CN104667842B - 一种高温含氨气体取样系统的冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种高温含氨气体取样系统的冷却装置，包括连接在反应器气相出口主管道上的取样管道，以及依次连接在取样管道上的预冷器和取样冷却器组；取样冷却器组至少包括一个取样冷却器，取样冷却器分别设置有连接预冷器样品出口的冷却器样品气入口，连接取样容器的冷却器样品气出口，以及用于冷却介质循环的冷却介质进口和冷却介质出口；冷却介质出口连接预冷器冷却物料入口。通过预冷器将冷却器组排除的冷却介质进行二次利用，实现对取样气体的预先降温和处理，充分利用排出的冷却介质的进行交换，将热能实现更好地富集，进行后续的利用，提高了富集能量的品相；一条取样管路可以对应多个取样冷却器，而一个冷却器对应一个预冷器，降温及时有效。

Description

一种高温含氨气体取样系统的冷却装置

技术领域

本发明属于电厂化工技术领域，涉及烟气脱硝系统中尿素水解器气相出口取样系统中的冷却装置，具体为高温含氨气体取样系统的冷却装置。

背景技术

国内燃煤电厂选择性催化还原法(SCR)脱硝装置中的脱硝还原剂氨(NH₃)早期以液氨制备为主，但液氨在运输、储存等环节风险较高。尿素制氨技术由于较高的安全性，越来越受到广大SCR脱硝用户的高度关注，有着非常广阔的市场应用前景。

利用尿素的水解反应制取氨气，在水解反应器出口气相中氨气含量较高，通常进料50wt％重量百分比的尿素水溶液，水解器出口气相含有氨气37.5v％。但水解反应器温度较高(如160℃)，高压反应器条件下的高温气相混合物取样十分不便，加之反应器出口气相中水分含量较高，不仅影响后续分析单元仪器的内部元件，增加分析结果的不可靠性，也使得后续化验分析增加了困难。

为了保证取样的真实性和安全性，务必要将取样点的样品送到取样系统，其中一个重要环节就是将样品引入冷却器进行一定程度的冷却，在保证一定流量的情况下，将样品冷却到适合化验分析的安全范围内(如将样品冷却到30-40℃，可保证流量500-700ml/min)，才能满足中华人民共和国电力行业标准-水、汽取样装置DL/T457-91。

现有技术中，冷却装置较多采用冷却介质(如自来水等)进行热量交换，更为普通的是直接向冷却管进水口进水，经过换热后，携带热量的低温水直接从冷却管的出水口排出，成本高，而且对所需气体的冷却速率较慢，冷却介质的利用率低，无法在最短时间内获得水解器出口气相的化学组成，效率低。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种结构简单，节能高效，安全可靠的高温含氨气体取样系统的冷却装置。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种高温含氨气体取样系统的冷却装置，包括连接在反应器气相出口主管道上的取样管道，以及依次连接在取样管道上的预冷器和取样冷却器组；取样冷却器组至少包括一个取样冷却器，取样冷却器分别设置有连接预冷器样品出口的冷却器样品气入口，连接取样容器的冷却器样品气出口，以及用于冷却介质循环的冷却介质进口和冷却介质出口；冷却介质出口连接预冷器冷却物料入口。

优选的，取样冷却器组中的多个取样冷却器并联设置在预冷器样品出口和取样容器之间。

进一步，多个取样冷却器的冷却介质出口连通汇总后分别连接到每个取样冷却器对应的预冷器冷却物料入口。

优选的，取样管道上依次设置有取样高温高压阀组和高温高压排污阀；冷却器样品气出口上依次设置减压阀和取样阀后取样容器。

优选的，取样冷却器采用管壳式冷却器，内部设置的盘管采用至少一层的双蛇形或双螺旋连续盘管，盘管的两端分别连接冷却器样品气入口和冷却器样品气出口，冷却介质在盘管冷却器壳体与盘管之间的空腔内流动。

