CN105948075A - 一种scr脱硝用釜式尿素制氨系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SCR脱硝用釜式尿素制备系统，包括尿素制氨釜和脱硝系统，所述脱硝系统和尿素制氨釜连通，还包括尿素储仓、蒸汽供应系统、加热装置，所述尿素储仓与尿素制氨釜连通，用于向尿素制氨釜输送尿素颗粒，所述加热装置设于尿素制氨釜内，用于对尿素制氨釜内的尿素颗粒进行加热，所述蒸汽供应系统与尿素制氨釜连通，用于向尿素制氨釜提供水分。通过上述技术方案，本发明的SCR脱硝用釜式尿素制氨系统，能够在低温低压下将尿素制备成氨气。流程简单，安装方便，占地小，转化率高，控制精度高，能耗低，安全稳定。

Description

一种 SCR 脱硝用釜式尿素制氨系统

技术领域

本发明属于燃煤电厂脱硝技术领域，尤其涉及一种SCR脱硝用釜式尿素制氨系统。

背景技术

随着国家对环保标准的不断提高和日趋严厉，特别是《火力发电厂大气污染排放标准》（GB13223-2011）的颁布实施以及燃煤电厂实现超低排放的要求，氮氧化物排放浓度必须控制在50mg/m³以下。因此，燃煤电厂配置SCR脱硝系统成为必然选择。SCR脱硝工艺为利用催化剂的作用，氨与烟气中的氮氧化物发生化学反应，生成氮气和水，从而脱除烟气中的氮氧化物。

目前，大型燃煤电厂的SCR脱硝系统氨气制备主要有三种方式：

（1）液氨蒸发制氨气。液氨从化工厂以槽车的方式运送到电厂液氨区的储罐中进行储存。当脱硝系统投入运行时，储罐中的液氨通过管道送至液氨蒸发器进行加热气化，然后通过管道送至SCR脱硝系统进行脱硝反应。该方式的优点是投资和运行费用低，但是液氨储罐属于重大危险源，被纳入国家安全监察机构重点监控范围，需要采取大量的安全措施，占地面积大。并且液氨区的设置有复杂的防火要求，液氨槽车在运输过程中也存在安全问题。

（2）尿素热解制氨气。尿素颗粒从厂外采购并在尿素制备车间储存，然后通过与除盐水进行混合并加热制备成50%的尿素溶液。尿素溶液通过泵送至热解炉与加热到600℃左右的高温空气进行混合，尿素溶液受热气化分解，制成氨的混合气体。该方式在一定程度上解决了安全问题，但是尿素制备成尿素溶液需要进行加热，同时，尿素溶液热解过程中，还有50%质量百分比的水需要汽化，浪费大量的热量。

（3）尿素水解制氨气。尿素颗粒从厂外采购并在尿素制备车间储存，然后通过与除盐水进行混合并加热制备成50%的尿素溶液。尿素溶液通过泵送至水解反应器进行水解，尿素溶液在一定压力条件下，受热分解，制成氨的混合气体。该方式在一定程度上也解决了安全问题，但是同样的，尿素制备成尿素溶液需要进行加热；同时，尿素溶液热解过程中，还有50%质量百分比的水需要汽化，浪费大量的热量。另外，尿素溶液在受热水解过程中，无法控制蒸发出来的是水蒸汽还是氨气，其中的氨气浓度无法精确控制，导致脱硝系统喷氨延时。

发明内容

针对以上技术不足，本发明研制了SCR脱硝用釜式尿素制氨系统。该系统流程简单，安装方便，占地小，能耗低，转化率高，控制精度高，运行安全稳定，能在低能耗下安全制备氨气，而不会因该系统安装对周围厂房构成安全威胁。

本发明是这样实现的，一种SCR脱硝用釜式尿素制备系统，包括尿素制氨釜和脱硝系统，所述脱硝系统和尿素制氨釜连通，还包括尿素储仓、蒸汽供应系统、加热装置，所述尿素储仓与尿素制氨釜连通，用于向尿素制氨釜输送尿素颗粒，所述加热装置设于尿素制氨釜内，用于对尿素制氨釜内的尿素颗粒进行加热，所述蒸汽供应系统与尿素制氨釜连通，用于向尿素制氨釜提供水分。

进一步地，所述系统还包括控制器，所述尿素制氨釜上设有第一压力变送器、压力安全阀、第一温度变送器、湿度变送器，所述加热装置、第一压力变送器、压力安全阀、第一温度变送器、湿度变送器均与控制器相连接。

