的入口之间通过尿素溶液输送泵(4)相连通。
5.根据权利要求1所述的利用SCR系统的尿素溶液烟道内直喷热解装置,其特征在于,各尿素溶液喷射器(8)的液体管道入口处均设有微型计量泵或流量控制器。
6.根据权利要求1所述的利用SCR系统的尿素溶液烟道内直喷热解装置,其特征在于,各尿素溶液喷射器(8)呈网状结构分布。
7.一种利用SCR系统的尿素溶液烟道内直喷热解方法,其特征在于,基于权利要求1所述的利用SCR系统的尿素溶液烟道内直喷热解装置,包括以下步骤: 1)将尿素加入到尿素溶解罐(I)中搅拌溶解成质量浓度为40-60%的尿素溶液,并将得到的尿素溶液转送到尿素溶液储罐(3)中,压缩空气储罐(5)中的压缩空气与压缩溶液储罐中的尿素溶液混合后进入到尿素溶液喷射器(8)中,并通过尿素溶液喷射器(8)喷射到SCR进口烟道(9)中,然后在SCR进口烟道(9)形成尿素溶液雾化颗粒,并利用SCR进口烟道(9)中热烟气的热量发生热解反应,生成册13及HNCO ; 2)步骤I)生成的NtSHNCO进入到SCR反应器(10)中,并与烟气中的氮氧化物发生脱硝反应,生成氮气、水及二氧化碳。
8.根据权利要求7所述的SCR系统的尿素溶液烟道内直喷热解方法,其特征在于,所述SCR进口烟道(9)中的温度为300-400 °C。
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