优选的，取样冷却器采用管壳式冷却器，内部的直管式换热管两端分别连接冷却介质进口和冷却介质出口，管壳式冷却器的外壳上端设置冷却器样品器入口，下端设置冷却器样品气出口，外壳和换热管之间填充有固体的气体吸收填料。

进一步，两个取样冷却器并联设置在预冷器样品出口和取样容器之间，一个取样冷却器采用二氧化碳固体吸收剂做气体吸收填料，另一个取样冷却器采用氨气固体吸收剂做气体吸收填料。

进一步，预冷器采用管壳式换热器，内部换热管的两端分别连接冷却物料入口和出口。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明通过预冷器将冷却器组排除的冷却介质进行二次利用，实现对取样气体的预先降温和处理，充分利用排出的冷却介质的进行交换，将热能实现更好地富集，进行后续的进一步利用，提高了富集能量的品相；一条取样管路可以对应多个取样冷却器，而一个冷却器对应一个预冷器，这种根据具体情况随意组合的方式可以使高温样品气在冷却环节及时有效的得到降温；取样冷却器组的结构简单，能够随意的组装和配合，不伤害取样管路上的仪表阀门，避免了样气温度过高损坏取样装置和后续检测单元的仪器仪表，提高了对人员的安全性保护；使得本发明安全高效，使用方便，配置灵活，工作稳定可靠。

进一步的，通过取样冷却器的并联，能够同时满足对大基数取样的需求，并且保证冷却器样品出口排出的降温要求；配合将各个取样冷却器的排出口连通汇总后，能够消除各取样冷却器之间的降温温差，将各冷却介质的升温均合后再分别通入到预冷器中，更好地提高了预冷器的效率，充分了利用了冷却介质。

进一步的，利用设置的高温高压阀对取样系统实现总控制，在不取样的时候保证尿素水解反应器内的正常工作，通过排污阀能够在采样时预先排出其中残存气体和水分，保证每次采样的准确性；通过在冷却器样品气出口上布置的减压装置能够调节使取样过程中样品流动的压差，一方面保证了取样的准确性，不会因为在常压下放出容器内的样品，水分严重蒸发时携带走部分产物组分；另一方面能够对不同条件下的取样要求进行压力调节，适应性好，可操作性高。

进一步的，通过对取样冷却器结构的限定和优化，不仅能够方便的对取样冷却器进行加工和拆卸更换，不易堵塞；而且能够根据对不同气体的取样和测试需求，利用不同结构的取样冷却器进行组合和先后配合使用，能够方便快速的进行样品气体的组分测试。

附图说明

图1是本发明实例1中所述冷却装置的结构示意图。

图2是本发明实例中预冷器的连接结构示意图。

图3是本发明实例2中所述冷却装置的结构示意图。

图4是本发明实例3中所述取样冷却器组的结构示意图。

图中：1-反应器气相出口主管道；2-取样管道；3-取样高温高压阀；4-高温高压排污阀；5-预冷器；6-冷却介质进口；7-冷却介质出口；8-取样冷却器；9-减压阀；10-取样阀；11-取样容器；12-预冷器冷却介质出口；13-预冷器样品气入口；14-冷却器样品气入口；15-冷却器样品气出口；16-二氧化碳固体吸收剂；17-氨气固体吸收剂。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明所需要取样的样品气经过连接在取样管道2上的取样高温高压阀3和高温高压排污阀4排空后，再关闭高温高压排污阀4进入各级取样冷却器8对应的预冷器5，经过初步预冷之后，进入多级取样冷却器8，可以采用自来水作为低温介质从进水口分别进入各级取样冷却器8，作用之后的低温介质从各级取样冷却器8的冷却介质出口7排出，汇总之后的热水不直接排走，而是作为各级预冷器5的低温介质分成几路分别进入预冷器8，发挥作用后作为废水排出取样装置后再加以对富集后的热量进行利用。