进一步地，所述尿素制氨釜上设有内部气流循环系统，所述内部气流循环系统包括气流循环管，所述气流循环管一端连通于尿素制氨釜上部，另一端连通于尿素制氨釜下部，所述气流循环管上设有循环风机且蒸汽供应系统通过蒸汽供应管道与气流循环管连通，所述管道上设有蒸汽调节阀，所述蒸汽调节阀与控制器相连接。

进一步地，所述尿素储仓通过尿素中转仓与尿素制氨釜连通，所述尿素储仓与尿素中转仓之间设有变频给料机和自动下料阀，所述尿素中转仓与尿素制氨釜之间设有自动给料阀，所述变频给料机、自动下料阀以及自动给料阀均与控制器相连接。

进一步地，所述尿素制氨釜内设有用于承载尿素颗粒的托盘，所述托盘上开设通孔，且开孔为60~120目。

进一步地，所述托盘下方设有均布筛板，所述加热装置设于均布筛板与托盘之间，所述加热装置与控制器相连接。

进一步地，所述尿素制氨釜中还设有蓄热装置，所述蓄热装置设于托盘上方，所述蓄热装置由若干个六边形竖管组成，且所述竖管内壁设有鳍片。

进一步地，所述尿素制氨釜与脱硝系统间还设有制成气缓存罐，所述制成气缓存罐与尿素制氨釜间的连通管道上设有制成气调节阀，所述制成气缓存罐上设有第二温度变送器、第二压力变送器以及伴热保温装置，所述制成气调节阀、第二温度变送器、第二压力变送器均与控制器相连接。

进一步地，所述压力安全阀的泄压出口与脱硝系统连通。

进一步地，所述制成气缓存罐内温度控制为140~180℃，压力控制为0.2~0.5MPa，所述尿素制氨釜中温度控制为140~180℃，压力控制为0.4~0.8MPa，湿度控制为60~80%。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：通过上述技术方案，本发明的SCR脱硝用釜式尿素制氨系统，能够在低温低压下将尿素制备成氨气。流程简单，安装方便，占地小，转化率高，控制精度高，能耗低，安全稳定。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明中尿素制氨釜的剖视图；

图3为本发明图2中蓄热装置的A-A向视图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例如图1-3所示，一种SCR脱硝用釜式尿素制备系统，包括尿素储仓1、尿素制氨釜6、蒸汽供应系统、加热装置7和脱硝系统，所述脱硝系统和尿素制氨釜6连通，所述尿素储仓1通过尿素中转仓4与尿素制氨釜6连通，所述加热装置7设于尿素制氨釜6内，用于对尿素制氨釜6内的尿素颗粒进行加热，所述蒸汽供应系统与尿素制氨釜6连通，用于向尿素制氨釜6提供尿素分解所需的水分。

为了使得本系统更加自动化，所述系统还包括控制器（图中未示出），该控制器为PLC控制器或DCS控制器，所述尿素制氨釜6上设有第一压力变送器9、压力安全阀10、湿度变送器11、第一温度变送器12，所述加热装置7、第一压力变送器9、压力安全阀10、第一温度变送器12、湿度变送器11均与控制器相连接，所述尿素储仓1与尿素中转仓4之间设有变频给料机2和自动下料阀3，所述尿素中转仓4与尿素制氨釜6之间设有自动给料阀5，尿素储仓1中的尿素颗粒通过变频给料机2准确计量后通过自动下料阀3输送至尿素中转仓4暂存，所述变频给料机2、自动下料阀3、自动给料阀5均与控制器相连接。

第一压力变送器9实时测量尿素制氨釜6内的压力，通过第一压力变送器9反馈信号至控制器，控制器控制自动给料阀5和压力安全阀10的开关，当尿素制氨釜6内的压力小于设定值时，控制器控制自动给料阀5打开，尿素中转仓4向尿素制氨釜6供应尿素颗粒；当尿素制氨釜6内的压力超过设定的安全保护值时，控制器控制压力安全阀10打开泄压，维持尿素制氨釜6内的压力在0.4~0.8MPa左右。压力安全阀10的泄压出口接入脱硝系统（即SCR脱硝烟道），避免产生二次污染。

第一温度变送器12实时测量尿素制氨釜6内的温度，通过第一温度变送器12反馈信号至控制器，控制器控制加热装置7以维持尿素制氨釜6内的温度在140~180℃范围内，所述加热装置7的换热元件布满整个截面，使向上流动的气流得到均匀加热，加热装置7可以是蒸汽加热，也可以电加热。

所述尿素制氨釜6上设有内部气流循环系统，所述内部气流循环系统包括气流循环管24，所述气流循环管24一端连通于尿素制氨釜6上部，另一端连通于尿素制氨釜6下部，所述气流循环管24上设有循环风机8且蒸汽供应系统通过蒸汽供应管道与气流循环管24连通，所述蒸汽供应管道上设有蒸汽调节阀13，所述蒸汽调节阀13与控制器相连接。

循环风机8抽取尿素制氨釜6上部的气体循环到尿素制氨釜6的底部，始终保持尿素制氨釜6内部气体处于循环流动状态。同时，在尿素制氨釜6气流循环管路上设置蒸汽接口以及蒸汽调节阀13，为尿素分解提供足够的水分。尿素制氨釜6顶部设置的湿度变送器11，实时测量尿素制氨釜6内的湿度，通过湿度变送器11的信号发送至控制器，控制器控制蒸汽调节阀13的开度大小来调节尿素制氨釜6内的湿度，并维持其湿度在60~80%左右。

所述尿素制氨釜6内设有用于承载尿素颗粒的托盘22，所述托盘22上开设通孔，且开孔为60~120目。所述托盘22下方设有均布筛板23，所述加热装置7设于均布筛板23与托盘22之间。

所述均布筛板23的作用是使通过的气流得到均匀分布，结合尿素制氨釜6的规格和循环风量通过流场模拟，确定循环风均布筛板23的开孔率和厚度，保证穿过循环风均布筛板23后的气流速度偏差不大于20%。

尿素中转仓4输送来的尿素颗粒被输送到托盘22上，与加热后均匀向上流动的气流充分接触，尿素颗粒不断分解。

所述尿素制氨釜6中还设有蓄热装置21，所述蓄热装置21设于托盘22上方，所述蓄热装置21由若干个六边形竖管组成，且所述竖管内壁设有鳍片。

一方面，被加热的气流流过尿素制氨釜6中的蓄热装置21时，加热了蓄热装置21；另一方面，由于气流的向上流动，粒径较小的尿素颗粒处于悬浮状态，停留在蓄热装置21内部，在其热量传递加热的过程中，悬浮的尿素颗粒也被分解。

为脱硝系统提供稳定的氨气，所述尿素制氨釜6与脱硝系统间还设有制成气缓存罐17，所述制成气缓存罐17与尿素制氨釜6间的连通管道上设有制成气调节阀16，所述制成气缓存罐17上设有第二温度变送器19、第二压力变送器20以及伴热保温装置18，所述制成气调节阀16、第二温度变送器19、第二压力变送器20均与控制器相连接。

第二温度变送器19实时测量制成气缓存罐17内的温度，通过第二温度变送器19反馈信号至控制器，控制器控制伴热保温装置18，调节制成气缓存罐17内的温度在140~180℃范围内，从而防止氨气回凝。

第二压力变送器20实时测量制成气缓存罐17内的压力，通过第二压力变送器20反馈信号至控制器，控制器制成气调节阀16，控制进入制成气缓存罐17的氨气流量，从而控制制成气缓存罐内的压力在0.2~0.5MPa范围内。

本发明在实际使用过程中，尿素储仓中的尿素颗粒通过变频给料机2准确计量后通过自动下料阀3输送至尿素中转仓4暂存，控制器控制自动给料阀打开，尿素中转仓4中的尿素颗粒输送至尿素制氨釜内的托盘22上，循环风机将尿素制氨釜上部的气体混合着蒸汽供应系统提供的水蒸汽一起循环至尿素制氨釜6下部并通过均布筛板23，使得通过的气流得到均匀分布，均匀分布的气流经加热装置7加热后与托盘22上的尿素颗粒混合，尿素颗粒分解得到氨气，氨气输送至制成气缓存罐17中，制成气缓存罐17向脱硝系统提供稳定且可控的氨气。

当尿素制氨釜6中的压力超过高压定值时，第一压力变送器的信号反馈至控制器，打开压力安全阀进行泄压，当压力小于低压定值时，控制器控制自动给料阀打开，尿素中转仓向尿素制氨釜6补充尿素颗粒，尿素制氨釜6内的压力控制在0.4~0.8MPa左右。

当尿素制氨釜6中的温度超过或低于预先设定值，控制器控制加热装置7输出能量使得尿素制氨釜6中的温度控制在140~180℃。当尿素制氨釜6中的湿度超出或低于预先设定值时，控制器控制蒸汽调节阀13，控制进入尿素制氨釜6中的蒸汽量，使得湿度范围控制在60~80%。同时，制成气缓存罐17上的压力出现波动时，第二压力变送器20反馈信号至控制器，控制器打开制成气调节阀16控制进入制成气缓存罐17的氨气量，将制成气缓存罐17中的压力维持在0.2~0.5MPa左右。当制成气缓存罐17中的温度低于或高于预先设定值，第二温度变送器19将信号反馈至控制器，控制器通过控制伴热保温装置18来调节制成气缓存罐17中的温度，使其维持在140~180℃，防止氨气回凝。