取样冷却器8用于电厂脱硝尿素水解反应器的气相取样冷却装置，包括壳体和盘管，所述壳体顶端设置顶盖，底端设置底座，顶盖上一侧设置冷却介质进口6，对称的另一侧设置冷却介质出口7。

对气样氨气浓度较低或组分中水分含量相对较小的情况下，在壳体内部设置一组或多组热交换效率较高的双蛇形/双螺旋结构连续盘管，采用单层或多层冷却管排列结构，具体组数由所需冷却面积的计算得来，最外层冷却管口设置在壳体顶盖偏心位置，与冷却器样品气入口14连接，最内层冷却管口设置在壳体顶盖对称的偏心位置，与冷却器样品气出口15连接。

而对于气样氨气浓度较高或者组分中水分含量相对较高的情况下，采用的取样冷却器8，在壳体内部设置多组垂直平行的直管式换热管，管内走冷却介质，底部一侧设置冷却介质进口6，顶部另一侧设置冷却介质出口7。壳体内部填充一定高度的固体气样处理填充剂，气样经过预冷器5后，从冷却器顶部自上而下分布均匀的流过填充剂，从底部排出，进入后续管道。填充剂被多次浸渍后，由可拆卸的冷却器顶部倾倒而出，处理之后可多次循环利用。同时也能够采用相应的液体作为气体吸收剂，当采用液体做气体吸收剂时，需要将冷却器样品气入口14设置在取样冷却器8的下方，将冷却器样品气出口15设置在上方。

其中，取样冷却器8所涉及的导管均采用不锈钢材质，可避免在长期的取样过程管道被腐蚀从而污染样品，使所取样品失去真实性；其能够用于高温汽液混合物的在线取样。取样冷却器组中的取样冷去器8的可组合构成，组合数目根据样品的初始条件、冷却介质参数及所要达到平均温差等具体参数获得。取样冷却器8结构紧凑、耐腐蚀、传热效率高、管道阀门的拆卸和清洗简单、使用寿命长。预冷器采用管壳式换热器，进行简单换热，完成冷却介质的二次利用；具体的如下面三个实施例所述。

实例1

本发明一种高温含氨气体取样系统的冷却装置，如图1所示，包括连接在反应器气相出口主管道1上的取样管道2，以及依次连接在取样管道上的预冷器5和取样冷却器8；取样管道2上依次设置有高温高压阀组3和高温高压排污阀4；冷却器样品气出口15连接的管道上依次设置有减压阀9和取样阀10以及取样容器11；如图2所示，本优选实施例中的取样冷却器组采用一个取样冷却器8组成，适用于对气样氨气浓度较低或组分中水分含量相对较小的情况。一个取样冷却器8设置一个预冷器5，形成一组冷却装置，取样管道上来的样品气首先经预冷器样品气入口13进入预冷器5，经过预冷后5进入取样冷却器8，取样冷却器一侧设置冷却介质入口6，另一侧为冷却介质出口7，经过取样冷却器8出来的样品气通过冷去器样品气出口进入后续仪表阀门进行进一步取样，取样冷却器8的冷却介质出口7出来的低温介质作为预冷器5的冷却介质入口物料，经过预冷器换热后从冷却介质出口12排出进入别的单元进行再利用。

实例2

本发明一种高温含氨气体取样系统的冷却装置，如图3所示，在实例1的基础上，在反应器出口气相主管道1上的取样管道2上连接的取样冷却器组内增加一组冷却装置，设置在高温高压取样阀组的后面，分两路分别进入两个预冷器5，再分别进入各自取样冷却器8，从各自取样冷却器8出来的样品气经过换热降温处理后一起进入减压阀9前的管道进行后续取样工作，冷却介质从单元外来，分别经球阀控制进入两组取样冷却器8的进水口6，经过换热后冷却介质从各自取样冷却器排出，汇总之后分别进入2组冷却装置的预冷器5进行冷却介质的再利用，再从预冷器的冷却介质出口排出，进入其他单元再利用。