所述尿素制氨釜6和相应的管道分别设置有保温，避免热量损失，同时也防止运行人员直接接触而烫伤。

所述尿素储仓1、变频给料机2、尿素自动下料阀3、尿素中转仓4采用304不锈钢及以上材质，其余设备和管道均采用316L不锈钢及以上材质。

通过实施SCR脱硝用釜式尿素制氨系统，能够避免常规液氨法制氨的安全风险；其次，与常规尿素热解和尿素水解要消耗大量的能量去加热蒸发尿素溶液中的水分相比，本发明可以节省大量的能耗；再次，本发明所有环节的物料均精确计量可控，尿素分解产生的制成气浓度稳定。而且，本发明流程简单，容易投入自动化运行，安装方便，占地小，可以在SCR反应器旁就近布置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种SCR脱硝用釜式尿素制备系统，包括尿素制氨釜（6）和脱硝系统，所述脱硝系统和尿素制氨釜（6）连通，其特征在于，还包括尿素储仓（1）、蒸汽供应系统、加热装置（7），所述尿素储仓（1）与尿素制氨釜（6）连通，用于向尿素制氨釜（6）输送尿素颗粒；所述加热装置（7）设于尿素制氨釜（6）内，用于对尿素制氨釜（6）内的尿素颗粒进行加热；所述蒸汽供应系统与尿素制氨釜（6）连通，用于向尿素制氨釜（6）提供水分。

2.根据权利要求1所述的SCR脱硝用釜式尿素制备系统，其特征在于：所述系统还包括控制器，所述尿素制氨釜（6）上设有第一压力变送器（9）、压力安全阀（10）、湿度变送器（11）、第一温度变送器（12），所述加热装置（7）、第一压力变送器（9）、压力安全阀（10）、第一温度变送器（12）、湿度变送器（11）均与控制器相连接。

3.根据权利要求2所述的SCR脱硝用釜式尿素制备系统，其特征在于：所述尿素制氨釜（6）上设有内部气流循环系统，所述内部气流循环系统包括气流循环管（24），所述气流循环管（24）一端连通于尿素制氨釜（6）上部，另一端连通于尿素制氨釜（6）下部，所述气流循环管（24）上设有循环风机（8）且蒸汽供应系统通过蒸汽供应管道与气流循环管（24）连通，所述蒸汽供应管道上设有蒸汽调节阀（13），所述蒸汽调节阀（13）与控制器相连接。

4.根据权利要求2所述的SCR脱硝用釜式尿素制备系统，其特征在于：所述尿素储仓（1）通过尿素中转仓（4）与尿素制氨釜（6）连通，所述尿素储仓（1）与尿素中转仓（4）之间设有变频给料机（2）和自动下料阀（3），所述尿素中转仓（4）与尿素制氨釜（6）之间设有自动给料阀（5），所述变频给料机（2）、自动下料阀（3）以及自动给料阀（5）均与控制器相连接。

5.根据权利要求2所述的SCR脱硝用釜式尿素制备系统，其特征在于：所述尿素制氨釜（6）内设有用于承载尿素颗粒的托盘（22），所述托盘（22）上开设通孔，且开孔为60~120目。

6.根据权利要求5所述的SCR脱硝用釜式尿素制备系统，其特征在于：所述托盘（22）下方设有均布筛板（23），所述加热装置（7）设于均布筛板（23）与托盘（22）之间，所述加热装置（7）与控制器相连接。

7.根据权利要求5或6所述的SCR脱硝用釜式尿素制备系统，其特征在于：所述尿素制氨釜（6）中还设有蓄热装置（21），所述蓄热装置（21）设于托盘（22）上方，所述蓄热装置（21）由若干个六边形竖管组成，且所述竖管内壁设有鳍片。

8.根据权利要求2所述的SCR脱硝用釜式尿素制备系统，其特征在于：所述尿素制氨釜（6）与脱硝系统间还设有制成气缓存罐（17），所述制成气缓存罐（17）与尿素制氨釜（6）间的连通管道上设有制成气调节阀（16），所述制成气缓存罐（17）上设有第二温度变送器（19）、第二压力变送器（20）以及伴热保温装置（18），所述制成气调节阀（16）、第二温度变送器（19）、第二压力变送器（20）均与控制器相连接。

9.根据权利要求2所述的SCR脱硝用釜式尿素制备系统，其特征在于：所述压力安全阀（10）的泄压出口与脱硝系统连通。

10.根据权利要求8所述的SCR脱硝用釜式尿素制备系统，其特征在于：所述制成气缓存罐（17）内温度控制为140~180℃，压力控制为0.2~0.5MPa，所述尿素制氨釜（6）中温度控制为140~180℃，压力控制为0.4~0.8MPa，湿度控制为60~80%。