实例3

本发明一种高温含氨气体取样系统的冷却装置，如图4所示，对于气样氨气浓度较高或者组分中水分含量相对较高的情况，由于尿素水溶液浓度的不同，气相中含有的氨气、水、二氧化碳的比例也不同。若同时不影响氨气和二氧化碳的组分含量，只能使用中性干燥剂，但大部分常用中性干燥剂因与产品气发生反应，生成其他产物，不能采用。为了更好的测试产品气中的氨气含量，可以设置两个特殊的填充剂冷却器分两次进行处理测试，第一次取样的样品气体仅经过填充二氧化碳固体吸收剂16的取样冷却器，干燥水分和二氧化碳，排出水分和二氧化碳的干扰，最终取样后测试获得气样中氨气浓度，二氧化碳固体吸收剂16能够优选的采用固体氢氧化钠；然后通过阀门控制切换管路进行第二次取样，取样气样仅经过填充氨气固体吸收剂17的取样冷却器8，先除去氨气，之后取样测试获得气样中二氧化碳浓度；两次的结果可以分别计算最终得到产品气各个组分含量；切换顺序可以调换，从而能够快速准确的实现针对性的采集和测量。

Claims (6)

1.一种高温含氨气体取样系统的冷却装置，其特征在于，包括连接在反应器气相出口主管道（1）上的取样管道（2），以及依次连接在取样管道上的预冷器（5）和取样冷却器组；所述的取样冷却器组包括多个取样冷却器（8），取样冷却器（8）分别设置有连接预冷器（5）样品出口的冷却器样品气入口（14），连接取样容器（11）的冷却器样品气出口（15），以及用于冷却介质循环的冷却介质进口（6）和冷却介质出口（7）；冷却介质出口（7）连接预冷器（5）冷却物料入口；

所述的取样冷却器组中的多个取样冷却器（8）并联设置在预冷器（5）样品出口和取样容器（11）之间；

所述取样管道（2）上依次设置有取样高温高压阀组（3）和高温高压排污阀（4）；冷却器样品气出口（15）连接的管道上依次设置有减压阀（9）和取样阀（10）以及取样容器（11）。

2.根据权利要求1所述的一种高温含氨气体取样系统的冷却装置，其特征在于，多个取样冷却器（8）的冷却介质出口（7）连通汇总后分别连接到每个取样冷却器（8）对应的预冷器（5）冷却物料入口。

3.根据权利要求1所述的一种高温含氨气体取样系统的冷却装置，其特征在于，取样冷却器（8）采用管壳式冷却器，内部设置的盘管采用至少一层的双蛇形或双螺旋连续盘管，盘管的两端分别连接冷却器样品气入口（14）和冷却器样品气出口（15），冷却介质在盘管冷却器壳体与盘管之间的空腔内流动。

4.根据权利要求1所述的一种高温含氨气体取样系统的冷却装置，其特征在于，取样冷却器（8）采用管壳式冷却器，内部的直管式换热管两端分别连接冷却介质进口（6）和冷却介质出口（7），管壳式冷却器的外壳上端设置冷却器样品器入口（14），下端设置冷却器样品气出口（15），外壳和换热管之间填充有固体的气体吸收填料。

5.根据权利要求4所述的一种高温含氨气体取样系统的冷却装置，其特征在于，两个取样冷却器（8）并联设置在预冷器（5）样品出口和取样容器（11）之间，一个取样冷却器（8）采用二氧化碳固体吸收剂（16）做气体吸收填料，另一个取样冷却器（8）采用氨气固体吸收剂（17）做气体吸收填料。

6.根据权利要求3或4所述的一种高温含氨气体取样系统的冷却装置，其特征在于，所述的预冷器（5）采用管壳式换热器，内部换热管的两端分别连接冷却物料入口和出口。